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专利号: 2020116422992
申请人: 天津理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种结构型表面三维振动辅助铣削方法,其特征在于,通过三维振动辅助铣削加工系统完成,所述三维振动辅助铣削加工系统包括数控机床和三维振动辅助装置,数控机床包括位于顶部的X向滑轨、Y向滑轨和Z向滑轨,以及位于底部的Z向转轴和Y向转轴,其中:所述X向滑轨和所述Y向滑轨相垂直,所述Y向滑轨受驱动沿所述X向滑轨在X轴方向水平移动、沿所述Y向滑轨在Y轴方向水平移动,加工组件受驱动沿所述Z向滑轨在Z轴方向上水平移动,所述加工组件包括驱动机构、受所述驱动机构驱动旋转的主轴以及固定于所述主轴上的工具;

工件通过夹具固定于所述三维振动辅助装置上,所述三维振动辅助装置固定于工作台,所述Z向转轴受驱动带动Y向转轴沿Z轴方向转动,所述工作台受Y向转轴的驱动沿Y轴方向转动;

定义工具坐标系为OT‑XTYTZT,定义工件坐标系为OW‑XWYWZW;所述方法包括以下步骤:步骤1,在工具坐标系中,建模工具表面形貌方程为:

在公式(1)中,xT,yT,zT为工具坐标系中工具表面任意一点坐标,记为CT点坐标,R为工具表面CT点到工具轴线的距离,θ为OTCT在XTOTYT面投影与XT轴的夹角;

步骤2,在工件坐标系中,建立工件表面形貌方程为:

F(xw,yw,zw)=fw(xw)+fw(yw)‑zw=0          (2)在公式(2)中,所述xw,yw,zw为工件坐标系中工件表面任意一点坐标,记为Cw点坐标,fw(xw)为关于xw的函数,fw(yw)为关于yw的函数;

步骤3,在工件坐标系中,建立机床运动路径:

[xm,ym,zm,γ,β,α]=[fmx(t),fmy(t),fmz(t),fγ(t),fβ(t),fα(t)]          (3)在公式(3)中,xm,ym,zm为机床在工件坐标系中的XW,YW,ZW向坐标,γ,β,α分别为绕XW,YW,ZW轴的转动值,fmx(t),fmy(t),fmz(t),fγ(t),fβ(t),fα(t)均为关于t的函数,表示为t时刻xm,ym,zm,γ,β,α的值;

步骤4,在工件坐标系中,建立三维振动辅助装置的运动路径

在公式(4)中,所述xd,yd,zd为振动装置在工件坐标系中的XW,YW,ZW向坐标,fdx(t),fdy(t),fdz(t)均为关于t的函数,表示为t时刻xd,yd,zd的值;

fdx(t),fdy(t),fdz(t)表达为:

其中,Ax,Ay,Az为振动幅值,ωx,ωy,ωz为振动频率,φx,φy,φz为振动相位;

步骤5,通过机床运动路径式(3)和振动装置运动路径式(4),计算得到二者的合成路径为[xg,yg,zg,γg,βg,αg]=[xm+xd,ym+yd,zm+zd,γ,β,α]    (6)在公式(6)中,xg,yg,zg为工件坐标系中,合成路径位置坐标,γg,βg,αg为绕工件坐标系XW,YW,ZW坐标轴转动值,xm,ym,zm,γ,β,α与式(3)含义一致,xd,yd,zd与式(4)含义一致;

步骤6,采用位姿变换方法,通过式(1)(6)推导得到工件坐标系中,工具在某一时刻t的形貌为在公式(7)中,x(t,R,θ),y(t,R,θ),z(t,R,θ)为t时刻CT点坐标,其中R,θ,f(R)与式(1)含义一致,xg,yg,zg,γg,βg,αg与式(6)含义一致;s代表含义为sin,c代表含义为cos;

