CN108229046A - 一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，首先建立车端面工艺二维模型，然后建立车端面刀刃轨迹三维模型，三维模型曲面包含两个区：已加工表面和副刀刃轨迹曲面，已加工表面由主刀刃残余轨迹曲面和副刀刃残余轨迹曲面构成，也称为余高区，已加工表面通过建立两个三维模型在I、II区分界线处结合而成；最后，分解车端面刀刃轨迹三维模型，分别放大I区、II区已加工表面，获得表面粗糙度。此种方法采用三维建模方法建立已加工表面三维模型，直观反映车端面已加工表面形状，同时获得表面粗糙度Ra值，直观性好，效率高和精度高。

Description

一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法

技术领域

本发明涉及一种机械建模方法，特别涉及一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法。

背景技术

目前对于车端面加工工艺中已加工表面的建模方法有如下几种：

(1)二维作图法。模拟车端面时的运动，绘制残余主刀刃螺旋面，残余副刀刃螺旋面，刀尖轨迹平面构成的螺旋体三角形截面二维示意图。此法可以表达已加工表面的截面形状，以及表面粗糙度与车刀主偏角、车刀副偏角和进给量之间的关系，但得不到表面粗糙度值Ra。

(2)函数法，根据二维作图法建立的表面粗糙度Ra与车刀主偏角、车刀副偏角和进给量之间的几何关系，建立函数关系，可以计算表面粗糙度值，计算过程复杂，效率低。

(3)二维建模法。利用auto CAD软件结合二维作图法建立已加工表面的截面形状模型，可以直接测量表面粗糙度值Ra，如图1所示，直观性差。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，采用三维建模方法建立已加工表面三维模型，直观反映车端面已加工表面形状，同时获得表面粗糙度Ra值，直观性好，效率高和精度高。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，包括如下步骤：

步骤1，建立车端面工艺二维模型；

步骤2，基于步骤1获得的参数，建立车端面刀刃轨迹三维模型；

步骤3，分解步骤2得到的车端面刀刃轨迹三维模型，确定表面粗糙度。

上述步骤1的详细内容是：模拟车端面工艺过程，建立车端面二维模型，已加工表面为车端面获得的表面，并勾画出进给前车刀轮廓。

上述步骤2的详细内容是：首先，根据车刀主偏角Kγ₁，已加工表面直径D₁,进给量f和主刀刃轮廓，建立主刀刃轨迹曲面三维模型；其次，根据车刀副偏角Kγ₂，进给量f和副刀刃轮廓，采用同一比例和软件建立副刀刃轨迹曲面三维模型；最后，装配前述两个三维模型得车端面刀刃轨迹三维模型。

上述步骤2中，车端面刀刃轨迹三维模型曲面包含两个区：已加工表面和副刀刃轨迹曲面，其中，已加工表面由主刀刃残余轨迹曲面和副刀刃残余轨迹曲面构成，也称为余高区，已加工表面通过建立两个三维模型在I、II区分界线处结合而成，I区表示第I个三维模型，为第一时间段加工成形的已加工表面，II区表示第II个三维模型，为第二时间段加工成形的已加工表面；第一时间段指从主刀刃开始切入时刻到主刀刃进给到工件回转中心时间，第二时间段指从主刀刃进给到工件回转中心时刻到刀尖进给到工件回转中心时间。

上述步骤3中，I区表面粗糙度的获取方法是：分解步骤2得到的车端面刀刃轨迹三维模型，放大I区已加工表面，由主刀刃残余轨迹曲面与副刀刃残余轨迹曲面交线得到余高曲线，获得余高曲线上横坐标，也即表面粗糙度。

利用UG软件的“信息”→“点”命令获得余高曲线上横坐标。

上述步骤3中，II区表面粗糙度的获取方法是：分解步骤2得到的车端面刀刃轨迹三维模型，放大II区已加工表面，由主刀刃残余轨迹曲面与副刀刃残余轨迹曲面交线得到余高曲线，获得余高曲线上横坐标，也即表面粗糙度。

