CN109325275A

CN109325275A - 一种精密车削进给量的计算方法

Info

Publication number: CN109325275A
Application number: CN201811047051.4A
Authority: CN
Inventors: 张士军
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2018-09-08
Filing date: 2018-09-08
Publication date: 2019-02-12
Anticipated expiration: 2038-09-08
Also published as: CN109325275B

Abstract

本发明的提出精密车削进给量的一种计算方法，通过该方法的实施可以比较精确地计算精密车削的进给量,从而可以为控制车削加工参数以提高被加工工件表面粗糙度提供了方法。本发明的技术方案是：绘制散点图,由散点图得到多个刀具切削路径，对每个切削路径进行二次曲线拟合，得到拟合曲线，在拟合曲线上取5个选择点，由这5个选择点依次连接后的险段的中垂线的交点可以组成一个三角形，则三角形的中心就是这个切削这个刀具切削路径的刀具的刀尖圆弧的圆心，计算相邻两个刀具切削路径的刀具的刀尖圆弧的圆心在取样长度方向上的距离的均值，此均值大小就是进给量数值的大小。

Description

一种精密车削进给量的计算方法

技术领域

本发明是属于机械加工技术领域，特别涉及一种精密车削进给量的计算方法。

背景技术

在机械加工中，车削是最常用的一种制造手段，车削加工参数主要有进给量、切削速度和切削深度，这些参数对被加工表面的粗糙度有很大的影响，在精密车削中，由于被加工工件粗糙度要求很高，如何通过有效地控制切削参数而控制被加工工件的表面粗糙度显得尤为重要，通常情况下，被加工工件的表面粗糙度的主要影响因素包括切削参数、刀具几何形状、机床系统的稳定性、振动等，在粗糙度的测量中测量工具的性能也将影响粗糙度的测量数值的精确性。同时，切削过程中，刀具的几何形状轮廓也会复映到被加工工件的切削表面上，因此在精密车削后的被加工表面上会发现一个个的刀具切削路径。由于车削后被加工工件受被加工工件材料的弹性回弹、机床系统的稳定性、切削振动等因素的影响，无法从这些刀具切削路径上直接得到车削进给量。

发明内容

本发明的目的是：提出一种精密车削进给量的计算方法，通过该方法的实施可以比较精确地计算出精密车削的进给量,从而可以为控制车削加工参数以提高被加工工件表面质量提供了方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：绘制散点图，由散点图得到多个刀具切削路径，对每个刀具切削路径进行二次曲线拟合，得到拟合曲线，在拟合曲线上取5个选择点，由这5个选择点依次连接后的线段的中垂线的交点可以组成一个三角形，三角形的中心就是这个刀具切削路径的切削刀具的刀尖圆弧的圆心，计算相邻两个刀具切削路径的刀具刀尖圆弧的圆心在进给方向上的距离的均值，此均值大小就是进给量数值的大小，其特征在于，操作方法的步骤如下：

1、选择刀具进给方向为取样长度的方向，即X方向，利用粗糙度测量仪器在取样长度L上等间距Le测量已加工工件表面，所述Le为大于0的任意值，得到已加工表面的取样区间内N个连续的微观轮廓高度方向的测量数据a_i，所述i=1，2，3，……，N，微观轮廓高度方向为Y方向；

2、利用所述测量数据a_i绘制散点图，由散点图可以依次得到m个刀具切削路径，其中m大于2，即m>2；

3、选择第k个刀具切削路径上的测量数据a_i，并利用所述第k个刀具切削路径上的测量数据a_i，采用二次曲线拟合的方法得到一条拟合曲线；

4、在所述第k个刀具切削路径的拟合曲线上按照在取样长度方向上等间距的原则依次取定五个选择点：选择点B1、选择点B2、选择点B3、选择点B4、选择点B5，且保证第一个选择点和最后一个选择点，即选择点B1与选择点B5，不能是所述拟合曲线的两个端点，各选择点在取样长度方向上等间距选择，进一步的各选择点依次按照所述第k个刀具切削路径在取样长度方向上的长度的2%，26%，50%，74%，98%选取；

5、依次连接所述5个选择点，得到线段B1B2，B2B3，B3B4，B4B5；

6、做所述线段B1B2的中垂线L1、线段B2B3的中垂线L2，线段B3B4的中垂线L3、线段B4B5的中垂线L4；

7、由所述中垂线L1和中垂线L2，得到交点C1；

8、由所述中垂线L2和中垂线L3，得到交点C2；

9、由所述中垂线L3和中垂线L4，得到交点C3；

10、连接所述交点C1、交点C2、交点C3，得到三角形C1C2C3；

11、绘制所述三角形C1C2C3的C1C2边上的中线M1、C2C3边上的中线M2，则中线M1和中线M2交于一点E_k, E_k的就是第k个刀具切削路径上的切削刀具的刀尖圆弧的圆心，即圆心点E_k；

