[发明专利]一种自由曲面超精密车削后表面形貌预测方法

说明书

本发明公开了一种自由曲面超精密车削后表面形貌预测方法，通过结合刀具轨迹规划和表面形貌仿真两个研究方向，根据基于主动控制加工精度规划的刀具轨迹将需要进行表面形貌仿真的区域L_x×L_y按照分辨率为d_x和d_y划分为m×n的网格，根据各网格点与已规划刀具轨迹上的刀触点的几何位置关系计算出仿真区域内所有网格点的坐标数据，在应用计算得到的坐标数据进行曲面重构，即可实现曲面单点金刚石车削的表面形貌仿真建模。将得到的仿真模型去除掉曲面的形状成分即可对加工误差进行预测。本发明可以在无需进行验证切削实验的情况下有效的预测单点金刚石车削加工后表面形貌以及加工误差并验证所规划的刀具轨迹是否满足加工精度要求。

技术领域

本发明涉及超精密数控加工技术领域，具体涉及一种自由曲面超精密车削后表面形貌预测方法。

背景技术

单点金刚石慢刀伺服超精密车削加工是一种经济、高效、能实现光学零件制造的先进的超精密制造技术。表面粗糙度对超精密车削零件的性能影响很大，是车削加工过程中一个重要的监控指标，目前对单点金刚石超精密车削加工的研究主要集中在刀具轨迹规划和表面形貌仿真等方面，然而结合两个方向的基于主动控制加工精度规划的刀具路径进行表面形貌仿真和加工误差预测的研究中很少涉及。

发明内容

本发明提出了一种自由曲面超精密车削后表面形貌预测方法，根据基于加工精度控制规划的刀具轨迹提出了自由曲面单点金刚石车削加工的表面粗糙度预测模型，以实现通过仿真预测实际加工的表面形貌和加工误差，避免了因试切实验造成的时间和成本的浪费。

本发明所采取的技术方案是：

一种自由曲面超精密车削后表面形貌预测方法，包括以下步骤：

步骤1：根据已规划刀具轨迹Z＝f(ρ,θ)的自由曲面确定表面形貌仿真区域L_x×L_y，设定X和Y方向的分辨率d_x和d_y，将表面形貌仿真区域划分成m×n的网格。将仿真区域的中心设置成自由曲面加工的圆心，则可以得到仿真区域内第(i,j)网格点P_k的XY坐标，为了方便下面的推导计算，将网格点的XY坐标转换为柱坐标系下的ρ,θ坐标；

步骤2：计算网格点P_k之前刀具轨迹经历的整周期数N_t，可以得到网格点P_k的在整个刀具轨迹上的当量角度则网格点P_k的坐标可以表示为

步骤3：由于加工曲面的表面形貌是由刀具切削刃切削后的最低轮廓线构成的，为了计算网格点的Z坐标需要找到对该网格点产生切削影响的刀具轨迹上的切削位置点。根据网格点和已规划的刀具轨迹可以确定得到离网格点最近的刀具轨迹上相邻周期的两个刀触点P_l1(ρ_l1,θ_l1,z_l1)和P_l2(ρ_l2,θ_l2,z_l2)；