技术领域
[0001] 本
发明属于
机械加工软件仿真分析技术领域，具体涉及一种端铣加工平面成形表面三维建模方法。
背景技术
[0002] 目前，在端铣加工中表面粗糙度预测的研究中，基于切削理论建立理论表面粗糙的预测方法，从几何的
角度考虑计算表面粗糙度值。其主要的计算方法有如下三种：
[0003] 二维作图法：在图纸上模拟端铣加工平面的运动，绘制
铣刀中心线移动平面内余高区主刀刃，副刀刃构成的三角形截面二维示意图，以及修光余高区主修刃和副修刃构成的双三角形截面二维示意图。此法可以表达铣刀中心线移动平面内成形表面的形状，以及该平面内表面粗糙度与铣刀主偏角、铣刀副偏角和进给量之间的关系，可以直接测量出铣刀中心线移动平面表面粗糙度值Ra，但效率低，
精度差。得不到整个成形表面的表面粗糙度值Ra和成形表面形状。
[0004] 二维建模法：利用auto CAD软件结合二维作图法建立成形表面
几何模型，可以直接测量出铣刀中心线移动平面表面粗糙度值Ra，如图1所示，但是得不到整个表面的Ra和成形表面形状。
[0005] 实验法，利用表面粗糙度仪可以测量端铣加工平面表面粗糙度，但是实验成本高，并难于反映表面粗糙度与进给量、主偏角、副偏角等主要影响因素之间的直接关系。
发明内容
[0006] 本发明旨在提供一种端铣加工平面成形表面三维建模方法，以解决现有端铣加工中表面预测中无法整个成形表面的表面粗糙度值Ra和成形表面形状的问题。
[0007] 具体方案如下：一种端铣加工平面成形表面三维建模方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤S1，建
立铣刀主刀刃和副刀刃轨迹曲面三维模型的步骤：
[0009] 根据铣刀主偏角Kγ1，直径D，进给量f和主刀刃轮廓，采用一定比例，模拟
铣削时主刀刃的运动，利用UG软件建立主刀刃轨迹曲面三维模型；
[0010] 根据铣刀副偏角Kγ2，直径D，进给量f和副刀刃轮廓，采用同一比例，模拟铣削时副刀刃的运动，利用UG软件建立副刀刃轨迹曲面三维模型；
[0011] 步骤S2，装配建立端铣平面主副刀刃轨迹三维模型的步骤：
[0012] 在UG软件中，将主刀刃轨迹曲面三维模型中铣刀刀尖轨迹与副刀刃轨迹曲面三维模型刀尖轨迹重合，得到端铣平面主副刀刃轨迹三维模型；
[0013] 步骤S3，进给获得端铣加工刀刃轨迹三维模型的步骤：
[0014] 在UG软件中，模拟端铣加工时
工件的进给运动，将端铣平面主副刀刃轨迹三维模型沿进给方向通过“复制”的方法移动，直到加工出要求长度的成形表面，获得端铣加工刀刃轨迹三维模型；
[0015] 步骤S4，由该端铣加工刀刃轨迹三维模型切割待加工表面，获得端铣加工平面三维模型。
[0016] 进一步的，以铣刀进给方向为X方向，
转轴方向为Z方向，定义铣刀转动中心为Y＝0；在进给方向上，定义主刀刃在铣刀中心线前和后分别旋转形成主刀刃轨迹曲面和主修刃轨迹曲面；定义副刀刃在铣刀中心线前和后分别旋转形成副刀刃轨迹曲面和副修刃轨迹曲面；
[0017] 在铣刀转动中心、Y＝1/4D区域附近或Y＝1/2D区域附近为修光余高区，主修刃轨迹曲面和副刀刃轨迹曲面的交线高度或者主刀刃轨迹曲面和副修刃轨迹曲面的交线高度，为修光余高区的高度Ra。
[0018] 进一步的，在进给方向上，定义主刀刃在铣刀中心线前和后分别旋转形成主刀刃轨迹曲面和主修刃轨迹曲面；定义副刀刃在铣刀中心线前和后分别旋转形成副刀刃轨迹曲面和副修刃轨迹曲面；定义只有主修刃轨迹曲面以及副修刃轨迹曲面加工的区域为切入区，只有主刀刃轨迹曲面以及副刀刃轨迹曲面加工的区域为切出区；