12、重复第3步到第11步的所有步骤，将所述散点图上依次得到的m个刀具切削路径上的刀具的刀尖圆弧的圆心位置确定下来，即得到m个圆心点，即圆心点E₁、圆心点E₂、圆心点E₃、……圆心点E_k、……圆心点E_m；

13、计算所述m个圆心点中相邻两个圆心点在取样长度方向上的距离的均值f，f数值的大小就是精密车削中刀具的进給量的数值。

本发明的优点在于：本发明利用所述测量数据a_i绘制散点图，由散点图可以直观地表示出所述测量数据a_i的变化趋势，比较容易得到被加工工件表面上的多个刀具切削路径；分别将选择的每个刀具切削路径上的测量数据a_i采用二次曲线拟合的方法得到一条拟合曲线，从该拟合曲线上选取选择点，而不是从测量数据a_i中选取选择点，优点是这样选取选择点可以避免测量数据a_i中的异常值的对切削刀具的刀尖圆弧圆心位置计算的影响，也减小了测量误差对后续计算的影响，从而保证了后续的计算结果更准确；选择点B1与选择点B5不能为所述拟合曲线的两个端点，这样的选择方法可以消除拟合曲线的端点数据不准确的缺点；各选择点按照所述选择路径在取样方向长度上的2%,26%,50%,74%,98%选取，其优点是这样的选择方法可保证选择点在拟合曲线上更均匀，这就保证了下一步刀具的刀尖圆弧圆心位置计算的精确性；依次连接5个选择点，得到线段B1B2，B2B3，B3B4，B4B5，由线段B1B2的中垂线L1、线段B2B3的中垂线L2、线段B3B4的中垂线L3以及线段B4B5的中垂线L4得到的交点C1、交点C2和交点C3，利用中垂线相交得到交点的好处是理论上在不考虑加工后工件弹性变形及测量误差的情况下，所述中垂线应该通过切削刀具的刀尖圆弧的圆心，所以利用两个中垂线相交得到的交点在理论上就是刀具的刀尖圆弧的圆心；考虑到加工后工件的弹性回弹以及测量误差的存在，本发明采用连接交点C1、交点C2、交点C3得到三角形C1C2C3，并绘制所述三角形C1C2C3的C1C2边上的中线M1、C2C3边上的中线M2，由中线M1和中线M2得到交点E1，采用这种方法可以有效地消除加工后工件的弹性回弹和测量误差对切削刀具的刀尖圆弧的圆心位置的计算精度的影响；通过计算m个刀具切削路径上的刀尖圆弧的圆心的位置，即圆心点E₁、圆心点E₂、圆心点E₃、……圆心点E_k、……圆心点E_m，计算所述m个圆心点中相邻两个圆心点在测量方向上的距离的均值f，f数值的大小就是精密车削中刀具的切削进給量的数值，这种利用均值计算的方法的优点是可以减小机床系统的不稳定对加工工件切削轨迹的影响，使得计算得到的所述f值更能与实际切削进給量的数值一致。

附图说明

图1 散点图。

图2 第1个刀具切削路径的测量数据a_i采用二次曲线拟合的方法得到一条拟合曲线。

图3 在拟合曲线上的5个选择点。

图4 由5个选择点得到交点C1、交点C2和交点C3。

图5 由三角形C1C2C3的中线得到圆心点。

图中1、拟合曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本实施的一种精密车削进给量的计算方法具体过程如下：

S1、选择刀具进给方向为取样长度的方向，即X方向，利用粗糙度测量仪器在取样长度120μm上等间距5μm测量已加工工件表面，得到已加工工件表面的取样区间内25个连续的微观轮廓高度方向的测量数据a₁=20μm，a₂=8μm，a₃=4μm，a₄=0μm，a₅=0.5μm，a₆= 1.5μm，a₇=2μm，a₈=7μm，a₉=21μm，a₁₀=6μm，a₁₁=2.5μm，a₁₂=0.8μm，a₁₃=0μm，a₁₄=1μm，a₁₅=3μm，a₁₆=6.9μm，a₁₇=20μm，a₁₈=6.77μm，a₁₉=2.68μm，a₂₀=0.64μm，a₂₁=0μm，a₂₂=0.64μm，a₂₃=2.67μm，a₂₄=6.77μm，a₂₅=20μm，微观轮廓高度方向为Y方向；

S2、利用所述测量数据a_i，绘制散点图，如图1所示，图1中点A_i的Y坐标对应测量数据a_i的值，可以依次得到m个刀具切削路径，其中m=3，由点A₁、点A₂、点A₃、点A₄、点A₅、点A₆、点A₇、点A₈、点A₉形成第1个刀具切削路径，由点A₉、点A₁₀、点A₁₁、点A₁₂、点A₁₃、点A₁₄、点A₁₅、点A₁₆、点A₁₇形成第2条刀具切削路径，由点A₁₇、A₁₈、点A₁₉、点A₂₀、点A₂₁、点A₂₂、点A₂₃、点A₂₄、点A₂₅形成第3条刀具切削路径；

