[发明专利]一种单点金刚石车削加工中表面粗糙度的预测方法

摘要

一种单点金刚石车削加工中表面粗糙度的预测方法。一种表面粗糙度的预测方法，具体涉及一种单点金刚石车削加工中表面粗糙度的预测方法。本发明为了解决现有表面粗糙度预测方法预测误差较大的问题。本发明通过从已加工表面的检测结果提取加工过程中刀具和工件间相对振动的幅值信息，建立主轴转速和材料特性与相对振动和膨胀效应的对应关系，计算发生膨胀效应后加工表面的轮廓曲线，由特定加工材料和主轴转速找到对应的等效振幅，从而得到刀具、工件间的等效相对振动，将等效相对振动与发生膨胀效应后加工表面的轮廓曲线进行叠加可得到新的表面轮廓曲线，并对新曲线进行数据处理计算出表面粗糙度。本发明用于预测单点金刚石车削加工中表面粗糙度。

主权项

1.一种单点金刚石车削加工中表面粗糙度的预测方法，其特征在于：所述一种单点金刚石车削加工表面粗糙度的预测方法的建立步骤如下：步骤一、选取典型待测工件材料，变化进给转速、主轴转速和背吃刀量设计实验方案，在超精密机床上进行预先的单点金刚石切削加工实验；步骤二、采用触针式轮廓仪预测加工典型待测工件的表面轮廓曲线；步骤三、从已加工表面的检测结果提取加工过程中刀具和工件间相对振动的幅值信息，所述刀具和工件间相对振动的幅值信息通过以下方法获得：步骤三(一)、根据检测的表面轮廓曲线和数据，以加工工件端面的最外侧即径向直径最大值处为原点建立X、Z坐标系，提取刀尖在径向相对于工件的轮廓代表实际加工过程中刀具和工件间相对振动在径向的反映，X轴方向为刀具进给方向，Z轴方向为刀具切深方向，则径向刀具轮廓的数目为：其中L为径向检测长度，s为刀具每转的进给量，从已加工表面的检测曲线上提取数据的数目也为N；步骤三(二)、提取数据的X轴上坐标为x_i＝x₁+(i-1)Δx＝x₁+(i-1)s(2)，其中i＝1，2，...，N，从而可得到提取的刀尖坐标数据为(x_i，Z_i(x_i))，从已加工表面提取的刀具和工件间相对振动的轮廓曲线为：Z_m(x_i)＝Z_i(x_i)-min(Z_i(x_i))(3)，其中i＝1，2，...，N-1，上述相对振动的轮廓曲线引起的表面粗糙度：其中i＝1，2，...，N；步骤三(三)、将刀具和工件间的相对振动等效为简谐振动，设其简谐振动的方程为：将其离散化可得到：其中Δx＝1/40f，i＝1，2，..，N，N＝L/Δx，则等效简谐振动引起的表面粗糙度为：刀具和工件间相对震动等效为简谐振动的原则为两振动引起的表面粗糙度相同，即Ra_h＝Ra_m(8)；步骤三(四)、通过式(4)、(7)和(8)求解等效振幅的值，即为实际加工中刀具和工件间相对振动的幅值信息；步骤四、计算膨胀比值，膨胀比为发生膨胀效应后的残留区域的高度和未发生膨胀效应的残留区域高度的比值，即式中H_ri是加工表面上第i个刀具痕迹在发生膨胀效应后的残留高度，H_c是未发生膨胀效应刀具痕迹的理论残留高度，其中i＝1，2，...，n；步骤五、计算发生膨胀效应后加工表面的轮廓曲线，发生膨胀效应后加工表面的轮廓曲线中刀具痕迹残留区域的高度为为H_c·SP；步骤六、由特定加工材料和主轴转速找到对应的等效振幅，从而得到刀具、工件间的等效相对振动曲线，刀具、工件间的等效相对振动曲线为：步骤七、通过matlab软件将步骤五中发生膨胀效应后加工表面的轮廓曲线与步骤六中等效相对振动曲线进行叠加可得到新的表面轮廓曲线，对新曲线进行数据处理计算出表面粗糙度。