[0019] 在切入区，主修刃轨迹曲面和副修刃轨迹曲面的交线高度，为切入区余高Ra0。
[0020] 在切出区，主刀刃轨迹曲面和副刀刃轨迹曲面的交线高度，为切出区余高Ra1[0021] 进一步的，还包括步骤S5，确定表面粗糙度Ra的步骤：利用UG软件的“信息”→“点”命令，获得该修光余高区主刀刃轨迹曲面或主修刃轨迹曲面最大坐标，获得表面粗糙度Ra。
[0022] 本发明的端铣加工平面成形表面三维建模方法，采用UG软件模拟铣削运动，先建立端铣平面时主刀刃和副刀刃主运动一周时的三维模型，然后通过“变换”→“复制”等命令将该三维模型在进给方向上进行移动，获得整个成形表面上的三维模型，取修光余高区作为成形表面三维模型；本发明还提出了确定表面粗糙度Ra的方法。利用UG软件的“信息”→“点”等命令获得修光余高区主刀刃或主修刃最大坐标，获得表面粗糙度Ra(mm)。采用UG三维建模方法建立成形表面三维模型，直观反映端铣平面加工成形表面，同时获得表面粗糙度Ra值。直观性好，效率高和精度高。
附图说明
[0023] 图1示出了端铣平面侧视图；
[0024] 图2示出了铣刀主运动一周端铣平面主副刀刃轨迹三维模型；
[0025] 图3示出了端铣加工刀刃轨迹三维模型；
[0026] 图4示出了加工区铣刀中心附近成形表面三维模型放大图；
[0027] 图5示出了加工区y＝1/4D附近成形表面三维模型放大图；
[0028] 图6示出了图3切入区局部剖视图；
[0029] 图7示出了图3加工区局部剖视图；
[0030] 图8示出了图3切出区局部剖视图。
具体实施方式
[0031] 为进一步说明各
实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合
说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0032] 结合图1所示，
现有技术中，用二维建模法模拟铣削加工，成形表面为端铣平面获得的表面。工件2以速度V进给，相对工件2的运动方向，铣刀1在初始
位置旋转形成进给前铣刀轮廓，经进给后，在进给位置旋转形成进给后铣刀轮廓，即铣刀1相对工件2移动到铣刀10的位置。
[0033] n表示铣刀作旋转运动的转速(r/min)，进给方向指工件的直线运动(V)方向，f表示端铣平面时进给量(mm/r)，Ra0表示余高区高度(mm)，Ra为修光余高区高度(mm)，即表示表面粗糙度。D表示铣刀直径(mm)，Kγ1铣刀主偏角(°)，Kγ2铣刀副偏角(°)。
[0034] 余高区为f对应长度范围成形表面，进给运动前主刀刃11和进给运动后副刀刃12构成的三角形区域。由于f，Kγ1，Kγ2的存在，该区域在成形表面残留下来。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。修光余高区为余高区被主修刃110和副修刃120再次切削后残余的区域，主修刃110是旋转到铣刀中心线后面的主刀刃11，副修刃120是旋转到铣刀中心线以后的副刀刃12。
[0035] 该种二维模型不够直观，不能很好的应用于工艺分析。
[0036] 现结合附图2-8和具体实施方式对本发明进一步说明。
[0037] 该实施例提供一种端铣加工平面成形表面三维建模方法，其中，端铣加工中，各项三组方案，方案I、方案II以及方案III工艺参数如下：
[0038]
[0039] 表1 端铣平面加工成形表面工艺参数
[0040] 以方案I为例，该实施例的端铣加工中，端铣加工平面成形表面三维建模方法具体如下：
[0041] 步骤S1，建立铣刀主刀刃和副刀刃轨迹曲面三维模型的步骤：