利用UG软件的“信息”→“点”命令获得余高曲线上横坐标。

采用上述方案后，本发明具有以下改进：

(1)本发明提出了一种建立车端面已加工表面三维模型的方法，采用UG软件建立车端面时主刀刃轨迹曲面三维模型和副刀刃轨迹曲面三维模型，两者合成为车端面刀刃轨迹三维模型。分解车端面刀刃轨迹三维模型，确定余高区三维模型。余高区三维模型反映车端面已加工表面形状。

(2)本发明提出了确定表面粗糙度Ra的方法。利用UG软件的“信息”→“点”等命令获得余高曲线上坐标，获得表面粗糙度Ra(mm)。

附图说明

图1是建立车端面二维模型图；

图2是车端面刀刃轨迹三维模型图；

图3是已加工表面构成图；

图4是I区已加工表面构成图；

图5是II区已加工表面构成图；

图6是I区余高曲线模型图；

图7是II区余高曲线模型图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，包括如下步骤：

步骤1，建立车端面工艺二维模型

模拟车端面工艺过程，建立车端面二维模型如图1所示。

图1为车端面的俯视投影，已加工表面为车端面获得的表面。双点划线轮廓为进给前车刀轮廓。

n表示工件作旋转运动的转速(r/min)，进给方向指车端面时车刀的直线运动方向，f表示车端面时进给量(mm/r)，Ra表示残余高度(mm)，又称表面粗糙度。D₁表示工件直径(mm)。Kγ₁表示车刀主偏角(°)，Kγ₂表示车刀副偏角(°)。

图1中余高区为f对应长度范围已加工表面，进给运动前主刀刃和进给运动后副刀刃构成的三角形区域。由于f，Kγ₁，Kγ₂的存在，该区域在已加工表面残留下来。从三维空间的角度看，该区域是截面为三角形的平面螺旋体。

步骤2，建立车端面刀刃轨迹三维模型

图2为车端面刀刃轨迹三维模型。首先建立车端面主刀刃轨迹曲面三维模型。根据车刀主偏角Kγ₁，已加工表面直径D₁,进给量f和主刀刃轮廓，采用1000:1的比例和UG软件建立主刀刃轨迹曲面三维模型。其次，建立车端面副刀刃轨迹曲面三维模型。根据车刀副偏角Kγ₂，进给量f和副刀刃轮廓，采用同一比例和软件建立副刀刃轨迹曲面三维模型。最后，装配所建两个三维模型得车端面刀刃轨迹三维模型，如图2所示。

图2中，模型曲面分为二个区：已加工表面，副刀刃轨迹曲面。已加工表面由主刀刃残余轨迹曲面和副刀刃残余轨迹曲面构成，也称为余高区。

将三维模型图2放大后，截取已加工表面得图3。如图3所示，f表示进给量(mm/r)。xc,yc,zc为坐标轴。已加工表面由主刀刃残余轨迹曲面和副刀刃残余轨迹曲面构成。已加工表面通过建立两个三维模型在I、II区分界线处结合而成。I,II区分界线为两个三维模型结合时生成的结合线。I区表示第I个三维模型，为第一时间段加工成形的已加工表面，II区表示第II个三维模型，为第二时间段加工成形的已加工表面。第一时间段指从主刀刃开始切入时刻到主刀刃进给到工件回转中心时间。第二时间段指从主刀刃进给到工件回转中心时刻到刀尖进给到工件回转中心时间。

分解车端面三维模型图2，放大I区已加工表面，得到图4。如图4所示，I区已加工表面由主刀刃残余轨迹曲面和副刀刃残余轨迹曲面构成。图中其余(中间区)为主刀刃轨迹曲面，f为进给量(mm/r)。xc,yc,zc为坐标轴。

分解车端面三维模型图2，放大II区已加工表面，得到图5。如图5所示，II区已加工表面由主刀刃残余轨迹曲面和副刀刃残余轨迹曲面构成。图中其余为副刀刃轨迹曲面，f为进给量(mm/r)。

