[發明專利]一種基于車削加工將幾何誤差可視化的表面形貌仿真方法

在審

• 申請號: 202011484847.3
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112417537A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 史鐵林;軒建平;夏奇;陶紅飛;黃子純;段暕;王銀峰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/17;G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明屬于超精密加工領域，公開了一種基于車削加工將幾何誤差可視化的表面形貌仿真方法，包括以下步驟：(a)建立特征曲面的數學模型；(b)結合加工條件，分析在無幾何誤差下特征曲面經仿真實驗得到的表面形貌，得到理想情況下特征曲面的三維表面形貌模型；(c)在一個或幾個運動軸存在幾何誤差的情況下，分析在預先設定的幾何誤差值下特征曲面經仿真實驗得到的表面形貌，得到可視化結果，進行比較后即可得到運動軸的幾何誤差對于工件形貌的影響結果。本發明通過對仿真方法整體處理流程設計等進行改進，能夠清晰地表征車削加工過程中幾何誤差與工件三維表面形貌的關系，便于后續基于幾何誤差可視化的工藝參數優化。

技術領域

本發明屬于超精密加工領域，更具體地，涉及一種基于車削加工將幾何誤差可視化的表面形貌仿真方法，即一種考慮刀具工件相對振動的超精密端面車削表面形貌仿真建模方法，利用該方法能夠仿真得到幾何誤差可視化的工件三維表面。

背景技術

隨著國防、航空航天、醫療、光學元器件等行業的發展，對于一些關鍵元件有了越來越高的要求，主要體現在元件的加工精度、表面粗糙度等方面。這些元件通常來自于超精密機床的加工。

衡量超精密機床很重要的一個指標是加工精度。加工精度決定了工件的表面質量好壞、尺寸精度高低。加工精度的測量有很多方法，其中工件的三維表面形貌可以直接反映加工精度的好壞。工件的三維表面形貌主要由工件與刀具之間的相對振動、位置誤差以及車刀的刀齒誤差影響，這些誤差的存在，會使刀具在實際加工過程中的刀具軌跡與理論軌跡不同，造成工件的尺寸精度降低的結果。補償幾何誤差后，提高的幾何精度也可以反映到工件的三維表面形貌中。

目前對于機床的誤差辨識方法大多是借助球桿儀等設備。用球桿儀對機床刀具的插補運動軌跡進行測量，再根據機床運動模型，從插補運動軌跡中得到各個機床誤差。這種非切削誤差辨識方法不能反映真實的加工狀態下，機床產生的誤差對工件加工的影響結果。對于機床使用者和機床廠商來說，在加工狀態下進行誤差辨識更有實際意義。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種基于車削加工將幾何誤差可視化的表面形貌仿真方法，其中通過對仿真方法整體處理流程設計等進行改進，緊密圍繞車削，并對特征曲面進行進一步優選控制，能夠清晰地表征車削加工過程中幾何誤差與工件三維表面形貌的關系，既可以分析單軸幾何誤差對工件表面形貌的影響，又可以分析多軸幾何誤差共同影響下的工件表面形貌，研究幾何誤差對尺寸精度的影響規律，便于后續基于幾何誤差可視化的工藝參數優化。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種考慮刀具工件相對振動的超精密端面車削表面形貌仿真建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

(a)建立加工面的特征曲面的數學模型；

(b)結合加工條件，分析在無幾何誤差下特征曲面經仿真實驗得到的表面形貌，得到理想情況下特征曲面的三維表面形貌模型；

(c)假設單個或多個運動軸存在幾何誤差，分析在預先設定的幾何誤差值下特征曲面經仿真實驗得到的表面形貌，得到可視化結果，并與所述步驟(b)得到的理想情況下特征曲面的三維表面形貌進行比較，從而得到單軸或多軸幾何誤差對于工件形貌的影響結果；其中，存在幾何誤差的運動軸選自車床的平動軸與轉動軸中的一個或多個；其中，

平動軸i軸的幾何誤差選自以下至少一種：沿著i軸運動，在X軸方向上產生的直線度誤差δ_xi；沿著i軸運動，在Y軸方向上產生的直線度誤差δ_yi；沿著i軸運動，在Z軸方向上產生的直線度誤差δ_zi；沿著i軸運動，在X軸方向上產生的滾動誤差θ_xi；沿著i軸運動，在Y軸方向上產生的顛擺誤差θ_yi；沿著i軸運動，在Z軸方向上產生的偏擺誤差θ_zi；