[发明专利]椭圆振动辅助切削微槽的形貌建模方法

说明书

技术领域

本发明属于数控加工领域，特别涉及超声椭圆振动车削加工中刀具高频振动引起的微槽曲面建模领域。

背景技术

随着精密及超精密加工技术的迅猛发展,椭圆振动切削由于其降低切削力、提高加工质量、抑止工件毛刺产生、增加刀具寿命等优点,已经受到广泛关注。鉴于对高精密零件的加工质量要求越来越高,学者们就进一步提高椭圆振动切削的加工表面质量设计出了多种椭圆振动切削的方法和配套的振动切削装置。在椭圆振动切削过程中,刀具的振动切削振动相对于工件表面产生了连续重叠的椭圆轨迹。在每一个周期,刀具相对于工件的位置在不停的变化,同时在工件的切削方向上留下微型形貌。这种因刀具椭圆振动引起的微观形貌是决定工件表面粗糙度的关键。目前学者们的研究很少涉及对其工件曲面进行数学建模分析，而实际振动切削实验之前的建模仿真对整个实验无疑有着重要的参考和指导意义。本发明根据椭圆振动切削表面形貌形成机理，提出了一种基于车刀刀尖圆弧振动形成曲面计算的工件微观表面形貌的建模方法。本发明在详细分析椭圆振动加工中的各个参数对微槽生成影响的基础上，根据椭圆振动切削的特性建立了椭圆振动微槽曲面方程，对椭圆振动加工的微槽表面形貌进行研究，从而可以解决椭圆振动加工中微槽表面形貌的生成问题，形成椭圆振动切削工件表面形貌的生成模型。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种椭圆振动辅助表面微槽形貌的建模方法，可解决椭圆振动的工件表面形貌的建模问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

1.一种椭圆振动辅助切削微槽的形貌建模方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)建立机床加工坐标系o_j-x_jy_jz_j、工件坐标系o_g-x_gy_gz_g、刀具坐标系o_d-x_dy_dz_d和椭圆振动辅助切削局部坐标系o_z-x_zy_zz_z，以上坐标系均为右手笛卡尔标准直角坐标系。

建立机床加工坐标系：以车刀刀尖圆弧曲线和工件的初始接触点为坐标原点o_j点，o_j点和工件轴线所在平面为x_jo_jz_j平面，其中o_jz_j轴平行于工件轴向并指向装夹平面，o_jx_j轴垂直于o_jz_j轴并指向刀具方向，根据右手定则确定o_jy_j轴方向。机床加工坐标系相对于机床静止。

建立工件坐标系：以车刀刀尖圆弧曲线和工件的初始接触点为坐标原点o_g点，o_g点和工件轴线所在平面为x_go_gz_g平面，其中o_gz_g轴平行于工件轴向并指向装夹平面，o_gx_g轴垂直于o_gz_g轴指向刀具方向，根据右手定则确定o_gy_g轴方向。工件坐标系随工件旋转，速度为工件表面的切削速度v_cut，其中N为车床主轴转速，R为工件半径，f为椭圆振动频率，以上参数均是参考机床加工坐标系。考虑到微槽尺寸与工件半径比例关系，在对最终微槽形貌精度影响可以忽略的前提下，工件坐标系的绕工件轴线的旋转振动简化为沿机床加工坐标系o_gy_g轴负方向速率为v_cut的平移振动。

建立刀具坐标系：以车刀刀尖圆弧曲线顶点为坐标原点o_d，过o_d点指向刀尖曲线圆弧圆心方向为o_dx_d轴，在刀具前刀面所在平面内与o_dx_d轴垂直并指向工件装夹处为o_dz_d轴，根据右手定则确定o_dy_d轴方向。刀具坐标系相对于刀具静止。