進(jìn)給方向振動輔助銑削三維表面形貌仿真分析.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會需求的提高，工業(yè)生產(chǎn)越來越關(guān)注各種機(jī)械零件的表面質(zhì)量和性能。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，工件表面性能的要求也不同。如需要精密配合的場合，表面質(zhì)量要求很高;而需要摩擦傳動的場合則希望表面達(dá)到一定的粗糙度值。切削加工是最主要的機(jī)械加工方法，工件表面性能很多時候需要切削加工來保證。這也對切削加工技術(shù)提出了更高的要求，促使機(jī)械領(lǐng)域不斷改善傳統(tǒng)加工方法，探究新的加工方式。振動輔助切削可以改善傳統(tǒng)切削的材料去除方式，獲得不同的加工表

2、面，是目前研究切削加工的一個重要方向。
　　振動輔助銑削加工運動方式較為復(fù)雜，振動參數(shù)與切削工藝參數(shù)對加工表面形貌均會產(chǎn)生影響。可通過改變加工參數(shù)獲得不同的表面形貌，從而獲得具有不同表面質(zhì)量和表面性能的表面，因此研究各參數(shù)對加工表面形貌的影響非常有必要。本文通過分析振動輔助銑削的切削刃運動軌跡，建立三維表面形貌仿真系統(tǒng)，研究不同加工參數(shù)對表面形貌的影響。
　　以刀尖為研究對象，將刀具切削運動簡化為刀尖在工件表面的二維運動，建

3、立切削刃二維運動軌跡方程。以立銑刀單個切削刃為研究對象，推導(dǎo)施加振動后單個切削刃刀具和工件的分離條件。以雙刃立銑刀為研究對象，以切削刃二維運動學(xué)方程為基礎(chǔ)，研究切削參數(shù)和振動參數(shù)對切削刃軌跡的影響規(guī)律。
　　結(jié)合刀具切削刃形狀，建立振動輔助銑削加工三維表面形貌仿真模型。首先建立切削刃方程和坐標(biāo)系，通過坐標(biāo)變換的方式獲得切削刃刃線在工件坐標(biāo)系中的運動方程。其次，通過對工件、切削刃和切削加工時間的離散化處理，通過點的位置判斷與坐標(biāo)代換

4、獲得工件表面各點的坐標(biāo)，并以此為基礎(chǔ)建立了進(jìn)給方向振動輔助立銑加工和周銑加工的三維表面形貌仿真模型。最后，利用MATLAB軟件建立進(jìn)給方向振動輔助立銑和周銑三維表面形貌仿真程序，為了使程序具有更好的通用性，通過MATLAB的GUI設(shè)計做成可脫離MATLAB獨立運行的仿真界面。
　　設(shè)計實驗對MATLAB程序仿真三維表面形貌的準(zhǔn)確性和計算表面粗糙度的準(zhǔn)確性分別進(jìn)行了驗證。通過對幾種典型特征的仿真表面與實驗表面的對比，發(fā)現(xiàn)仿真程序能很

5、好地預(yù)測進(jìn)給方向振動輔助銑削已加工表面的三維表面形貌;仿真程序預(yù)測的表面粗糙度與實驗結(jié)果相對誤差較小，且仿真表面粗糙度隨加工參數(shù)的變化趨勢與實測結(jié)果隨加工參數(shù)的變化趨勢相同，仿真程序?qū)Ρ砻嫘蚊驳挠嬎銣?zhǔn)確性得到驗證。
　　驗證程序可行后，通過仿真程序探究三維表面形貌隨主軸轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)給量和振幅的變化規(guī)律。當(dāng)振動頻率與主軸回轉(zhuǎn)頻率的比值λ為偶數(shù)時，前后切削刃沒有交疊，形成“波浪形結(jié)構(gòu)”。隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，表面振紋的曲率半徑減小，隨著