[发明专利]一种加工表面形貌分布特性的表征与解算方法

说明书

本发明公开了一种加工表面形貌分布特性的表征与解算方法，是针对现有方法无法完整反映工件已加工表面形貌结构所提出，其通过立铣刀铣削加工表面形貌实验及控制变量提取方法、已加工表面形貌变化特性检测与表征方法、铣削振动影响下铣刀及其刀齿切削行为表征方法、刀齿铣削微元与已加工表面形貌单元解算方法、对已加工表面形貌分布特性解算方法的验证，从而确定解算方法正确。本发明通过立铣刀铣削加工表面形貌实验和仿真，对已加工表面全区域进行网格划分，识别并提取已加工表面网格单元的已加工表面形貌单元轮廓特征点，利用高次多项式构建已加工表面形貌单元轮廓曲面，采用改进灰色关联分析算法，验证已加工表面形貌单元解算方法的正确性。

技术领域：

本发明属于加工表面形貌分布特性的表征与解算方法技术领域，具体涉及立铣刀铣削加工表面形貌实验及控制变量提取方法，已加工表面形貌变化特性检测与表征方法，铣削振动影响下铣刀及其刀齿切削行为表征方法，刀齿铣削微元与已加工表面形貌单元解算方法，已加工表面形貌分布特性解算方法的验证。

背景技术：

已加工表面形貌是指工件在加工过程中，因诸多因素综合作用，而残留在工件表面的各种不同结构和尺寸的微观几何形态，对工件的抗疲劳能力、腐蚀性能和耐磨损能力有着重要的影响。在铣削加工过程中，铣削振动及铣刀刀齿误差均会影响加工表面形貌的形成，受多种因素的共同影响，已加工表面形貌呈现不同的分布特性。对已加工表面形貌的检测有机械探针式测量方法、光学探针式测量方法、干涉显微镜测量方法、扫描电子显微镜测量方法等。已有方法通过提取工件已加工表面形貌峰高、谷底的特征点计算其表面粗糙度，通过表面粗糙度值随位置的变化情况，反映工件已加工表面形貌的分布特性。此种方法，缺少峰高、谷深之间的已加工表面形貌结构信息，无法完整反映工件已加工表面形貌的结构特征，越来越满足不了工件的使用性能要求。随着机械加工行业的发展和对工件使用性能要求的提高，二维已加工表面形貌的表征方法已不能满足当前发展的需要，三维已加工表面形貌表征方法具有更好地全局性，能更全面的提供工件的结构特征，已成为当前研究的重点。

发明内容：

本发明为克服上述缺陷，提供了一种加工表面形貌分布特性的表征与解算方法，本发明对实验获取的整张已加工表面划分网格，通过识别并提取各已加工表面网格单元的已加工表面形貌峰高、谷底之间的轮廓特征点，采用高次多项式构建已加工表面形貌单元轮廓曲面，对已加工表面形貌单元进行表征。依据振动作用下铣刀及其刀齿相对于工件的切削运动关系，解算振动作用下铣刀及其刀齿切削姿态，表征振动作用下铣刀及其刀齿相对于工件的切削行为。通过铣削微元划分，解算参与切削的切削刃任意点运动轨迹，重构已加工表面形貌曲面，揭示铣削方式、切削参数、刀齿误差及铣削振动对已加工表面形貌分布特性的影响，为铣削工艺评价与设计提供了依据。

本发明采用的技术方案在于：一种加工表面形貌分布特性的表征与解算方法，包括以下步骤：

步骤一：通过立铣刀铣削加工表面形貌实验及控制变量提取方法，从而获得铣削振动加速度信号和已加工表面形貌；

步骤二：通过已加工表面形貌变化特性检测与表征方法，从而提出已加工表面网格划分方法及已加工表面形貌单元表征方法；

步骤三：通过铣削振动影响下铣刀及其刀齿切削行为表征方法，从而获得铣削振动影响下铣刀及其刀齿切削行为；

步骤四：通过刀齿铣削微元与已加工表面形貌单元解算方法，从而获得已加工表面形貌单元解算方法；

步骤五：对已加工表面形貌分布特性解算方法的验证，从而确定解算方法正确。

优选地，在步骤一中，还包括以下步骤：

步骤a1：确定铣削加工表面形貌实验方法；

步骤a2：获取工件结构及已加工表面特征；

步骤a3：获取铣刀结构及刀齿误差分布序列；

步骤a4：获取铣削方式及切削参数；