[发明专利]一种周铣表面形貌分析与预测方法

说明书

本发明涉及铣削加工仿真技术领域，具体公开了一种周铣表面形貌分析与预测方法，首先将工件与夹具之间的接触模式等价地转化为线性弹簧‑阻尼系统，利用能量法推导出工件在铣削过程中的振动微分方程；通过坐标转换方法，提出有约束条件的振动微分方程模态分析求解方法，实现工件位置偏离的预测；之后建立周铣过程中切削刃的运动轨迹方程，结合工件的位置偏离与切削刃的运动轨迹方程，提出工件表面形貌的表面形貌离散算法。结果表明，本方法能准确预测周铣表面形貌与粗糙度。

技术领域

本发明涉及铣削加工仿真技术领域，具体是一种周铣表面形貌分析与预测方法。

背景技术

近年来，难加工材料在航空工业中的运用越来越广泛，难加工材料零件的质量和加工效率是加工制造业所必须考虑的问题。切削加工后工件表面形貌特征会影响零件的物理、机械性能以及实用寿命。零件加工表面质量一般通过加工精度和表面形貌两个重要的指标来衡量。加工工件表面形貌是指在加工过程中因刀具和工件振动等因素残留在工件表面的各种不同的形状和尺寸的微观几何形态，它是衡量零件表面质量的重要指标之一。切削加工是一个动态的过程，这势必会使工件在加工过程中产生振动从而使工件发生位置偏移，进而影响加工表面形貌的形成。

目前，大多数对铣削加工工件表面的形貌仿真基本上都是从刀具的角度入手。鲜有结合装夹布局振动与刀具结构的影响，仿真铣削加工的表面形貌问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种周铣表面形貌分析与预测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种周铣表面形貌分析与预测方法，包括以下步骤：

步骤一：建立工件振动模型；

步骤二：由能量法求得工件的振动微分方程；

步骤三：解耦并求解振动微分方程；

步骤四：求解刀刃运动轨迹方程；

步骤五：确定周铣表面形貌仿真方法；

步骤六：在MATLAB中用离散法对周铣表面形貌进行仿真。

作为本发明进一步的方案：步骤一中Fj为受到的合外力，将第i个定位元件视作在法向ni＝[nxi,nyi,nzi]T和两个切向ti＝[txi,tyi,tzi]T、ai＝[axi,ayi,azi]T上忽略质量的弹簧-阻尼系统，且三个方向上的弹簧阻尼元件的刚度和阻尼系数分别为kni、kti、kai和cni、cti、cai，rw＝[xw,yw,zw]T、Θw＝[αw,βw,γw]T分别为工件坐标系XwYwZw相对于全局坐标系XYZ的位置和方向，rw＝[xw,yw,zw]T为工件上任意点P在工件坐标系中的坐标，P点在全局坐标系中任意时刻的姿态r＝[x,y,z]T可表示为：

r＝r_w+T(Θ_w)r^w (22)；

s、c分别为正弦sin、余弦cos。

作为本发明进一步的方案：步骤二中具体步骤如下：

S01：求解工件上单一质点P的动能T；

式中其中为工件的线速度，为工件的角速度，质量矩阵m为工件质量，J_x＝∫(y²+z²)dm、J_y＝∫(x²+z²)dm、J_z＝∫(y²+x²)dm为惯性矩，J_xy＝∫xydm，J_yz＝∫yzdm，J_zx＝∫zxdm，(x,y,z)为点P在工件坐标系下的坐标；