S3、选择第1个刀具切削路径上的测量数据a_i，并利用所述第1个刀具切削路径上的测量数据a_i采用二次曲线拟合的方法得到一条拟合曲线，如图2所示；

S4、在所述第1个刀具切削路径的拟合曲线上按照在取样长度方向上等间距的原则依次取定五个选择点：选择点B1、选择点B2、选择点B3、选择点B4、选择点B5，且保证选择点B1与选择点B5不能是所述拟合曲线的两个端点，各选择点在取样长度方向上等间距选择，进一步的各选择点依次按照所述第1个刀具切削路径在取样长度方向上的长度的2%，26%，50%，74%，98%选取，如图3所示；

S5、依次连接这5个选择点,得到线段B1B2，B2B3，B3B4，B4B5，如图4所示；

S6、做线段B1B2的中垂线L1、线段B2B3的中垂线L2，线段B3B4的中垂线L3、线段B4B5的中垂线L4，如图4所示；

S7、由所述中垂线L1和中垂线L2，得到交点C1，如图4所示；

S8、由所述中垂线L2和中垂线L3，得到交点C2，如图4所示；

S9、由所述中垂线L3和中垂线L4，得到交点C3，如图4所示；

S10、连接所述交点C1、交点C2、交点C3，得到三角形C1C2C3，如图5所示；

S11、绘制所述三角形C1C2C3的C1C2边上的中线M1、C2C3边上的中线M2，则中线M1和中线M2交于一点E₁, E₁的就是第1个刀具切削路径上的刀具的刀尖圆弧的圆心，即圆心点E₁，如图5所示；

S12、选择第2个刀具切削路径，利用第2个刀具切削路径的数据按照第3步到第11步的所有步骤的计算方法，得到的第2个刀具切削路径上的刀具的刀尖圆弧的圆心点E₂，选择第3个刀具切削路径，利用第3个刀具切削路径的数据按照第3步到第11步的所有步骤的计算方法，，得到的第3个刀具切削路径上的刀具的刀尖圆弧的圆心点E₃；

S13、计算所述3个圆心点中相邻两个圆心点，即圆心点E₁与圆心点E₂，圆心点E₂和圆心点E₃在取样方向上的距离的均值f：f=20μm，由f数值的大小得到精密车削中刀具的进給量为20μm/r。

还需要注意的是，以上举例仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不仅仅限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明的公开内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种精密车削进给量的计算方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、选择刀具进给方向为取样长度的方向，即X方向，利用粗糙度测量仪器在取样长度L上等间距Le测量已加工工件表面，所述Le为大于0的任意值，得到已加工表面的取样区间内N个连续的微观轮廓高度方向的测量数据a_i，所述i=1，2，3，……，N，微观轮廓高度方向为Y方向；

步骤2、利用所述测量数据a_i绘制散点图，由散点图可以依次得到m个刀具切削路径，其中m大于2，即m>2；

步骤3、选择第k个刀具切削路径上的测量数据a_i，并利用所述第k个刀具切削路径上的测量数据a_i，采用二次曲线拟合的方法得到一条拟合曲线；

步骤4、在所述第k个刀具切削路径的拟合曲线上按照在取样长度方向上等间距的原则依次取定五个选择点：选择点B1、选择点B2、选择点B3、选择点B4、选择点B5，且保证第一个选择点和最后一个选择点，即选择点B1与选择点B5，不能是所述拟合曲线的两个端点，各选择点在取样长度方向上等间距选择，进一步的各选择点依次按照所述第k个刀具切削路径在取样长度方向上的长度的2%，26%，50%，74%，98%选取；

步骤5、依次连接所述5个选择点，得到线段B1B2，B2B3，B3B4，B4B5；

步骤6、做所述线段B1B2的中垂线L1、线段B2B3的中垂线L2，线段B3B4的中垂线L3、线段B4B5的中垂线L4；

步骤7、由所述中垂线L1和中垂线L2，得到交点C1；

步骤8、由所述中垂线L2和中垂线L3，得到交点C2；

步骤9、由所述中垂线L3和中垂线L4，得到交点C3；

步骤10、连接所述交点C1、交点C2、交点C3，得到三角形C1C2C3；

步骤11、绘制所述三角形C1C2C3的C1C2边上的中线M1、C2C3边上的中线M2，则中线M1和中线M2交于一点E_k, E_k的就是第k个刀具切削路径上的切削刀具的刀尖圆弧的圆心，即圆心点E_k；

步骤12、重复第3步到第11步的所有步骤，将所述散点图上依次得到的m个刀具切削路径上的刀具的刀尖圆弧的圆心位置确定下来，即得到m个圆心点，即圆心点E₁、圆心点E₂、圆心点E₃、……圆心点E_k、……圆心点E_m；

步骤13、计算所述m个圆心点中相邻两个圆心点在取样长度方向上的距离的均值f，f数值的大小就是精密车削中刀具的进給量的数值。