[发明专利]一种旋风铣削中螺纹工件表面形貌的预测方法

说明书

本发明公开了一种旋风铣削中螺纹工件表面形貌的预测方法，利用螺纹干式铣削多刃断续成形工艺特性，对工件表面形貌特征进行了分析。根据螺纹工件表面形貌形成机理，建立了螺纹滚道表面残留高度预测模型和表面波纹度预测模型，考虑了切削参数、未变形切屑厚度、螺纹内外径与螺旋角、刀具个数与几何尺寸以及工件‑刀具偏心距等参数对螺纹滚道表面形貌的影响。根据工件表面形貌的预测模型，可以预先对加工参数进行优化以达到最佳的加工方案，进而提高旋风铣削加工质量。

技术领域

本发明涉及机械制造加工技术领域，更具体的说是涉及一种旋风铣削中螺纹工件表面形貌的预测方法。

背景技术

金属切削加工过程中，对工件表面形貌的控制是机械加工中的一个重要问题，因为它会对被加工零件的最终服役性能，如抗疲劳、表面摩擦和磨损等产生重要的影响。此外，工件表面形貌还会影响螺纹零件在使用过程中与滚珠的接触性能和传动性能。因此，需要对螺纹干式旋铣加工过程中工件表面形貌进行研究。

目前对于切削加工工件表面形貌预测方法已有部分探索，但是研究主要集中在车削、铣削、磨削等方面，而螺纹干式旋风铣削过程与传统的加工方式有所不同，螺纹干式旋铣切削过程复杂，具有多刃断续成形等复杂动态切削特性，在对其加工的螺纹工件表面形貌建模时，需要考虑多刀具与工件接触的相对运动情况以及单把刀具切削所引起的未变形切屑厚度变化特性。目前用于评价工件表面形貌的指标比较广，主要包括残留高度、波纹度、粗糙度与表面纹理等。对工件表面形貌的分析比较直观的是工件表面残留高度与波纹度，两者能够直接的反应工件表面均匀分布的凹凸点的变化情况。此外，工件表面残留高度与波纹度会对工件在使用过程中的应力集中现象产生影响，进而会降低工件的服役性能与服役时间，甚至达到对工件直接破坏的程度。

因此，如何实现旋风铣削中螺纹工件表面形貌预测是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种旋风铣削中螺纹工件表面形貌的预测方法，通过工件表面残留高度与波纹度指标来反应螺纹工件表面形貌，可以预先对加工参数进行优化以达到最佳的加工方案，进而提高旋风铣削加工质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种旋风铣削中螺纹工件表面形貌的预测方法，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，分别得到用于描述刀具运动轨迹模型、刀具-工件接触运动轨迹模型的各个坐标点以及便于描述刀具运动轨迹而引入的辅助线的表示方程；

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；