高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法技术

高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法，属于机械加工技术领域。本发明专利技术包括高能效铣削加工误差逐点解算方法、高能效铣削加工误差动态分布时频特性的表征方法和高能效铣削加工误差动态分布影响因素的识别方法，建立高能效铣削加工误差逐点解算模型，表征铣削加工误差动态分布时频特性，识别高能效铣削加工误差动态分布的影响因素，结合解算实例与实测结果，验证该方法的有效性，准确描述出铣削加工误差的动态分布特性。误差的动态分布特性。

【技术实现步骤摘要】
高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法


[0001]本专利技术涉及一种高能效铣削加工误差动态分布的识别方法，属于机械加工


技术介绍

[0002]高能效铣刀凭借优良的切削性能，得到广泛应用。高能效铣削加工误差分布特性是评定铣刀切削铣削加工表面几何参数变化、切削稳定性和动态切削能效的重要指标。铣刀高速、断续切削过程中，受切削载荷不断变化影响，铣削加工表面形成过程处于不稳定状态，其铣削加工误差不断变化，直接影响铣刀动态切削能效和加工质量一致性。故为了实现高能效铣削加工表面形成过程的精确控制，需要研究高能效铣削加工误差动态分布特性。
[0003]高能效铣刀瞬时多齿切削方式决定了其铣削加工表面和铣削加工误差的形成过程，铣刀刀齿瞬时切削行为及其刀齿间铣削加工表面最大残留高度特征点分布是揭示铣削加工误差动态特性的关键。已有关于铣削加工表面形成过程的研究，假定铣刀各个刀齿的瞬时切削行为具有相同的变化特性，忽略了铣削振动和刀齿误差对各个刀齿瞬时切削行为影响特性之间的差异性。
[0004]在铣削加工误差测量和表征上，已有的方法主要采用误差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法，其特征在于：包括高能效铣削加工误差逐点解算方法、高能效铣削加工误差动态分布时频特性的表征方法和高能效铣削加工误差动态分布影响因素的识别方法，具体步骤如下：一、高能效铣削加工误差逐点解算方法：步骤1.1，根据被加工工件材料及加工要求，确定待加工表面；步骤1.2，根据加工要求确定铣削工艺方案，包括：确定切削参数、铣刀设计位姿、铣刀结构参数和刀齿误差；步骤1.3，根据上述铣削工艺方案进行铣削实验，利用加速度传感器对实验过程中的振动进行测量，获取铣削振动信号；计算切削参数、铣刀设计位姿、铣刀结构参数、刀齿误差和铣削振动影响下的铣刀瞬时姿态角、铣刀轨迹、刀齿瞬时位置角、刀齿轨迹；步骤1.4，利用上述解算结果，提取工件铣削加工表面残留的相邻刀齿切削运动轨迹交点的切削宽度反方向的最大值点，以获得铣削加工表面特征点，进行铣削加工表面方程的构建；步骤1.5，采用高能效铣削加工误差逐点解算方法对铣削加工表面特征点进行相对位置偏差、法矢量倾角偏差、法矢量方向角偏差和曲率的解算；二、高能效铣削加工误差动态分布时频特性的表征方法：由高能效铣削加工误差逐点解算方法获取相对位置偏差、法矢量倾角偏差、法矢量方向角偏差和曲率的分布曲线，利用时域特征参数，频域特征参数对上述分布曲线进行定量描述；三、高能效铣削加工误差动态分布影响因素的识别方法：3.1根据高能效铣削加工误差逐点解算方法，获取考虑了铣削工艺方案条件下的加工误差指标分布曲线及铣削工艺设计确定的目标平面的加工误差指标分布曲线；解算上述两个加工误差指标分布曲线的相对关联度，若相对关联度达到要求，则进行步骤3.2；若相对关联度未达到要求，则根据各因素影响下的铣削加工误差指标分布曲线与铣削工艺设计确定的目标平面的加工误差指标分布曲线的关联度大小识别近似平面的影响因素；3.2，根据高能效铣削