【技术实现步骤摘要】
本公开属于超声振动车削仿真，尤其涉及一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法及系统。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、工件表面微观形貌直接影响着工件耐磨损、抗腐蚀、抗疲劳等性能，对配合表面的密封性也具有直接的影响，一直是切削加工领域研究的重点。超声振动切削技术具有降低切削力、减小刀具磨损、提高已加工表面质量等优势，并可以在工件表面加工出规整的微结构，使其在应用中具备疏水、亲油、减磨等功能特性。
3、但是，专利技术人发现，超声振动设备通常只有在特定频率下可以获得较好的振动效果，实验研究难以获得不同超声振动参数、超声振动方向等对加工过程的影响，不利于切削工艺的优化；随着计算机仿真模拟技术的快速发展，仿真模拟技术已成为分析此类问题重要而有效的手段。但超声振动切削加工中刀具运动轨迹复杂，存在轨迹交叉等现象，加工表面形貌的创成较常规切削更加复杂，为加工表面形貌高精度仿真模型的构建提出了新的挑战。
技术实现思路
1、本公开为了解决上述问题，提供了一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法及系统，所述方案基于刀具几何轮廓复映方法和时间离散处理技术，充分考虑了刀具切削刃几何形状以及材料弹性回复对加工表面形貌的影响，创新性地提出了在刀具往复熨压过程中计算已加工表面弹性回复量的方法，建立了超声振动车削表面微织构形貌预测数学模型，实现了车削表面微织构形貌的快速准确的仿真预测。
2、根据本公开实施例的第一个方
3、基于刀具以及待切削工件的几何轮廓数据，分别构建刀具几何模型和工件几何模型；其中，所述刀具几何模型包括刀尖圆弧半径及两侧直线切削刃部分的最小切削厚度以下的切削刃圆弧及后刀面；
4、基于空间坐标转换，将刀具几何模型转换至待切削工件对应坐标系；其中，在所述刀具几何模型上施加超声振动；
5、分别对刀具和工件几何模型进行空间离散化处理，以及按照预设时间步长对时间进行离散化处理；
6、在刀具对工件的仿真车削过程中，基于离散化的几何模型计算已加工表面弹性回复量；
7、基于所述弹性回复量及刀具几何模型离散点的高度坐标替换发生被切削的工件几何模型离散点的高度坐标；
8、基于获得的离散点高度坐标得到加工后的工件表面微织构形貌仿真预测结果。
9、进一步的，所述分别对刀具和工件几何模型进行空间离散化处理，具体为：对工件几何模型进行空间离散化处理，通过设定空间分辨率与角度分辨率对工件几何模型的半径和角度进行离散，对刀具几何模型进行空间离散化处理，通过对刀具几何模型轮廓上预设参数的离散化来实现。
10、进一步的，当刀具相对于工件向前运动时，由切削刃切除工件，弹性回复量的计算采用如下公式进行计算：
11、
12、其中tc为切削厚度，也就是刀具与工件的干涉量；tce为弹性变形极限；hmin为最小切削厚度；pve为工件的弹性回复率。
13、进一步的，当刀具相对于工件向后运动时，由后刀面来压缩工件表面，弹性回复量采用如下公式计算：
14、
15、进一步的，当刀具与工件表面发生干涉，即刀具表面的离散点低于工件表面的离散点时，除了计算刀具和工件离散点的干涉量tc；同时还需计算上一时刻刀具和工件在该离散点的干涉量tcq以及下一时刻刀具和工件在该离散点的干涉量tch，将tcq、tc、tch三者进行比较，当满足tcq≤tc>tch或tcq<tc≥tch时，表明工件表面当前离散点在时间t达到最大压缩量，进入卸载回复阶段，并取当前时刻的干涉量计算弹性回复量。
16、进一步的，所述时间步长的离散化处理目标为在每个时间步长中将刀具运动限制在与空间分辨率相当的幅度内，以表征超声振动导致的刀具对加工表面的往复熨压效应。
17、进一步的，所述预设时间步长与切削速度或最大振动速度成反比。
18、根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测系统，包括：
19、模型构建单元，其用于基于刀具以及待切削工件的几何轮廓数据，分别构建刀具几何模型和工件几何模型；其中，所述刀具几何模型包括刀尖圆弧半径及两侧直线切削刃部分的最小切削厚度以下的切削刃圆弧及后刀面；
20、坐标转换单元，其用于基于空间坐标转换，将刀具几何模型转换至待切削工件对应坐标系；其中，在所述刀具几何模型上施加超声振动；
21、离散化处理单元，其用于分别对刀具和工件几何模型进行空间离散化处理，以及按照预设时间步长对时间进行离散化处理；
22、弹性回复量计算单元，其用于在刀具对工件的仿真车削过程中，基于离散化的几何模型计算已加工表面弹性回复量；
23、坐标替换单元，其用于基于所述弹性回复量及刀具几何模型离散点的高度坐标替换工件几何模型离散点的高度坐标；
24、结果获取单元，其用于基于获得的离散点高度坐标得到加工后的工件表面微织构形貌仿真预测结果。
25、根据本公开实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法。
