[发明专利]一种大螺距螺纹加工表面形貌仿真方法与车削工艺评价方法

摘要

本发明涉及一种大螺距螺纹加工表面形貌仿真方法与车削工艺评价方法，属于机械加工术技术领域，大螺距螺纹作为压力机、重型铣镗床中的重要调整组件，其螺纹加工表面形貌沿轴向分布一致性严重影响整机的工作精度，对大螺距螺纹车削工艺提出了较高要求。大型螺纹在实际加工中，其成品件不允许采用破坏螺纹的方式进行检测，大螺距螺纹加工表面形貌的在机提取与检测存在困难，需要通过加工表面形貌仿真分析对车削工艺进行评价。本发明针对加工表面形貌沿轴向分布的变化特性，提出单螺纹面和多螺纹面加工表面形貌及其一致性评价方法，该方法可有效识别满足高加工表面质量要求的刀具磨损和振动特性及刀具使用寿命，提出大螺距螺纹车削工艺评价方法。

主权项

1.大螺距螺纹加工表面形貌仿真方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一、进行大螺距外螺纹精加工车削实验，提取切削刃刃形磨损量，用以构建切削刃刃形方程，式中，F(l)为切削刃刃形磨损量，l为刃形磨损量检测位置点距刀尖的距离，aj、bj、cj(j＝1,2,…,k)为拟合方程的系数；步骤二、确定刀具切削刃在机床和工件两坐标系中的位置关系，结合切削刃刃形方程，获得刀具磨损对大螺距螺纹加工表面形貌的影响特性方程，式中，Zlwit'为t时刻磨损作用下左切削刃上il'点在Zw轴上的坐标值，其中，点il'为第i个磨损测量点对应的左切削刃上的位置点，Zlw10为左切削刃刀尖点在Zw轴上的初始坐标值，Δlli为左切削刃上il'点沿切削刃方向与刀尖点的距离，κγ为主偏角，P为螺距，n为工件转速，lli为左切削刃上il'点与刀尖的距离，F(lli)为左切削刃上i'点处的刃形磨损量；Zrwit'为t时刻磨损作用下右切削刃上ir'点在Zw轴上的坐标值，其中，点ir'为第i个磨损测量点对应的右切削刃上的位置点，f为螺纹牙顶宽度，d为螺纹大径，d1为螺纹小径，Δlri为右切削刃上ir'点沿切削刃方向与刀尖点的距离，F(lri)为右切削刃上ir'点处的刃形磨损量；步骤三、在步骤一所述大螺距螺纹车削实验中，提取切深方向、切削速度方向和沿轴向进给方向的工件、刀具振动时域信号，利用matlab软件进行正弦函数拟合，得到振动加速度信号拟合方程，二次积分得到振动位移方程；对刀具与工件相对振动作用下，切削刃一点在工件坐标系中的坐标值进行解算，解算得到刀具与工件相对振动对切削刃一点位置的影响特性方程，Xwit″＝Xwit+Fgx(t)+Fdx(t)Ywit″＝Ywit+Fgy(t)+Fdy(t)Zwit″＝Zwit+Fgz(t)+Fdz(t)式中，Xwit”、Ywit”、Zwit”为振动作用下t时刻切削刃上i'点在基准坐标系中的坐标值，Xwit、Ywit、Zwit为t时刻切削刃上i'点在OwXwYw平面上投影点的坐标值，Fgx(t)、Fgy(t)、Fgz(t)分别为工件坐标系沿x、y、z三个方向的振动位移，Fdx(t)、Fdy(t)、Fdz(t)分别为刀具坐标系沿x、y、z三个方向的振动位移，其中，x方向为切削速度放向，y方向为切深方向，z方向为轴向进给方向；步骤四、根据步骤二和步骤三中磨损、刀具与工件相对振动对加工表面形貌的影响特性方程，得到切削刃磨损和刀具与工件相对振动共同作用下，大螺距螺纹加工表面形貌的仿真方程，式中，d1为螺纹小径，Δli为切削刃上i'点沿切削刃方向与刀尖点的距离，其中，i'点为第i个磨损测量点对应的切削刃上的位置点，λs为切削刃刃倾角，θ0为切削刃初始角度，Zlwit”'为t时刻磨损和振动共同作用下左切削刃上il'点在Zw轴上的坐标值，Zrwit”'为t时刻振动和磨损共同作用下右切削刃上ir'点在Zw轴上的坐标值，Flgz(t)、Fldz(t)分别为左刃切削时工件坐标系和刀具坐标系沿z方向的振动位移，Frgz(t)、Frdz(t)分别为右刃切削时工件坐标系、刀具坐标系沿z方向的振动位移；采用matlab软件进行仿真，得到大螺距螺纹加工表面形貌仿真结果；步骤五、用线切割机床，对由步骤一所述实验方案加工完成的试件螺纹面进行不同位置处的样块提取，采用超景深显微镜对样块加工表面形貌进行检测，得到大螺距螺纹加工表面形貌实验结果；根据步骤四得到大螺距螺纹加工表面形貌仿真结果；将仿真结果与实验结果进行对比分析，验证仿真结果的正确性。