[0042] 根据铣刀主偏角Kγ1＝10°，直径D＝10mm，进给量f＝0.08mm/齿,和主刀刃11的轮廓，在该实施例中，该主刀刃11的轮廓为一直线，采用1000:1的比例，模拟铣削时主刀刃11的运动，利用UG4.0软件建立一主刀刃轨迹曲面三维模型3；
[0043] 根据铣刀副偏角Kγ2＝11°，直径D＝10mm，进给量f＝0.08mm/齿，和副刀刃12的轮廓，在该实施例中，副刀刃12的轮廓也为一直线，采用相同的1000：1的比例，模拟铣削时副刀刃12的运动，利用UG4.0软件建立副刀刃轨迹曲面三维模型4；
[0044] 步骤S2，装配建立端铣平面主副刀刃轨迹三维模型的步骤：
[0045] 在UG4.0软件中，将主刀刃轨迹曲面三维模型3中铣刀1刀尖轨迹与副刀刃轨迹曲面三维模型4刀尖轨迹重合，得到图2所示的端铣平面主副刀刃轨迹三维模型5；
[0046] 步骤S3，进给获得端铣加工刀刃轨迹三维模型的步骤：
[0047] 在UG4.0软件中，用“变换”→“复制”命令，模拟端铣加工时，工件的进给运动，在该实施例中，是端铣平面主副刀刃轨迹三维模型5相对工件2运动，具体的，将端铣平面主副刀刃轨迹三维模型5沿进给方向通过“复制”的方法移动，直到加工出要求长度的成形表面，获得图3所示的端铣加工刀刃轨迹三维模型6；
[0048] 步骤S4，由该端铣加工刀刃轨迹三维模型6切割工件2的待加工表面，即可获得端铣加工平面三维模型。
[0049] 在此
基础上，计算端铣平面的表面粗糙度过程如下：
[0050] 定义以铣刀1进给方向为X方向，转轴方向为Z方向，且定义铣刀1转动中心为Y＝0的点；且在进给方向上，定义铣刀1的主刀刃11在铣刀中心线前和中心线后分别旋转形成的是主刀刃轨迹曲面和主修刃轨迹曲面，同样的，定义副刀刃12在铣刀中心线前和中心线后分别旋转形成副刀刃轨迹曲面和副修刃轨迹曲面。
[0051] 结合图4和图5，即当在铣刀1的转动中心附近区域、Y＝1/4D区域附近，均为修光余高区，则主修刃轨迹曲面和副刀刃轨迹曲面的交线高度，或者，主刀刃轨迹曲面和副修刃轨迹曲面的交线高度，为修光余高区的高度Ra；测得Ra＝0.08-12.9μm，且该修光余高区的高度由转动中心附近区域至远离方向，逐渐降低。
[0052] 结合图3、图6、图7以及图8，端铣加工刀刃轨迹三维模型6的曲面分为三个区：切入区，加工区和切出区，在图3中该三个区由上到下依次排布。切入区是铣刀在初始位置旋转，在铣刀中心线后形成的区域，即只有主修刃轨迹曲面以及副修刃轨迹曲面；加工区是既有主刀刃/副刀刃轨迹曲面的加工，又有主修刃/副修刃轨迹曲面的加工，获得的成形表面；切出区是只有主刀刃/副刀刃轨迹曲面的加工的区域。
[0053] 如图8所示，在切入区，主修刃轨迹曲面和副修刃轨迹曲面的交线高度，为切入区余高Ra0，在该实施例中，Ra0＝13.02μm。如图6所示，在切出区，主刀刃轨迹曲面和副刀刃轨迹曲面的交线高度，为切出区余高Ra1，在该实施例中，Ra1＝13.02μm。
[0054] 在上述步骤中，利用UG软件的测量方法为：选用“信息”→“点”命令，获得该修光余高区主刀刃轨迹曲面或主修刃轨迹曲面最大坐标，获得表面粗糙度Ra。
[0055] 重复上述步骤，得到：
[0056]
[0057] 表2 端铣平面加工成形表面三维建模计算余高结果
[0058] 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附
权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
