進給方向振動輔助銑削三維表面形貌仿真分析.pdf

1、隨著科學技術的進步和社會需求的提高，工業(yè)生產越來越關注各種機械零件的表面質量和性能。根據應用場合的不同，工件表面性能的要求也不同。如需要精密配合的場合，表面質量要求很高;而需要摩擦傳動的場合則希望表面達到一定的粗糙度值。切削加工是最主要的機械加工方法，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提出了更高的要求，促使機械領域不斷改善傳統(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雜，振動參數與切削工藝參數對加工表面形貌均會產生影響。可通過改變加工參數獲得不同的表面形貌，從而獲得具有不同表面質量和表面性能的表面，因此研究各參數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方程為基礎，研究切削參數和振動參數對切削刃軌跡的影響規(guī)律。
　　結合刀具切削刃形狀，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系，通過坐標變換的方式獲得切削刃刃線在工件坐標系中的運動方程。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代換

4、獲得工件表面各點的坐標，并以此為基礎建立了進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設計做成可脫離MATLAB獨立運行的仿真界面。
　　設計實驗對MATLAB程序仿真三維表面形貌的準確性和計算表面粗糙度的準確性分別進行了驗證。通過對幾種典型特征的仿真表面與實驗表面的對比，發(fā)現仿真程序能很

5、好地預測進給方向振動輔助銑削已加工表面的三維表面形貌;仿真程序預測的表面粗糙度與實驗結果相對誤差較小，且仿真表面粗糙度隨加工參數的變化趨勢與實測結果隨加工參數的變化趨勢相同，仿真程序對表面形貌的計算準確性得到驗證。
　　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速、每齒進給量和振幅的變化規(guī)律。當振動頻率與主軸回轉頻率的比值λ為偶數時，前后切削刃沒有交疊，形成“波浪形結構”。隨著主軸轉速的提高，表面振紋的曲率半徑減小，隨著