本發(fā)明屬于機(jī)械加工軟件仿真分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車外圓工藝中已加工表面的三維建模方法。

背景技術(shù)：

目前，在車削加工中表面粗糙度預(yù)測(cè)的研究中，基于切削理論建立理論表面粗糙的預(yù)測(cè)方法，從幾何的角度考慮計(jì)算表面粗糙度值。其主要的計(jì)算方法有如下三種：

二維作圖法，模擬車外圓時(shí)的運(yùn)動(dòng)，繪制殘余主刀刃螺旋面，殘余副刀刃螺旋面，刀尖圓柱面構(gòu)成的螺旋體三角形截面二維示意圖。此法可以表達(dá)已加工表面的截面形狀，以及表面粗糙度與車刀主偏角、車刀副偏角和進(jìn)給量之間的關(guān)系，但得不到表面粗糙度值。

函數(shù)法，根據(jù)二維作圖法建立的表面粗糙度與車刀主偏角、車刀副偏角和進(jìn)給量之間的幾何關(guān)系，建立函數(shù)關(guān)系，可以計(jì)算表面粗糙度值，但計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，效率低。

二維建模法，利用autocad等軟件結(jié)合二維作圖法建立已加工表面的截面形狀模型，可以直接測(cè)量表面粗糙度值，直觀性差。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中還未能提出一種合理的三維建模方法用于仿真車外圓工藝中已加工表面，以直觀表現(xiàn)表面粗糙度值并給出表面粗糙度數(shù)值。

ug(unigraphicsnx)是siemensplmsoftware公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過(guò)程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。這是一個(gè)交互式cad/cam(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)各種實(shí)體及造型的建構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種車外圓工藝中已加工表面的三維建模方法，以解決現(xiàn)有車外圓工藝中已加工表面無(wú)法三維建模分析的問(wèn)題。

具體方案如下：一種車外圓工藝中已加工表面的三維建模方法，包括如下步驟：

s1，建立刀刃軌跡三維模型的步驟，該步驟包括如下小步驟：

s11，根據(jù)車刀主偏角kγ1，已加工表面直徑d2,進(jìn)給量f和主刀刃輪廓，通過(guò)ug軟件建立主刀刃軌跡曲面三維模型；根據(jù)車刀副偏角kγ2，進(jìn)給量f和副刀刃輪廓，通過(guò)ug軟件建立副刀刃軌跡曲面三維模型；

s12,裝配所建的主刀刃、副刀刃軌跡曲面三維模型，得刀刃軌跡三維模型；s2：將刀刃軌跡三維模型轉(zhuǎn)換為靜態(tài)線框模型，并截取余高區(qū)域，得到余高截面；s3:根據(jù)余高截面以及螺距，通過(guò)ug軟件，建立余高獨(dú)立三維模型；s4：根據(jù)待加工表面直徑d1，通過(guò)ug軟件建立工件模型，而后用余高獨(dú)立三維模型切割工件模型，獲得已加工表面三維模型。

進(jìn)一步的，在步驟s1-s4中，建模比例為1000:1。

進(jìn)一步的，該主刀刃輪廓以及副刀刃輪廓為一直線，進(jìn)而余高截面為三角形截面；該三角形截面中平行于進(jìn)給方向的邊為底邊，則該三角形截面相對(duì)該底邊的高為余高。

進(jìn)一步的，步驟s12中，使主刀刃軌跡曲面三維模型中刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡曲線與副刀刃軌跡曲面三維模型中刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡曲線重合，即實(shí)現(xiàn)主刀刃、副刀刃軌跡曲面三維模型的裝配。

進(jìn)一步的，該ug軟件為ug4.0版本。

本發(fā)明主要有益效果為：

(1)提出了一種確定車外圓已加工表面形狀方法。采用ug軟件建立車外圓時(shí)主刀刃軌跡曲面三維模型和副刀刃軌跡曲面三維模型，兩者合成為車外圓刀刃軌跡三維模型。分析車外圓刀刃軌跡三維模型，確定余高區(qū)三維模型。余高區(qū)三維模型反映車外圓已加工表面形狀。

(2)提出了確定余高的方法。將余高區(qū)三維模型轉(zhuǎn)換成靜態(tài)線框模型，測(cè)量余高三角形abc角點(diǎn)坐標(biāo)，可得余高h(yuǎn)。

(3)提出了一種建立已加工表面三維模型的方法。先建立余高獨(dú)立三維模型，再建立工件模型(實(shí)體)，然后用余高獨(dú)立三維模型(片體)切割工件三維模型(實(shí)體)，獲得已加工表面三維模型。

優(yōu)點(diǎn)：采用ug三維建模方法建立已加工表面三維模型，直觀反映車外圓已加工表面形狀，同時(shí)獲得余高值。直觀性好，效率高和精度高。

附圖說(shuō)明

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)二維建模法原理示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例外圓刀工藝中刃軌跡三維模型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了圖2部分區(qū)域放大正視圖；

圖4示出了余高區(qū)域示意圖；

圖5示出了余高獨(dú)立三維模型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6示出了圖5局部放大正視圖；

圖7示出了已加工表面三維模型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8示出了圖7局部放大正視圖。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步說(shuō)明各實(shí)施例，本發(fā)明提供有附圖。這些附圖為本發(fā)明揭露內(nèi)容的一部分，其主要用以說(shuō)明實(shí)施例，并可配合說(shuō)明書的相關(guān)描述來(lái)解釋實(shí)施例的運(yùn)作原理。配合參考這些內(nèi)容，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解其他可能的實(shí)施方式以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。圖中的組件并未按比例繪制，而類似的組件符號(hào)通常用來(lái)表示類似的組件。

