基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法、系统及装置

技术特征：
1.基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法，其特征在于，包括：根据标准螺纹牙型参数，构建标准螺纹曲面，得到标准螺纹模型；根据生产需要，构建螺纹铣刀刃形轮廓曲线，得到螺纹铣削包络面，获取加工所得螺纹模型；利用所述标准螺纹曲面、所述螺纹铣削包络面构建干涉误差模型；通过所述干涉误差模型对所述加工所得螺纹模型进行修正，直到铣刀刃形轮廓的干涉误差满足工件的精度要求。2.根据权利要求1所述的基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法，其特征在于，所述利用所述标准螺纹曲面、所述螺纹铣削包络面构建干涉误差模型，包括：利用基准平面分别与所述标准螺纹曲面、所述螺纹铣削包络面依次相交，分别得到标准螺纹牙型轮廓曲线、实际螺纹牙型轮廓曲线，并且根据这两条曲线构建干涉误差模型；所述实际螺纹牙型轮廓曲线的生成过程，包括：使用基准平面截取螺纹铣削包络面，得到两者的交点；选取出上述交点中距离螺纹中心较远的点，即较外侧的点；基于所述较外侧的点拟合成曲线，从而得到实际螺纹牙型轮廓曲线。3.根据权利要求1所述的基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法，其特征在于，所述构建干涉误差模型，包括：设标准螺纹曲面为lwm
t
；螺纹铣削包络面为blm；基准平面为xoz；则螺纹铣削包络面blm与基准平面xoz相交，得到螺纹铣刀加工包络线blx为：式中，螺纹铣刀自转角度θ是关于时间t和螺纹铣刀牙型轮廓高度zm的函数,即：θ(t，z
m
)＝-arcsin[r
c
×
sin(ω
×
t)/r
m
(z
m
)]；i为x方向上的单位向量；k为z方向上的单位向量；ω螺纹铣刀公转角速度；r
m
为螺纹铣刀刃形轮廓曲线；r
c
为铣削加工轨道半径，t为时间；螺纹铣刀加工包络线blx由一个个曲线簇组成，设螺纹铣刀刃形轮廓曲线为r
m
(z
m
)，则r
m
(z
m
)上的每一个点都对应着螺纹铣刀加工包络线blx上的一个曲线簇；通过实际螺纹牙型轮廓曲线gsx与任一所述曲线簇相切,得到gsx的表达式，使用blx求偏导，令其行列式等于零推导而出：其中，f(z
m
)为时间t关于轴向方向上的量z
m
的表达式；blx(t，z
m
)为螺纹铣刀加工包络线blx关于时间t与轴向方向上的量z
m
的表达式；将f(z
m
)回代到blx(t，z
m
)消去t，可得到实际螺纹牙型轮廓曲线gsx为：gsx(z
m
)＝blx(f(z
m
)，z
m
)；通过标准螺纹曲线lw
t
与实际螺纹牙型轮廓曲线gsx之间的径向和轴向距离,即到螺纹铣削加工过程中的径向和轴向干涉误差e
r
、e
z
，分别为：er(z)＝gsx(z)-lw
t
(z)；e
z
(z)＝z-z
*
；
gsx(z)＝lw
t
(z
*
)；其中，z为轴向上任意一点的值；z
*
为当lw
t
(z
*
)等于gsx(z)时lw
t
(z
*
)所对应的轴向方向上的值；gsx(z)为实际螺纹牙型轮廓曲线gsx在z点时对应的径向方向的r值；lw
t
(z)为标准螺纹曲线在z点时对应的径向方向的r值；lw
t
(z
*
)标准螺纹曲线lw
t
在z
*
时对应的径向方向的值r
*
，得到其干涉误差e、平均干涉误差最大干涉误差e
max
，分别为；e＝e
r
sin15
°
；e
max
＝max(e)。4.根据权利要求1所述的基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法，其特征在于，所述根据标准螺纹牙型参数，构建标准螺纹曲面，得到标准螺纹模型，包括：以径向方向作为r轴，轴向方向作为z轴，建立xoz坐标系；根据待加工工件所需尺寸，以一个螺距为单位，在二维牙型轮廓曲线中的拐点以及单位曲线的起始点与终点分别建立至少6个特征点；在xoz坐标系中，依据二维螺纹牙型轮廓连接任意相邻的两个特征点，形成分段函数r
t
(z
t
)，即r
t
(z
t
)为标准螺纹牙型二维轮廓曲线方程；基于梯形螺纹牙型轮廓z
t
与径向坐标r
t
构建标准螺纹牙型轮廓模型lw
t
为：lw
t
(z
t
)＝[r
t
(z
t
)，z
t
]
t
；通过标准螺纹牙型曲线r
t
(z
t
)绕内螺纹中心轴的旋转运动,以及同步的z轴向进给运动得到标准螺纹曲面lwm
t
的参数表达,即其中，t
d
