[发明专利]一种旋风铣削中螺纹工件表面形貌的预测方法

权利要求书

1.一种旋风铣削中螺纹工件表面形貌的预测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1：获取螺纹工件切削加工表面成形过程中若干刀具的切削过程，根据刀具和工件的接触点，并增加辅助线，构建刀具运动轨迹模型以及刀具-工件接触运动轨迹模型；

步骤2：根据刀具运动轨迹模型、刀具-工件接触运动轨迹模型和刀具之间的耦合建立螺纹工件表面形貌预测模型；

步骤3：获取相关切削参数，根据螺纹工件表面形貌预测模型获得工件表面残留高度和波纹度，实现旋风铣削中螺纹工件表面形貌预测。

2.根据权利要求1所述的一种旋风铣削中螺纹工件表面形貌的预测方法，其特征在于，所述步骤1的具体实现过程为：

步骤11：构建所述刀具运动轨迹模型过程为：令工件位于坐标系(O,Y,Z)原点，中心坐标为(0，0)；第n把刀具和第(n+1)把刀具的刀具运动轨迹中心分别为(m_n,n_n)和(m_n+1,n_n+1)；辅助线与工件外圆或不同刀具运动轨迹的交点为P_i；则第(n+1)把刀具和第n把刀具的刀具运动轨迹中心坐标点方程表示为：

式中，e为工件中心到刀具运动轨迹中心的距离；Δ为刀具切削工件的初始角；θ_i为从第n把刀具开始切入工件到第(n+1)把刀具开始切入工件时工件旋转的角度；η为第(n+1)把刀具的刀具运动轨迹中心到刀具插入工件初始点的连线与第(n+1)把刀具的刀具运动轨迹中心到工件中心点连线的夹角；其中夹角η通过切削过程中三角函数关系确定，表示为：

式中，R为刀具运动轨迹半径；

步骤12：构建所述刀具-工件接触运动轨迹模型的过程为：引入辅助线用于描述第n把刀具和第(n+1)把刀具的刀具运动轨迹，引入的辅助线l_n+1与l_n表示如下：

z_i-n_n+1＝tan(Δ+θ)·(y_i-m_n+1) (4)

z_i-n_n＝tan(Δ+θ_n+θ_i)·(y_i-m_n) (5)；

式中，(z_i，y_i)为辅助线上的点的坐标；θ_n为第n把刀具切削过程中刀盘旋转角度；θ_i为第n把刀具开始切入工件到第(n+1)把刀具开始切入工件时工件旋转的角度；

辅助线l_n+1与工件外圆的交点为P₁，辅助线l_n+1与第(n+1)把刀具的运动轨迹交点为P₂，辅助线l_n+1与第n把刀具的刀具运动轨迹交点为P₃，辅助线l_n与工件外圆的交点为P₄，辅助线l_n与第n把刀具的刀具运动轨迹交点为P₅；

P₁在坐标系(O,Y,Z)中坐标表示为：

P₂在坐标系(O,Y,Z)中坐标表示为：

P₃在坐标系(O,Y,Z)中坐标表示为：

P₄在坐标系(O,Y,Z)中坐标表示为：

P₅在坐标系(O,Y,Z)中坐标表示为：

式中，θ_n为第n把刀具切削过程中刀盘旋转角度，表示为：

式中，为第n把刀具的刀具运动轨迹中心(m_n,n_n)到点P₁的距离，表示为：

3.根据权利要求1所述的一种旋风铣削中螺纹工件表面形貌的预测方法，其特征在于，所述螺纹工件表面形貌预测模型由螺纹工件螺纹滚道的表面残留高度预测模型和表面波纹度预测模型构成，所述步骤2的具体实现过程为：

步骤21：根据螺纹干式旋铣加工过程螺纹工件表面轮廓成形机理，并结合切削过程中刀具运动轨迹模型，计算当前刀具与下一把刀具的刀具运动轨迹的交点，计算公式如下：

其中，第n把刀具与第(n+1)把刀具的刀具运动轨迹的交点为(m_n,n_n)和(m_n+1,n_n+1)分别为第n把刀具和第(n+1)把刀具的刀具运动轨迹中心；R为刀具运动轨迹半径；

步骤22：通过计算当前刀具与下一把刀具的刀具运动轨迹的交点到螺纹工件的螺纹滚道表面的距离获得工件表面残留高度，则表面残留高度预测模型表达式为：

其中，R_th为工件表面残留高度；r为螺纹滚道内径；

步骤23：基于切削成形运动机理计算刀具运动轨迹中心，利用刀具运动轨迹中心并根据刀具运动轨迹模型计算两把刀具的刀具运动轨迹交点，根据相邻工作的三把刀具产生的两个刀具运动轨迹交点的距离计算螺纹工件的螺纹滚道表面的波纹度，表面波纹度预测模型表示为：

其中，S_h2(y_sh2,z_sh2)是第(n+1)把刀具和第(n+2)把刀具的刀具运动轨迹的交点；(m_n+2,n_n+2)为第(n+2)把刀具的刀具运动轨迹的中心；W_sh为波纹度；ψ为螺纹工件的螺旋角；e为工件中心到刀具运动轨迹中心的距离；Δ为刀具切削工件的初始角；θ_i为从第n把刀具开始切入工件到第(n+1)把刀具开始切入工件时工件旋转的角度。