[发明专利]一种超精密动态切削加工过程的三维形貌仿真方法

说明书

本发明公开一种超精密动态切削加工过程的三维形貌仿真方法，通过按照仿真离散时间间隔获取当前时刻的进给量作为当前进给量，并根据当前进给量和刀具的刀尖圆弧半径构建加工件的理论形貌轮廓，并计算加工件在侧向塑流影响下的轮廓高度作为实际轮廓高度，以对理论形貌轮廓进行调整，构建加工件的实际形貌轮廓，充分考虑切削力根据切削面积变化不恒定的问题，以提升加工件三维形貌仿真的准确性。

技术领域

本发明属于超精密加工技术领域，具体涉及一种超精密动态切削加工过程的三维形貌仿真方法。

背景技术

在超精密加工领域，加工件表面形貌仿真结果的准确性，直接影响到对加工件切削加工参数的设定，而切削加工参数的设定直接决定了加工件的加工精度。由技术水平和认知程度的局限，早期对加工件切削加工参数的设定主要集中在二维轮廓参数的测量和评价。随着模拟技术、测量技术和计算机技术的发展，对加工表面形貌进行仿真时加入了新的加工参数，如切削加工刀具几何形状、最小切削厚度、塑性测流以及弹性恢复等，可以进一步提升仿真结果的准确性。但在超精密动态切削过程中，切削加工刀具的切削力会根据切削面积发生变化，并不是恒定的力，切削力的变化会进一步导致切削加工刀具轨迹的变化，影响三维形貌。现有的仿真方法并没有考虑到这一点，影响了三维形貌仿真的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是目前对加工件进行三维仿真的方法没有考虑到切削加工刀具在超精密动态切削过程中，切削力会根据切削面积发生变化并不恒定，影响了三维形貌仿真的准确性。因此，本发明提供一种超精密动态切削加工过程的三维形貌仿真方法，综合考虑切削加工刀具几何形状、最小切削厚度、塑性测流以及弹性恢复等加工参数，并在此基础上根据切削力的动态变化实时调整加工参数，提升加工件三维形貌仿真的准确性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种超精密动态切削加工过程的三维形貌仿真方法，包括：

获取加工件的几何模型，并根据所述获取对刀具预先设置好的每一转的进给量作为预设进给量；

根据所述加工件的几何模型建立加工件表面粗糙度与所述预设进给量间的几何关系，确定刀具的刀尖圆弧半径；

按照仿真离散时间间隔获取当前时刻的进给量作为当前进给量，并根据所述当前进给量和所述刀具的刀尖圆弧半径构建加工件的理论形貌轮廓；

计算所述加工件在侧向塑流影响下的轮廓高度作为实际轮廓高度；

获取加工件表面粗糙度，并基于所述实际轮廓高度对所述理论形貌轮廓进行调整，构建加工件的实际形貌轮廓。

进一步地，所述根据所述当前进给量和所述刀具的刀尖圆弧半径构建加工件的理论形貌轮廓，包括：

根据0值和所述预设进给量确定进给量范围，并将所述进给量范围的中间值作为进给量分割值；

当当前进给量大于零且小于所述进给量分割值，则通过第一理论形貌轮廓构建公式对所述刀尖圆弧半径和所述当前进给量进行计算，构建加工件的理论形貌轮廓；

当当前进给量大于所述进给量分割值且小于所述预设进给量，则通过第二理论形貌轮廓构建公式对所述刀尖圆弧半径和所述当前进给量进行计算，构建加工件的理论形貌轮廓；

所述第一理论形貌轮廓构建公式和所述第二理论形貌轮廓构建公式具体为：

其中，z(x)表示加工件的理论表面轮廓，r_e表示切削加工刀具的刀尖圆弧半径，x表示当前进给量，f表示每一转的进给量。

进一步地，所述实际轮廓高度计算公式具体为：

R_p＝k₁lnχ+k₂