[发明专利]超精密铣削加工表面形貌纹理控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及超精密铣削加工领域，具体为一种铣削加工中的表面形貌纹理控制方法，尤其适用于三轴超精密铣削加工和高速铣削加工。

背景技术

加工表面形貌对产品的质量和性能有着显著地影响。表面形貌会直接影响到工件表面的接触强度、抗腐蚀性、耐磨性、密封性、抗疲劳性、配合性质、摩擦、润滑、光学特性和传热性等。因此，对加工表面形貌的控制具有重要意义。

在铣削加工中，由于切削刃在主轴旋转运动中的空间位置，在铣削加工表面形成进给残留和行距残留。而在普通铣削加工中，由于行距较大，且每齿进给量远小于行距，因此行距残留是铣削加工表面形貌的主要形式。超精密球头铣削加工中，由于行距非常小，导致每齿进给量与行距非常接近。而在高速铣削加工中，由于进给速度非常快，同样导致每齿进给量与行距非常接近。Jenq-Shyong Chen、罗忠诚等人对高速铣削、超精密球头铣削表面形貌分析中指出当每齿进给量与行距的比值接近1时，进给残留甚至比行距残留对表面形貌的影响更大。

进给残留不仅受到每齿进给量、行距、刀具倾角和刀具半径的影响，而且还受到相邻刀路初始切入相位角差的影响。近来，通过铣削表面形貌仿真程序，对刀路初始切入相位角对加工表面形貌的影响进行了分析。在每齿进给量远小于行距时，表面形貌主要由行距残留决定，而进给残留的影响相对较小，因此刀路初始切入相位角的影响无法体现。而当每齿进给量与行距接近时，刀路初始切入相位角对进给残留的影响不容忽视，因而也对加工表面形貌具有重大影响。

每齿进给量、刀具倾角和刀具半径的控制比较简单，只需调整加工参数即可。在超精密铣削加工中，主轴转速高达数万转每分，而且主轴转速和各轴运动的启动过程是一个动态的、复杂的过程，因此要控制每行刀路切入时刀具的相位角非常困难。

对刀具初始相位角对表面形貌纹理的影响分析发现，本质上是相邻刀路的刀具初始相位角差影响了表面形貌纹理，而不是每行刀路的刀具初始相位角。而相邻刀路的刀具初始相位角差的控制相对于每行刀路切入时刀具的相位角的控制而言，更具有可行性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过控制相邻刀路初始切入相位角差来实现对超精密铣削加工表面形貌纹理控制的方法，该方法通过控制非切削路径的长度控制相邻刀路的初始切入相位角差，进而对加工表面形貌纹理的方向进行控制，实现表面形貌纹理的有效控制。

实现本发明的目的所采用的超精密铣削加工中的表面形貌纹理控制方法，其具体过程如下：

（一）设定加工表面形貌纹理方向角δ。

（二）根据步骤（一）设定的加工表面形貌纹理方向角δ，确定相邻刀路的刀具初始相位角差

（三）根据步骤（二）确定的相邻刀路的刀具初始相位角差进行切削区域和非切削的刀路规划，并生成刀位轨迹文件。

（四）根据步骤（三）获得的刀位轨迹文件，后置处理成超精密铣削加工机床数控系统可以识别的加工代码。

（五）使用步骤（四）生成的代码，进行超精密铣削加工。

作为本发明的改进，所述刀具初始相位角差指相邻刀路的刀具初始切入相位角之差，其中，所述刀具初始相位角指刀具刀刃上任一点在垂直于刀轴且过刀具中心点的平面上的投影点与刀具中心点所形成的直线与机床坐标系X轴方向的夹角。

作为本发明的改进，所述的刀具初始相位角差如下式确定：

其中，m为铣刀刃数，f_z为每齿进给量，V_f为进给速度，N为主轴转速，p为行距。

作为本发明的改进，所述非切削的刀路路径规划具体为：首先，确定每行刀路中的切削刀路轨迹的长度L_e；其次，根据所述切削刀路轨迹的长度L_e确定每行非切削刀路轨迹的长度L_n；最后，根据确定的非切削路径长度L_n，即可规划出所述非切削的刀路路径。

作为本发明的改进，所述非切削刀路轨迹长度L_n通过下式确定：

式中，n为正整数，表示非切削路径长度调配系数，V_f为进给速度，N为主轴转速。