高速切削加工工件表面形貌的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高速切削加工工件表面形貌的控制方法，可广泛应用于车、铣、刨、拉、插等机械加工工艺中，不仅可用于加工平面，也可以用于加工曲面的表面形貌控制，实现了对加工工件预定表面的粗糙度的控制。

Control method of surface morphology of high speed machined workpiece

The invention discloses a control method for high speed machining of workpiece surface, can be widely used in cars, milling, planing, pull plug and other mechanical processing process, not only can be used for processing plane, can also be used to control the surface morphology of machined surface, the workpiece surface roughness control book.

【技术实现步骤摘要】
高速切削加工工件表面形貌的控制方法
本专利技术属于机械加工工艺
，涉及一种高速切削加工工件表面形貌的控制方法。背景随着不断发展的科学技术对高速切削过程中工件表面形貌提出的更高的要求，即获得加工工件表面预定的粗糙度控制方法是远远不够的，需要实现对工件表面不同预定位置的形貌(波峰、波谷及其间距等)控制。传统的机械加工中，还没有对切削加工工件表面粗糙度进行预测，并据此对切削参数进行优化的方法，不能实现对高速加工工件表面形貌的控制。目前只存在切削工件表面粗糙度的预测方法，采用回归分析、神经网络等方法，不能实现工件预定表面的预定形貌的加工控制，难以满足要求。本专利技术只需要进行预定切削参数的几组切削加工试验，即可实现表面形貌的控制，具有成本低，效率高，精度高的优点。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷，本专利公开了一种高速切削加工工件表面形貌的控制方法，可广泛应用于车、铣、刨、拉、插等机械加工工艺中，不仅可用于加工平面，也可以用于加工曲面的表面形貌控制，实现了对加工工件表面预定的粗糙度的控制。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下所示：本专利技术主要由三维表面轮廓仪，及数据处理系统组成，核心是数据处理系统，具体步骤如下：。一种高速切削加工工件表面形貌的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、确定刀具的几何参数，所述几何参数包括前角γ、后角，安装的刃倾角和制作材料的参数，制作材料的参数包括硬度、密度；步骤二、获得1组或多组不同切削参数下切向、径向、轴向切削力系数：Ktc,Krc,Kac,Kte,Kre,Kae，其中，Ktc表示切向力系数；Krc表示径向力系数；Kac表示轴向力系数；Kte切向刃口力系数，Kre径向刃口力系数；Kae表示轴向刃口力系数，t表示切向，r表示径向，a表示轴向，c表示力系数，e表示刃口力系数，则有：β＝arcsin(sinη·sini+cosη·cosi·cosα)γ为刀具前角，η表示切屑流动方向与刀具切削刃垂直方向的夹角，i表示切削刃与垂直工件运动方向的夹角，为刀具剪切面法向剪切角，θ为切削过程中刀具的位置角度,β为有效前角，α为刀具后角，h为切削厚度,d表示求微分；z表示工件坐标系x-y-z的z方向,dz为轴向切深微元，d表示求微分，h表示切削厚度；Fx表示x方向切削力；Fy表示y向切削力，Fz表示z向切削力；步骤三、在设定的切削力系数下开展高速铣削试验，获得加工后工件的表面轮廓，工件表面轮廓是由切削加工系统中刀具与工件相对位移形成的，即若没有振动，工件是理想的表面，则表面轮廓等同于刀具与工件的相对位移X1(T)；X,Y,Z表示工件坐标系x-y-z下，刀具的刀尖与工件在x，y，z方向的相对位移。步骤四、根据高速切削加工瞬时刚性力模型建立切削力模型：Ft＝∫Ktc·h·dz+Kte·dsFr＝∫Krc·h·dz+Kre·dsFa＝∫Kac·h·dz+Kae·dsdFt＝Ktc·h·dz+Kte·dsdFr＝Krc·h·dz+Kre·dsdFa＝Kac·h·dz+Kae·ds其中，Ft表示切向切削力，Fr表示径向切削力，Fa表示轴向切削力，h为切削厚度；z表示工件坐标系x-y-z的z方向；dFt为切向力微元，dFr为径向力微元，dFa为向力微元，ds为切削刃长度微元，dz为轴向切深微元，d表示求微分，h表示切削厚度；步骤五、依据机械振动理论，建立高速去切削加工工件与刀具相对运动动力学模型，则有：其中，M1为切削系统等效质量，C1(T)为切削加工系统等效阻尼系数，K1(T)为切削加工系统等效刚度，f1(T)切削力，x1(T)表示振动位移函数，T表示时间；步骤六、将刀具切削面t-r-a坐标切削力通过坐标转换成x-y-z坐标切削力：其中，θ1，β1，分别为由刀具切削面t-r-a坐标向坐标系x-y-z转换时，切削面坐标绕a轴的旋转角度及绕t轴的旋转角度；A3-r表示刀具切削面t-r-a坐标饶a轴的旋转θ1角度的转换矩阵，r表示切削加工的径向；Ar-a表示刀具切削面t-r-a坐标绕a轴的旋转θ1角度旋转后的坐标系绕t轴的旋转β1角度的坐标转换矩阵；Fx表示x方向切削力；Fy表示y向切削力，Fz表示z向切削力；步骤七、获得足够三组或三组以上的表面轮廓形貌x1(t)，即可获得M1，C1(t)，K1(t)的值，建立切削加工与工件表面形貌的映射规律；步骤八、通过步骤五中的动力学模型，即可获得在同一个高速切削加工机床下任意工件表面轮廓形貌x(t)所需要的刀具材料几何参数，切削参数；、实现高速切削加工表面形貌的控制。进一步的改进，上述步骤三中，通过三维表面轮廓仪获得加工后工件的表面轮廓。具体实施方式实施例1一种高速切削加工工件表面形貌的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、确定刀具的几何参数，所述几何参数包括前角γ、后角，安装的刃倾角和制作材料的参数，制作材料的参数包括硬度、密度；步骤二、获得1组或多组不同切削参数下切向、径向、轴向切削力系数：Ktc,Krc,Kac,Kte,Kre,Kae，其中，Ktc表示切向力系数；Krc表示径向力系数；Kac表示轴向力系数；Kte切向刃口力系数，Kre径向刃口力系数；Kae表示轴向刃口力系数，t表示切向，r表示径向，a表示轴向，c表示力系数，e表示刃口力系数，则有：β＝arcsin(sinη·sini+cosη·cosl·cosα)γ为刀具前角，η表示切屑流动方向与刀具切削刃垂直方向的夹角，i表示切削刃与垂直工件运动方向的夹角，为刀具剪切面法向剪切角，θ为切削过程中刀具的位置角度,β为有效前角，α为刀具后角，h为切削厚度,d表示求微分；z表示工件坐标系x-y-z的z方向,dz为轴向切深微元，d表示求微分，h表示切削厚度；Fx表示x方向切削力；Fy表示y向切削力，Fz表示z向切削力；步骤三、在设定的切削力系数下开展高速铣削试验，通过三维表面轮廓仪获得加工后工件的表面轮廓，工件表面轮廓是由切削加工系统中刀具与工件相对位移形成的，即若没有振动，工件是理想的表面，则表面轮廓等同于刀具与工件的相对位移X1(T)；X,Y,Z表示工件坐标系x-y-z下，刀具的刀尖与工件在x，y，z方向的相对位移。步骤四、根据高速切削加工瞬时刚性力模型建立切削力模型：Ft＝∫Ktc·h·dz+Kte·dsFr＝∫Krc·h·dz+Kre·dsFa＝∫Kac·h·dz+Kae·dsdFt＝Ktc·h·dz+Kte·dsdFr＝Krc·h·dz+Kre·dsdFa＝Kac·h·dz+Kae·ds其中，Ft表示切向切削力,Fr表示径向切削力,Fa表示轴向切削力，h为切削厚度；z表示工件坐标系x-y-z的z方向；dFt为切向力微元，dFr为径向力微元，dFa为向力微元，ds为切削刃长度微元，dz为轴向切深微元，d表示求微分，h表示切削厚度；步骤五、依据机械振动理论,建立高速去切削加工工件与刀具相对运动动力学模型，则有：其中，M1为切削系统等效质量，C1(T)为切削加工系统等效阻尼系数，K1(T)为切削加工系统等效刚度，f1(T)切削力，x1(T)表示振动位移函数，T表示时间；步骤六、将刀具切削面t-r-a坐标切削力通过坐标转换成x-y-z坐标切削力：其中，θ1，β1，分别为由刀具切削面t-r-a坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速切削加工工件表面形貌的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、确定刀具的几何参数，所述几何参数包括前角γ、后角，安装的刃倾角和制作材料的参数，制作材料的参数包括硬度、密度；步骤二、获得1组或多组不同切削参数下切向、径向、轴向切削力系数：Ktc,Krc,Kac,Kte,Kre,Kae，其中，Ktc表示切向力系数；Krc表示径向力系数；Kac表示轴向力系数；Kte切向刃口力系数，Kre径向刃口力系数；Kae表示轴向刃口力系数，t表示切向，r表示径向，a表示轴向，c表示力系数，e表示刃口力系数，则有：β＝arcsin(sinη·sini+cosη·cosi·cosα)