結(jié)合圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，二維建模法模擬車外圓工藝過(guò)程，是利用autocad軟件結(jié)合二維作圖法建立已加工表面的截面形狀模型，可以直接測(cè)量表面粗糙度值。

在圓柱狀工件10的車外圓加工中，待加工表面1由車刀20進(jìn)行車削加工以生成已加工表面3，其中，待加工表面1與已加工表面3之間由加工表面2進(jìn)行過(guò)渡連接。

在車削加工中，各項(xiàng)工藝參數(shù)定義如下：n表示工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速(r/min)，v表示車刀作直線運(yùn)動(dòng)的速度(mm/s)，f表示車外圓時(shí)進(jìn)給量(mm/r)，ap表示車外圓時(shí)背吃刀量(mm)，h表示殘余高度(mm)，d1表示待加工表面直徑(mm)，d2表示已加工表面直徑(mm)，kγ1為車刀主偏角(°)，kγ2為車刀副偏角(°)。

由二維建模的已加工表面形狀模型可知，余高區(qū)30為f對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度范圍內(nèi)的已加工表面3，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)前主刀刃201和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后副刀刃202構(gòu)成的三角形區(qū)域。由于車削時(shí)主副刀刃202不能完全包絡(luò)已加工表面3，該余高區(qū)30在已加工表面30上殘留下來(lái)。從三維空間的角度看，該區(qū)域是截面為三角形的螺旋體。h就是表面粗糙度。

該種二維模型不夠直觀，不能很好的應(yīng)用于工藝分析。

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

該實(shí)施例提供一種車外圓工藝中已加工表面的三維建模方法，其中，車削加工中，各項(xiàng)三組方案，方案i、方案ii以及方案iii工藝參數(shù)如下：

表1車外圓已加工方案工藝參數(shù)

以方案i為例，該實(shí)施例的車外圓工藝中已加工表面的三維建模方法包括如下步驟：

s1，建立刀刃軌跡三維模型的步驟，該步驟包括如下小步驟：

s11，首先，根據(jù)車刀主偏角kγ1＝45°，已加工表面直徑d2＝273mm,進(jìn)給量f＝0.1mm/r,和主刀刃輪廓，該實(shí)施例中，車刀采用楔形結(jié)構(gòu)，其主刀刃輪廓為一直線狀，通過(guò)ug4.0軟件，以1000:1的比例，建立主刀刃軌跡曲面三維模型；

而后，根據(jù)車刀副偏角kγ2＝8°，進(jìn)給量f＝0.1mm/r和副刀刃輪廓，該實(shí)施例中，車刀采用楔形結(jié)構(gòu)，其副刀刃輪廓也為一直線狀，通過(guò)ug4.0軟件，以1000:1的比例，建立副刀刃軌跡曲面三維模型；

s12,裝配所建的主刀刃軌跡曲面三維模型以及副刀刃軌跡曲面三維模型，得刀刃軌跡三維模型；具體的，裝配方法為：使主刀刃軌跡曲面三維模型中刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡曲線21與副刀刃軌跡曲面三維模型中刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡曲線21重合，即實(shí)現(xiàn)主刀刃、副刀刃軌跡曲面三維模型的裝配，得到圖2所示的刀刃軌跡三維模型；

結(jié)合圖3所示，該刀刃軌跡三維模型中，以刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡曲線21為分界線，其在進(jìn)給方向上，前端為副刀刃軌跡曲面23，后端為主刀刃軌跡曲面22，刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡曲線21在進(jìn)給方向上的間距為螺距f；

s2：結(jié)合圖4，縱向剖切刀刃軌跡三維模型，將刀刃軌跡三維模型轉(zhuǎn)換為靜態(tài)線框模型，并截取余高區(qū)域30，得到余高截面；該主刀刃201的輪廓以及副刀刃202的輪廓為一直線，進(jìn)而余高截面為三角形截面,三角形abc；該三角形截面中平行于進(jìn)給方向的邊為底邊ac，相對(duì)底邊，分別為副刀刃軌跡曲面23以及主刀刃軌跡曲面22的截面，則該三角形截面相對(duì)該底邊的高為余高h(yuǎn)；三角形abc三個(gè)角點(diǎn)分別為a,b,c點(diǎn)，ac距離為螺距f，ab為余高區(qū)副刀刃長(zhǎng)度，bc為余高區(qū)主刀刃長(zhǎng)度，b點(diǎn)為刀尖，b點(diǎn)至ac的垂直距離為余高h(yuǎn)。三角形abc為余高區(qū)截面形狀，測(cè)量a,b,c三點(diǎn)的x，z坐標(biāo)可得余高區(qū)尺寸，余高h(yuǎn)(mm)，在該實(shí)施例中，余高h(yuǎn)為0.012mm；

s3:根據(jù)圖5所示，根據(jù)余高截面以及螺距f，通過(guò)ug4.0軟件，以1000:1的比例，建立余高獨(dú)立三維模型；

結(jié)合圖6，余高獨(dú)立三維模型由主刀刃201切割實(shí)體以及副刀刃202切割實(shí)體兩部分模型構(gòu)成，兩部分模型在刀尖處連接；在該實(shí)施例中，該余高獨(dú)立三維模型為片體模型；

s4：結(jié)合圖7和圖8所示，根據(jù)待加工表面直徑d1，通過(guò)ug4.0軟件，以1000:1的比例建立工件模型，而后用余高獨(dú)立三維模型切割工件模型，生成已加工表面3，獲得已加工表面三維模型。

根據(jù)方案i、方案ii以及方案iii工藝參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行三組車外圓工藝中已加工表面的三維建模，其結(jié)果如下表格所示：

表2車外圓已加工表面三維建模計(jì)算余高方案與結(jié)果

盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。