[发明专利]基于加工物理过程的倾斜铣削表面形貌创成方法

说明书

一种基于加工物理过程的倾斜铣削表面形貌创成方法，根据刀轴倾斜铣削的刀具‑工件位置关系，确定铣削加工参数和刀具几何形状参数以及刀具运动轨迹方程，根据运动轨迹将刀具刃口和被铣削的工件分别离散化为点集后，对刀具离散点的运动轨迹和工件执行布尔运算，得到的最外空间包络边界即铣削加工产生的工件表面形貌，进而实现粗糙度参数计算和加工工艺参数优化。本发明通过切削刃几何的空间运动轨迹方程，基于可视化算法揭示表面宏微观纹理的形成规律，预测刀轴倾斜铣削情况下表面形貌，实现粗糙度参数计算和加工工艺参数优化。

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种基于加工物理过程的倾斜铣削表面形貌创成方法。

背景技术

表面粗糙度是表征表面质量的重要参数，决定了接触副的配合性质，也会影响机械零件的耐磨性、疲劳强度和啮合振动与噪声。表面粗糙度参数作为衡量零件加工质量的最通用的评价指标，直接决定关键零件的服役寿命和可靠性。尽管可以通过粗糙度仪测量零件的粗糙度，但这会增加实际的生产时间和制造成本。三维表面形貌的重构是计算粗糙度参数的前提。铣削是一种常用的加工方式，常用在复杂外形和特征的加工。因此，预测铣削表面的三维形貌，进而预测粗糙度参数，对控制加工表面质量、提高加工效率、合理优化切削参数及降低加工成本等具有重要意义。

现有技术主要集中在侧铣或者铣刀未倾斜情况下的表面形貌预测，将刀尖轨迹沿着刀具轮廓方程进行扫略，获得铣削表面形貌，或运用dexel线条方法，建立刀具模型和工件模型，并考虑表面轮廓的随机组分，仿真了侧铣表面形貌，或基于刀具和工件的扫略点云技术预测表面形貌，但这些技术均未考虑刀具倾斜情况下的侧铣表面形貌。

发明内容

本发明针对现有技术没有考虑刀轴倾斜情况下铣削表面的宏观和微观有序纹理的不足，提出一种基于加工物理过程的倾斜铣削表面形貌创成方法，通过切削刃几何的空间运动轨迹方程，基于可视化算法揭示表面宏微观纹理的形成规律，预测刀轴倾斜铣削情况下表面形貌，实现粗糙度参数计算和加工工艺参数优化。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于加工物理过程的倾斜铣削表面形貌创成方法，根据刀轴倾斜铣削的刀具-工件位置关系，确定铣削加工参数和刀具几何形状参数以及刀具运动轨迹方程，根据运动轨迹将刀具刃口和被铣削的工件分别离散化为点集后，对刀具离散点的运动轨迹和工件执行布尔运算，得到的最外空间包络边界即铣削加工产生的工件表面形貌，进而实现粗糙度参数计算和加工工艺参数优化。

所述的刀具运动轨迹方程为：其中：(x_w,y_w,z_w)为工件坐标系下刀具的接触点坐标，θ为铣刀倾斜角度，(x_t0,y_t0,z_t0)为刀具切削刃上的一点P在刀具坐标系O_t-X_tY_tZ_t下的坐标，n为主轴转速，t为时间，k为齿数，f_z为每齿进给量，(l_x0,l_y0,l_z0)是刀具坐标系原点O_t与工件坐标系原点O_w之间的空间距离。

所述的布尔运算是指：将离散化的刀具点沿着刀具运动轨迹方程进行扫略，具体为：将刀具离散点的运动轨迹和工件执行布尔运算，两者相交意味表面轮廓的生成，布尔运算得到的最外空间包络边界即铣削加工产生的工件表面形貌。

所述的粗糙度参数计算和加工工艺参数优化，具体为：仿真不同参数下得到的倾斜铣削表面宏观和微观纹理，分析刀轴前倾角、刀具直径、每齿进给量对表面宏观和微观形貌的影响；当了解了工艺参数对表面形貌的影响后，在不用测量粗糙度的情况下评估加工表面质量，并优化工艺参数。

技术效果