步骤7,由所述式(2)和式(7)推导得到铣削后结构型表面形貌为

在公式(8)中,xaw,yaw,zaw为铣削后结构形貌上某点坐标,xw,yw,zw为工件坐标系中,工件某点XW,YW,ZW向坐标;x(t,R,θ),y(t,R,θ),z(t,R,θ)与式(7)中含义一致,t1为加工截止时间。

2.如权利要求1所述的结构型表面三维振动辅助铣削方法,其特征在于,在所述公式( 1) 中 ,当 工 具 形 貌 为 半 径 为 r的 球 形时 ,R 取 值 为 r s i n φ ,其中

3.如权利要求1所述的结构型表面三维振动辅助铣削方法,其特征在于,在所示公式(2)中,当工件形貌为抛物面时,fw(xw)可以表达为 fw(yw)可以表达为 其中,Kpx和Kpy均为抛物面系数。

4.如权利要求1所述的结构型表面三维振动辅助铣削方法,其特征在于,在所示公式(2)中,当工件表面形貌为波纹面时,fw(yw)可以取值为cos(Kbyyw),其中Kby为波纹面系数。

5.如权利要求1所述的结构型表面三维振动辅助铣削方法,其特征在于,在所述公式(3)中,当机床路径为抛物面上沿工件YW向的直线运动时,fmx(t)可以表达为C2a,其中C2a表示机床在XW向的运动系数,fmy(t)可以表达为Kfyzt‑Cfyz,其中Kfyz和Cfyz均为沿YW向的直线进给系数,fmz(t)可以表达为 无转动α,β,γ均为0。

6.如权利要求1所述的结构型表面三维振动辅助铣削方法,其特征在于,在所述公式(3)中,当机床路径为抛物面上做环形运动时,fmx(t)可以表达为C2bsin(t),其中C2b为XW向运动系数,fmy(t)可以表达为C2ccos(t),其中C2c为YW向运动系数,fmz(t)可以表达为Kpx

2 2

(C2bsin(t)) +Kpy(C2ccos(t)) ,无转动α,β,γ均为0。

7.如权利要求1所述的结构型表面三维振动辅助铣削方法,其特征在于,在所述公式(3)中,当机床路径为波纹面上沿工件YW向的直线运动时,fmx(t)可以表达为C3a,其中C3a表示机床在XW向的运动位置,fmy(t)可以表达为Kfybt‑Cfyb,其中Kfyb和Cfyb均为沿YW向的直线进给系数,fmz(t)可以表达为Abcos(Kby(Kfybt‑Cfyb),其中Ab和Kby均为波纹面系数,无转动α,β,γ均为0。

8.如权利要求1所述的结构型表面三维振动辅助铣削方法,其特征在于,在所述公式(3)中,当机床路径为波纹面上做环形运动时,fmx(t)可以表达为C3bsin(t),其中C3b为XW向运动系数,fmy(t)可以表达为C3ccos(t),其中C3c为YW向运动系数,fmz(t)可以表达为Abcos(KbyC3ccos()),无转动α,β,γ均为0。

9.如权利要求1所述的结构型表面三维振动辅助铣削方法,其特征在于,当机床路径为抛物面上直线进给时,所述公式(4)中,fdx和fdy形式和所述公式(5)形式一致,当机床路径为抛物面上环形进给时,所述公式(4)中,fdx和fdy和所述公式(5)中相同,

2 2

fdz=Kpx(Axsin(wxt)+C2bsin(t)) ‑Kpy(C2bcos(wyt)‑(C2ccos(t)) ;

当机床路径为波纹面上直线进给时,所述公式(4)中,fdx和fdy和所述公式(5)中相同,fdz=cos(Kby(Aycos(wyt)+Kfybt‑Cfyb))‑cos(Kby(Kfybt‑Cfyb)));

当机床路径为波纹面上环形进给时,所述公式(4)中,fdx和fdy和所述公式(5)中相同,fdz=cos(Kby(Aycos(wyt)+C3ccos(t)))‑cos(KbyC3ccos(t)))。