[发明专利]一种正交车铣加工表面微观形貌的仿真方法

权利要求书

1.一种正交车铣加工表面微观形貌的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将工件局部表面沿轴向和周向等分m×n个网格，用矩阵H[i,j](i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)表示工件表面对应位置的高度，该矩阵的初始值为0；

2)将刀刃数Z、刀具半径r_t和时间离散，计算刀刃点P在工件坐标系下的坐标值(P_wx，P_wy，P_wz)，P点到工件截面圆心的半径r_p和残留高度(r_p-r_w)，r_w为已加工表面半径；

3)计算刀刃点P对应矩阵H中的i和j；

4)判断刀刃点P是否到达加工工件表面的范围；

5)通过矩阵H生成正交车铣加工表面微观几何形貌。

2.根据权利要求1所述的正交车铣加工表面微观形貌的仿真方法，其特征在于，所述步骤2)中计算刀刃点P在工件坐标系下的坐标值(P_wx，P_wy，P_wz)需要经过两个坐标系的变换：

21)建立刀具坐标系下刀刃的数学模型：

设P为铣刀底刃任意一点，则P点在刀具坐标系O_t—x_ty_tz_t下的坐标为：

PT,k(t)=r·cosψkr·sinψk0---(1)]]>

设铣刀刃数为Z，各刃之间均匀分布，以铣刀x_t轴为基准，得各刃的转角ψ_k为：

ψ_k＝ω_t·t+2π·(k-1)/Z(2)

将式(2)代入式(1)，得：

PT,k(t)=r·cos[ωt·t+2π·(k-1)/Z]r·sin[ωt·t+2π·(k-1)/Z]0---(3)]]>

式中，r表示O_t点到P点的长度，r_t-l_t≤r≤r_t；ω_t表示铣刀角速度；k表示铣刀第k个齿，1≤k≤Z；

22)建立刀具坐标系下刀刃的数学模型:

刀具坐标系在工件坐标系的初始位置为O_t1—x_t1y_t1z_t1；经过一段时间后，刀具坐标系从O_t1—x_t1y_t1z_t1位置运动到O_t2—x_t2y_t2z_t2，即刀具坐标系先绕工件坐标系x_w轴旋转α角，然后沿x_w轴平移距离L，此时P点在工件坐标系中的位置可表示为：

P_W,k(t)＝Rot_TW(t)·P_T,k(t)+Trans_TW(t)(4)

其中，旋转变换矩阵Rot_TW(t)为：

RotTW(t)=1000cosα-sinα0sinαcosα---(5)]]>

式中，α表示铣刀相对工件旋转的角度，α＝-ω_wt，ω_w为工件角速度；

平移变换矩阵Trans_TW(t)为:

TransTW(t)=LOWOt2·sinγOWOt2·cosγ---(6)]]>

由于

L=fa·|α|2π=fa·|ωw·t|2πOWOt2=e2+rw2β=arctan(e/rw)γ=β-α---(7)]]>

把式(7)代入式(6)，得：

TransTW(t)=fa·|ωw·t|2πe2+rw2·sin[arctan(e/rw)+ωw·t]e2+rw2·cos[arctan(e/rw)+ωw·t]---(8)]]>

把式(3)、式(5)和式(8)代入式(4)，最终，铣刀底刃任意一P点在工件坐标系中的数学模型为：

PW,k(t)=r·cos[ωt·t+2π·(k-1)/Z]+fa·|ωw·t|2πr·sin[ωt·t+2π·(k-1)/Z]·cos(ωw·t)+e2+rw2·sin[arctan(e/rw)+ωw·t]r·sin[ωt·t+2π·(k-1)/Z]·sin(-ωw·t)+e2+rw2·cos[arctan(e/rw)+ωw·t]---(9)]]>

其中，e为刀具的偏心距，O_w为刀刃点P对应的工件截面的圆心。