步骤3，确定表面粗糙度

分解三维模型图2，放大I区已加工表面，得到图6。图6中，余高曲线为主刀刃残余轨迹曲面与副刀刃残余轨迹曲面交线。f为进给量(mm/r)。xc,yc,zc为坐标轴。利用UG软件的“信息”→“点”命令获得余高曲线上x坐标，获得表面粗糙度Ra(mm)。根据机械加工工艺理论和图1，x坐标就是表面粗糙度Ra(mm)。

分解三维模型图2，放大II区已加工表面，得到图7。图7中，余高曲线为主刀刃残余轨迹曲面与副刀刃残余轨迹曲面交线。f为进给量(mm/r)。利用UG软件的“信息”→“点”等命令获得余高曲线上x坐标，获得表面粗糙度Ra(mm)。根据机械加工工艺理论和图1，x坐标就是表面粗糙度Ra(mm)。

本发明可应用于机械加工方法和工艺研究中，本实施例给出应用案例如表1所示，参数同前。

表1车端面已加工表面三维建模计算余高方案与结果

序号	参数	量纲	方案I	方案II	方案III
						1	D1	mm	15	15	15
2	Kγ1	°	45	45	56
						3	Kγ2	°	20	8	8
4	f	mm/r	0.5	0.2	0.1
						5	Ra	mm	0.134	0.0245	0.0129

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，建立车端面工艺二维模型；

步骤2，基于步骤1获得的参数，建立车端面刀刃轨迹三维模型；

步骤3，分解步骤2得到的车端面刀刃轨迹三维模型，确定表面粗糙度。

2.如权利要求1所述的一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，其特征在于：所述步骤1的详细内容是：模拟车端面工艺过程，建立车端面二维模型，已加工表面为车端面获得的表面，并勾画出进给前车刀轮廓。

3.如权利要求1所述的一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，其特征在于：所述步骤2的详细内容是：首先，根据车刀主偏角Kγ₁，已加工表面直径D₁,进给量f和主刀刃轮廓，建立主刀刃轨迹曲面三维模型；其次，根据车刀副偏角Kγ₂，进给量f和副刀刃轮廓，采用同一比例和软件建立副刀刃轨迹曲面三维模型；最后，装配前述两个三维模型得车端面刀刃轨迹三维模型。

4.如权利要求1所述的一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，其特征在于：所述步骤2中，车端面刀刃轨迹三维模型曲面包含两个区：已加工表面和副刀刃轨迹曲面，其中，已加工表面由主刀刃残余轨迹曲面和副刀刃残余轨迹曲面构成，也称为余高区，已加工表面通过建立两个三维模型在I、II区分界线处结合而成，I区表示第I个三维模型，为第一时间段加工成形的已加工表面，II区表示第II个三维模型，为第二时间段加工成形的已加工表面；第一时间段指从主刀刃开始切入时刻到主刀刃进给到工件回转中心时间，第二时间段指从主刀刃进给到工件回转中心时刻到刀尖进给到工件回转中心时间。

5.如权利要求4所述的一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，其特征在于：所述步骤3中，I区表面粗糙度的获取方法是：分解步骤2得到的车端面刀刃轨迹三维模型，放大I区已加工表面，由主刀刃残余轨迹曲面与副刀刃残余轨迹曲面交线得到余高曲线，获得余高曲线上横坐标，也即表面粗糙度。

6.如权利要求5所述的一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，其特征在于：利用UG软件的“信息”→“点”命令获得余高曲线上横坐标。

7.如权利要求4所述的一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，其特征在于：所述步骤3中，II区表面粗糙度的获取方法是：分解步骤2得到的车端面刀刃轨迹三维模型，放大II区已加工表面，由主刀刃残余轨迹曲面与副刀刃残余轨迹曲面交线得到余高曲线，获得余高曲线上横坐标，也即表面粗糙度。

8.如权利要求7所述的一种机械加工车端面工艺中已加工表面的三维建模方法，其特征在于：利用UG软件的“信息”→“点”命令获得余高曲线上横坐标。