【技术特征摘要】
1.一种高速切削加工工件表面形貌的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、确定刀具的几何参数，所述几何参数包括前角γ、后角，安装的刃倾角和制作材料的参数，制作材料的参数包括硬度、密度；步骤二、获得1组或多组不同切削参数下切向、径向、轴向切削力系数：Ktc,Krc,Kac,Kte,Kre,Kae，其中，Ktc表示切向力系数；Krc表示径向力系数；Kac表示轴向力系数；Kte切向刃口力系数，Kre径向刃口力系数；Kae表示轴向刃口力系数，t表示切向，r表示径向，a表示轴向，c表示力系数，e表示刃口力系数，则有：β＝arcsin(sinη·sini+cosη·cosi·cosα)γ为刀具前角，η表示切屑流动方向与刀具切削刃垂直方向的夹角，i表示切削刃与垂直工件运动方向的夹角，为刀具剪切面法向剪切角，θ为切削过程中刀具的位置角度,β为有效前角，α为刀具后角，h为切削厚度,d表示求微分；z表示工件坐标系x-y-z的z方向,dz为轴向切深微元，d表示求微分，h表示切削厚度；Fx表示x方向切削力；Fy表示y向切削力，Fz表示z向切削力；步骤三、在设定的切削力系数下开展高速铣削试验，获得加工后工件的表面轮廓，工件表面轮廓是由切削加工系统中刀具与工件相对位移形成的，即若没有振动，工件是理想的表面，则表面轮廓等同于刀具与工件的相对位移X1(T)；X,Y,Z表示工件坐标系x-y-z下，刀具的刀尖与工件在x，y，z方向的相对位移。步骤四、根据高速切削加工瞬时刚性力模型建立切削力模型：Ft＝∫Ktc·h·dz+Kte·dsFr＝∫Krc·h·dz+Kre·dsFa＝∫Kac·h·dz+Kae·dsdFt＝Ktc·h·dz+Kte·dsdFr＝Krc·h·dz+Kre·dsdFa＝Kac·h·dz+Kae·ds其中，Ft表示切向切削力,Fr表示径向切削力,Fa表示轴向切削力，h为切...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘安民，陈雪林，戴欢，周唯，肖志信，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43