matlab铣削表面形貌仿真,进给方向振动辅助铣削三维表面形貌仿真分析

进给方向振动辅助铣削三维表面形貌仿真分析

随着科学技术的进步和社会需求的提高,工业生产越来越关注各种机械零件的表面质量和性能。根据应用场合的不同,工件表面性能的要求也不同。如需要精密配合的场合,表面质量要求很高；而需要摩擦传动的场合则希望表面达到一定的粗糙度值。切削加工是最主要的机械加工方法,工件表面性能很多时候需要切削加工来保证。这也对切削加工技术提出了更高的要求,促使机械领域不断改善传统加工方法,探究新的加工方式。振动辅助切削可以改善传统切削的材料去除方式,获得不同的加工表面,是目前研究切削加工的一个重要方向。振动辅助铣削加工运动方式较为复杂,振动参数与切削工艺参数对加工表面形貌均会产生影响。可通过改变加工参数获得不同的表面形貌,从而获得具有不同表面质量和表面性能的表面,因此研究各参数对加工表面形貌的影响非常有必要。本文通过分析振动辅助铣削的切削刃运动轨迹,建立三维表面形貌仿真系统,研究不同加工参数对表面形貌的影响。以刀尖为研究对象,将刀具切削运动简化为刀尖在工件表面的二维运动,建立切削刃二维运动轨迹方程。以立铣刀单个切削刃为研究对象,推导施加振动后单个切削刃刀具和工件的分离条件。以双刃立铣刀为研究对象,以切削刃二维运动学方程为基础,研究切削参数和振动参数对切削刃轨迹的影响规律。结合刀具切削刃形状,建立振动辅助铣削加工三维表面形貌仿真模型。首先建立切削刃方程和坐标系,通过坐标变换的方式获得切削刃刃线在工件坐标系中的运动方程。其次,通过对工件、切削刃和切削加工时间的离散化处理,通过点的位置判断与坐标代换获得工件表面各点的坐标,并以此为基础建立了进给方向振动辅助立铣加工和周铣加工的三维表面形貌仿真模型。最后,利用MATLAB软件建立进给方向振动辅助立铣和周铣三维表面形貌仿真程序,为了使程序具有更好的通用性,通过MATLAB的GUI设计做成可脱离4ATLAB独立运行的仿真界面。设计实验对MATLAB程序仿真三维表面形貌的准确性和计算表面粗糙度的准确性分别进行了验证。通过对几种典型特征的仿真表面与实验表面的对比,发现仿真程序能很好地预测进给方向振动辅助铣削已加工表面的三维表面形貌；仿真程序预测的表面粗糙度与实验结果相对误差较小,且仿真表面粗糙度随加工参数的变化趋势与实测结果随加工参数的变化趋势相同,仿真程序对表面形貌的计算准确性得到验证。验证程序可行后,通过仿真程序探究三维表面形貌随主轴转速、每齿进给量和振幅的变化规律。当振动频率与主轴回转频率的比值A为偶数时,前后切削刃没有交叠,形成“波浪形结构”。随着主轴转速的提高,表面振纹的曲率半径减小,随着每齿进给量的增大,前后两切削刃之间的距离增大,相同进给长度上“波浪”的条数减少,但“波浪”高度增加。λ为奇数时,前后切削刃有交叠,形成“凸起”和“凹陷”交叉分布的表面微织构。随着主轴转速的增大,同样加工面积上因振动形成的微凸起逐渐减少。随着每齿进给量的增大,相同面积上交叠出的表面微结构也相应减少。随着振幅的增大,交叠宽度增大,切削刃轨迹曲率越大。

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