加工误差动态分布时频特性的表征方法对铣削工艺方案条件下的加工误差指标分布曲线的均方根值、峭度、主频进行计算，同时计算铣削工艺方案条件下所能达到的最佳的加工误差指标分布曲线的均方根值、峭度和主频；对上述两种分布曲线的时频特征参数的相对误差进行解算，若相对误差值在设计要求允许的范围内，则进行步骤3.3；若相对误差值不满足设计要求的范围，则根据各因素影响下沿设计切削深度方向上的铣削加工误差指标时频特征参数的变化特性进行时频特征参数影响因素的识别；3.3，根据高能效铣削加工误差逐点解算方法，获取铣削工艺方案条件下的加工误差指标分布曲线和铣削工艺方案条件下所能达到的最佳的加工误差指标分布曲线；解算上述两种分布曲线的相对关联度，若相对关联度达到要求，则输出满足加工误差分布设计要求的工艺方案；若不满足要求，则根据各因素影响下的铣削加工误差指标分布曲线与多因素综合作用
下的铣削加工误差指标分布曲线的关联度大小识别加工误差动态分布影响因素。2.根据权利要求1所述的高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法，其特征在于：所述步骤1.2的切削参数包括主轴转速、进给速度、切削深度和切削宽度；所述铣刀设计位姿包括由铣削工艺设计确定的铣刀轨迹和铣刀姿态角；所述铣刀结构参数包括铣刀直径、铣刀总长度、铣刀切削刃长度、铣刀齿数和铣刀螺旋角；所述刀齿误差包括刀齿轴向误差和刀齿径向误差；所述铣削工艺设计考虑了切削参数、铣刀设计位姿、铣刀结构参数三种因素。3.根据权利要求1所述的高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法，其特征在于：所述步骤1.5中，所述相对位置偏差为该特征点与铣削工艺设计确定的目标平面的对应点沿切削宽度方向的差值；所述法矢量倾角偏差为该特征点切平面的单位法矢量与铣削工艺设计确定的目标平面的单位法矢量的夹角；所述法矢量方向角偏差为该特征点切平面的单位法矢量在xoz面的投影与yoz面法矢量的夹角；所述曲率为该特征点所在的轮廓曲线在xoy面上的投影曲线的曲率半径的倒数。4.根据权利要求1所述的高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法，其特征在于：所述高能效铣削加工误差动态分布时频特性的表征方法中时域特征参数为均方根值、峭度，所述频域特征参数即主频。5.根据权利要求1所述的高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法，其特征在于：所述步骤3.1中铣削工艺方案条件下的加工误差指标分布曲线是指考虑切削参数、铣刀设计位姿、铣刀结构参数、刀齿误差和铣削振动五种因素影响下的相对位置偏差、法矢量倾角偏差、法矢量方向角偏差和曲率随时间变化的曲线；所述步骤3.1中铣削工艺设计确定的目标平面的加工误差指标分布曲线是指考虑切削参数、铣刀设计位姿和铣刀结构参数所形成的铣削加工表面的相对位置偏差、法矢量倾角偏差、法矢量方向角偏差和曲率随时间变化的曲线，该曲线是铣削工艺设计所能达到的最佳的铣削加工误差指标分布曲线；所述步骤3.1中近似平面是指只考虑切削参数、铣刀设计位姿和铣刀结构参数，忽略刀齿误差和铣削振动影响所形成的铣削加工表面；所述步骤3.2中铣削工艺方案条件下所能达到的最佳的加工误差指标分布曲线为考虑切削参数、铣刀设计位姿、铣刀结构参数、刀齿误差和铣削振动五种因素影响下的加工误差指标的最小值随时间变化的曲线。6.根据权利要求1
‑
5任意一项所述的高能效铣削加工误差动态分布特性识别方法，其特征在于：所述步骤1.4中铣削加工表面方程的构建为确定刀齿误差和铣削振动作用下的铣削加工表面方程，对整体硬质合金立铣刀的瞬时切削位姿进行分析，具体计算方式如下：铣刀切削刃任意一点的轨迹方程为：[x y z 1]
T
