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三维椭圆振动辅助车削复杂曲面的路径优化研究

卢明明 金钰博 杜永盛 刘长青 李昊

卢明明, 金钰博, 杜永盛, 刘长青, 李昊. 三维椭圆振动辅助车削复杂曲面的路径优化研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 94-101. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.015
引用本文: 卢明明, 金钰博, 杜永盛, 刘长青, 李昊. 三维椭圆振动辅助车削复杂曲面的路径优化研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 94-101. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.015
LU Mingming, JIN Yubo, DU Yongsheng, LIU Changqing, LI Hao. Path optimization and simulation of complex surface research in 3D vibration-assisted turning[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 94-101. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.015
Citation: LU Mingming, JIN Yubo, DU Yongsheng, LIU Changqing, LI Hao. Path optimization and simulation of complex surface research in 3D vibration-assisted turning[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 94-101. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.015

三维椭圆振动辅助车削复杂曲面的路径优化研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.015
基金项目: 国家自然科学基金区域联合重点项目(U19A20104);吉林省自然科学基金(YDZJ202201ZYTS534);吉林省微纳与超精密制造重点实验室(20140622008JC)
详细信息
    作者简介:

    卢明明,男,1985年生,博士,教授,博士生导师,研究方向为精密加工与检测技术、振动辅助切削技术,已发表论文40余篇。E-mail:lumm@ccut.edu.cn

    通讯作者:

    卢明明,男,1985年生,博士,教授,博士生导师,研究方向为精密加工与检测技术、振动辅助切削技术,已发表论文40余篇。E-mail:lumm@ccut.edu.cn

  • 中图分类号: TG506.5,TH161

Path optimization and simulation of complex surface research in 3D vibration-assisted turning

  • 摘要: 为解决复杂曲面过渡区域加工残余高度不均匀、加工曲面表面质量下降以及干涉过切等问题,研究三维椭圆振动辅助车削刀具路径优化设计。针对这一系列问题,文章基于等角度、等弧长路径规划方法,提出一种路径规划优化算法模型,在过渡区插入一段圆弧,用数学解析法求解路径优化后的刀位点。以正弦曲面作为具体研究对象,利用仿真软件对路径进行仿真,结果表明提出的刀位点优化设计残余高度较传统算法降低27%;对复杂曲面过渡区进行放大,通过对比表明提出的路径规划优化算法过渡区表面光滑,无干涉过切现象;利用小波分析法对算法获得的表面形貌粗糙度进行评价,计算结果显示优化路径的表面粗糙度值Sq由0.005 9降低至0.004 5,Sa由0.006 7降低至0.003 8,表明优化路径算法得到的表面质量精度得到了提升。

     

  • 图  1  EVC加工原理

    图  2  3D-EVC加工路径规划流程

    图  3  切削过程及坐标系

    图  4  等角度路径规划算法

    图  5  等弧长路径规划算法

    图  6  常规方式正弦曲面刀位点过渡区

    图  7  优化后的进刀路径

    图  8  刀具半径补偿示意图

    图  9  3个向量在刀具上的位置(图修改)

    图  10  正弦曲面

    图  11  正弦曲面过渡区放大图

    图  12  未优化的路径

    图  13  等角度法与等弧长法过渡区残余高度

    图  14  路径优化算法刀位点

    图  15  正弦曲面路径优化算法过渡区

    图  16  优化路径过渡区残余高度

    图  17  Y=0进刀路径截面图

    图  18  传统路径表面形貌

    图  19  采用优化路径后的表面形貌

    表  1  EVC加工参数

    主轴转速/(r/min)切深/mm振幅/mm
    0.30.040.03
    刀具圆弧半径/mm前角/deg进给量/(mm/rev)
    0.500.5
    下载: 导出CSV

    表  2  正弦曲面参数

    曲率半径/mm振幅/mm波长/mm
    4.550.23
    下载: 导出CSV

    表  3  三维表面粗糙度计算结果

    Sq/mmVp/mmSa/mm
    等角度法0.005 20.042 60.006 7
    等弧长法0.005 90.047 60.005 9
    优化路径0.004 50.038 70.003 8
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-07-22

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