matlab加工表面微观,基于Matlab的轴向车铣回转体工件表面微观形貌仿真

微观,基于Matlab的轴向车铣回转体工件表面微观形貌仿真"/>

matlab加工表面微观,基于Matlab的轴向车铣回转体工件表面微观形貌仿真

车铣技术是当今世界机械加工领域的一项高新技术,其既不同于车削也不同于铣削,加工过程通过工件和铣刀的旋转运动复合完成,主要适用于大型回转体毛坯的高效粗加工和薄壁回转体工件的高速精密加工[1~5]。轴向车铣加工是车铣的主要加工方式之一,其加工过程中的主要运动如图1所示。轴向车铣加工回转体工件的表面微观形貌明显区别于传统的车削或铣削加工(如图2所示)。由于工件表面微观结构对其实际使用性能影响重大,因此有必要对其进行详细的理论研究。1数学建模由于轴向车铣回转体工件的已加工表面由铣刀对工件包络而成,因此其已加工件横截面有如图3所示特征[6,7]。其中z为铣刀相临两齿与工件啮合期间工件转过的角度(即铣刀啮合角),Rz为工件的理论表面粗糙度[7],且有Rz=(RA+r-ap)cosZN-r2-(RA+r-ap)2sinZN-RA1000式中:RA为待加工件半径;r为铣刀半径;ap为切削深度;为铣刀与工件的转速比;Z为铣刀齿数;N为铣刀围绕工件完成一次封闭曲线的公转圈数。若将图3工件横截面以工件圆周为横坐标轴,铣刀相对于工件的包络角(为横坐标沿其圆周作部分展开,则展开图形如图4所示。由图4构造图形函数为f()=1-sin(/2)(2)则由式(1)、(2)得到描述轴向车铣已加工件横截面微观形貌的数学模型为C()=Rzf()(3)若将被加工回转体沿圆周方向展开成矩形,则矩形长为工件长度,高为工件周长。把矩形在长、高方向分别等分为m、n份,且长度方向等分间距为工件转过一周后刀具的轴向进给量fa,高度方向的等分间距为z/k(K是为使仿真表面更光滑而设定的等分啮合角z的间隔数),则已加工表面的微观形貌可用矩阵S表示,且S=[c1,c2,c3,…Cj,…c(n-1),cn](4)式中cj=[p1j,p2j,p3j,…pij,…p(m-1)j,pmj]T(5)由式(3)得pij=Cij(ij)=Rzf(ij)(6)综上所述,只要求得代表表面上每个节点高度的pij就可完整地模拟出轴向车铣回转体已加工件的微观表面形貌。研究发现铣刀与工件的转速比对工件表面粗糙度的影响最大[6,7],这是由于的变化直接影响铣刀啮合角的大小及其在工件圆周方向上的位置。当(为整数时,工件旋转一周后铣刀的切削轨迹能在工件横截面上形成完整的封闭曲线(如图3所示)。当为非整数时,工件最少要旋转N(N2)周后铣刀的切削轨迹才能在工件横截面上形成完整的封闭曲线。由此式(6)可展开为pij=Rz1-sini(z/(kN))2+k1j(Nz/k)(7)式中:z=2/z;i=1,…,m-1,m(m=zk);j=1,…,n-1,n(n=fix(l/fa)+1);fix(l/fa)为对回转体工件长l与铣刀轴向进给量fa的比取整。设铣刀圆周刃长为lc,则式(7)中,当N=1时,k1=0;N>1,lc/faN时,k1=0;N>1,lc/fa1,lc/faN51367153N>1,lc/fa1(为非整数)的情况,此时当铣刀围绕工件切削N圈以后才形成封闭曲线,在第N圈之前,每一圈铣刀与工件在圆周上的啮合位置都不相同,但在加工到第N圈时,铣刀的运行轨迹与轨迹起点重合。如果lc/faN,则在第N圈时刀刃依然会切到第1圈时已经切过的位置,所以可在已加工件表面形成与N=1时近似的规则纵向刀痕(如图6所示),其表面形貌相同。但很明显,此时虽然铣刀与工件的转速比小于第1种情况,但由于铣刀在轴向进给过程中可对表面上同一位置进行多次切削,因此可在工件表面得到很小的粗糙度值。这里Rz可达02m。如果lc/fa