＝A3A2T3T2A1T1[a
i b
i c
i 1]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，(a
i
,b
i
,c
i
)为切削刃任意一点在刀齿坐标系中的坐标，切削刃方程如式(2)所示，A1,A2,A3为平移矩阵，T1,T2,T3为旋转矩阵，具体如式(3)～(5)所示：
式中，Δr
i
为刀齿径向误差，o
‑
xyz为工件坐标系，其中，o为坐标原点，x正向为铣刀进给速度方向，y正向为切削宽度反方向，z正向为设计切削深度的反方向，o
i
‑
a
i
b
i
c
i
为刀齿坐标系，o
i
为坐标原点，且在铣刀轴线上，a
i
为第i个刀齿的切矢量方向，b
i
为o
i
与第i个刀齿刀尖点的连线，以远离o
i
为正向，c
i
与铣刀轴线平行且远离o
i
，β为铣刀螺旋角，ζ
i
为切削刃任意一点相对刀尖点的滞后角，r
i
为任意刀齿回转半径；为任意刀齿回转半径；为任意刀齿回转半径；式(4)中，t时刻铣刀结构坐标系与振动作用下的切削坐标系的夹角根据下式求解：根据下式求解：式(5)中，铣刀切削过程中受振动影响产生的倾角θ(t)在vo0w面的投影θ1(t)、uo0w面的投影θ2(t)求解如下式所示：上式中，o0‑
uvw为无振动的切削坐标系，其中，o0为坐标原点，u、v、w分别与x、y、z平行，且方向一致。O
c
‑
UVW为振动作用下的切削坐标系，O
c
为坐标原点，U与u、V与v、W与w的夹角均为θ(t)，O
s
‑
XYZ为铣刀结构坐标系，O
s
为坐标原点，位于轴向最低刀齿所在平面，X为径向最大刀齿的切矢量方向，Y为与径向最大刀齿刀尖点在轴向最低刀齿所在平面的投影与O
s
的连线，以远离O
s
为正向，Z与铣刀轴线平行且远离O
s
，n为主轴转速，v
f
为进给速度，a
p
为设计切削深度，设计切削深度指不考虑铣削振动所引起的铣刀轴线偏置沿工件坐标系z轴反方
向定义的切削深度，a
e
为切削宽度，L为工件的长，S为工件的宽，H为工件的高，L1为铣刀总长度，L
c
为铣刀切削刃长度，r1为最大刀齿回转半径，Z
i
为铣刀刀齿轴向误差，为刀齿i的刀齿坐标系与铣刀结构坐标系的夹角，为刀齿结构坐标系与振动作用下的切削坐标系的夹角，为第一个切入工件的刀齿的初始切入角，此时t为0，为初始切入时刻即t为0时刻时铣刀结构坐标系与振动作用下的切削坐标系的夹角，为铣刀结构坐标系与第一个切入工件的刀齿的坐标系夹角，θ(t)为铣刀切削过程中受振动影响产生的倾角，A
x
(t)为铣削振动在进给速度方向的位移，A
y
(t)为铣削振动在切削宽度方向的位移，A
z
(t)为铣削振动在设计切削深度方向的位移；利用式(1)～式(8)，解算铣刀参与切削的切削刃各参考点切削运动轨迹，提取工件铣削加工表面残留的相邻刀齿切削运动轨迹交点的y向最大值点，以获得铣削加工表面特征点的方法；并利用式(1)对特征点进行拟合，以获取刀齿误差和铣削振动作用下铣削加工表面方程：G(x(t),y(t),z(t))＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)其中，x(t)＝Δx0+v
f
·
(t
‑
Δt)+Δx(t
‑
Δt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)z(t)＝z
q
+Δz(t
‑
Δt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)Δt＝[(z
q
‑
(H
‑
a
p
))
·
tanβ]/v
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彬，范丽丽，赵培轶，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：