26、根据本公开实施例的第四个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法。
27、与现有技术相比，本公开的有益效果是：
28、(1)本公开所述方案提供了一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法及系统，所述方案基于刀具几何轮廓复映方法和时间离散处理技术，充分考虑了刀具切削刃几何形状以及材料弹性回复对加工表面形貌的影响，创新性地提出了在刀具往复熨压过程中计算已加工表面弹性回复量的方法，建立了超声振动车削表面微织构形貌预测数学模型，实现了车削表面微织构形貌的快速准确的仿真预测。
29、(2)所述方案考虑了材料弹性回复对加工表面的影响，通过计算工件表面离散点在切削过程承受压缩量的变化情况，确定其一次压缩-回复过程的最大压缩量为基准来计算弹性回复量，避免了刀具表面网格点离散程度及后角对弹性回复量的影响，提高了模型精度。
30、(3)所述方案还考虑了刀具切削刃钝圆以及刀具直线段切削刃对加工表面的影响。建立了考虑刀具几何形状和位置参数的完整刀具模型，将模型的应用范围扩展至宏观切削过程。
31、(4)所述方案可应用于不同方向的一维、二维超声振动车削过程，适用于恒转速或恒线速度条件下的端面或外圆车削过程。
32、本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
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1.一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，所述分别对刀具和工件几何模型进行空间离散化处理，具体为：对工件几何模型进行空间离散化处理，通过设定空间分辨率与角度分辨率对工件几何模型的半径和角度进行离散，对刀具几何模型进行空间离散化处理，通过对刀具几何模型轮廓上预设参数的离散化来实现。
3.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，当刀具相对于工件向前运动时，由切削刃切除工件，弹性回复量的计算采用如下公式进行计算：
4.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，当刀具相对于工件向后运动时，由后刀面来压缩工件表面，弹性回复量采用如下公式计算：
5.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，当刀具与工件表面发生干涉，即刀具表面的离散点低于工件表面的离散点时，除了计算刀具和工件离散点的干涉量tc；同时还需计算上一时刻刀具和工件在该离散点的干涉量tc
6.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，所述时间步长的离散化处理目标为在每个时间步长中将刀具运动限制在与空间分辨率相当的幅度内，以表征超声振动导致的刀具对加工表面的往复熨压效应。
7.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，所述预设时间步长与切削速度或最大振动速度成反比。
8.一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法。
...【技术特征摘要】
1.一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，所述分别对刀具和工件几何模型进行空间离散化处理，具体为：对工件几何模型进行空间离散化处理，通过设定空间分辨率与角度分辨率对工件几何模型的半径和角度进行离散，对刀具几何模型进行空间离散化处理，通过对刀具几何模型轮廓上预设参数的离散化来实现。
3.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，当刀具相对于工件向前运动时，由切削刃切除工件，弹性回复量的计算采用如下公式进行计算：
4.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，当刀具相对于工件向后运动时，由后刀面来压缩工件表面，弹性回复量采用如下公式计算：
5.如权利要求1所述的一种超声振动车削表面微织构形貌仿真预测方法，其特征在于，当刀具与工件表面发生干涉，即刀具表面的离散点低于工件表面的离散点时，除了计算刀具和工件离散点的干涉量tc；同时还需计算上一时刻刀具和工件在该离散点的干涉量tcq以及下一时刻刀具和工件在该离散点的干涉量...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国梁，郑金滔，王德祥，刘新福，刘富豪，倪陈兵，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：
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