为螺纹旋向；p为螺纹的螺距；θ为螺纹牙型轮廓绕内螺纹中心轴的旋转角度；r(θ)为坐标转换矩阵,其表达式为：5.根据权利要求1所述的基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法，其特征在于，所述根据生产需要，构建螺纹铣刀刃形轮廓曲线，得到螺纹铣刀旋转轮廓面lwm
m
，进而得到螺纹铣削包络面为blm，包括：设立至少6个特征点，并通过任2个相邻的所述特征点相连建立螺纹铣刀刃形轮廓曲线r
m
(z
m
)，则螺纹铣刀初始刃形轮廓lw
m
,的数学模型为：lw
m
(z
m
)＝[r
m
(z
m
)，z
m
]
t
；将螺纹铣刀刃形轮廓曲线r
m
(z
m
)绕刀具主轴做旋转运动可生成螺纹铣刀旋转轮廓面lwm
m
,为：lwm
m
(θ，z
m
)＝r(θ)[r
m
(z
m
)，0，z
m
]
t
；式中，θ为螺纹铣刀的自转角度；铣削加工轨道半径r
c
为：
其中，d2和d2分别是螺纹中径和螺纹铣刀中径；当螺纹铣刀绕螺母中心轴的公转角速度ω可根据每齿进给量f
t
计算得到式中，m
m
为螺纹铣削方式；n
f
为螺纹铣刀齿数；f
t
为每齿进给量；p螺距；r
c
铣削加工轨道半径；ω为铣刀的自转角速度，根据主轴转速v
n
计算得到,即：在内螺纹坐标系o-xyz中,螺纹铣刀加工轨迹mc的参数方程为：t
d
为螺纹旋向；在内螺纹参考坐标系中建立螺纹铣削包络面为blm为：blm(t，θ，z
m
)＝mc(t) lwm
m
(θ，z
m
)；其中，z
m
为铣刀轴向方向上的量。6.根据权利要求1所述的基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法，其特征在于，所述通过所述干涉误差模型对所述加工所得螺纹模型进行修正，包括：获取实际螺纹牙型轮廓曲线gsx上除加工圆角区域外任一点的加工干涉误差，将该加工干涉误差与精度要求作比较，包括：若不满足精度要求，则计算刃形轮廓的特征点的干涉误差，得到干涉误差后分解为径向上的干涉误差与轴向上的干涉误差，通过轴向上的干涉误差回代到对应特征点进行修正；将所有的特征点进行修正以后，再连点成线的形成新的刃形轮廓曲线，并将所述新的刃形轮廓曲线通过通过所述干涉误差模型再次进行修正，直到满足加工精度要求。7.根据权利要求1所述的基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法，其特征在于：通过下式计算刃形轮廓的特征点的干涉误差，并进行修正：其中，为迭代n次后特征点n
mn
的坐标；e
z
为轴向干涉误差；为第n-1次后的特征点n
mn
的轴向坐标。8.一种基于干涉误差补偿铣刀刃形轮廓的螺纹铣刀修正系统，基于权利要求1-7任一权利要求所述的基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法，其特征在于，包括：基础参数设置模块，用于收集所述铣削螺纹孔径、螺距以及螺纹旋向数据；并基于以上数据，绘制出标准螺纹牙型轮廓曲线以及初始的标准螺纹牙型二维轮廓曲线；仿真过程模块，与所述基础参数设置模块进行数据交互，用于根据所述标准螺纹牙型轮廓曲线和初始的标准螺纹牙型二维轮廓曲线分别得到标准螺纹模型、加工所得螺纹模型以及干涉误差模型：刃形轮廓修正模块，与所述仿真过程模块进行数据交互，用于通过所述干涉误差模型对所述加工所得螺纹模型进行修正，直到满足工艺误差要求。
9.一种电子装置，其特征在于，包括：存储介质，用于存储计算机程序，处理单元，与所述存储介质进行数据交换，用于在修正铣刀刃形轮廓时，通过所述处理单元执行所述计算机程序，进行如权利要求1-7任一权利要求所述的基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序；所述计算机程序在运行时，执行如权利要求1-7任一权利要求所述的基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法的步骤。

技术总结
本发明的目的在于提供一种基于干涉误差补偿的铣刀刃形轮廓修正方法、系统及装置，包括：根据标准螺纹牙型参数，构建标准螺纹曲面，得到标准螺纹模型；根据生产需要，构建螺纹铣刀刃形轮廓曲线，得到螺纹铣削包络面，获取加工所得螺纹模型；利用所述标准螺纹曲面、所述螺纹铣削包络面构建干涉误差模型；通过所述干涉误差模型对所述加工所得螺纹模型进行修正，直到铣刀刃形轮廓的干涉误差满足工件的精度要求。本发明所述的方法不仅能够快速得出满足精度要求的铣刀刃形轮廓尺寸，同时该方法适用性广，不管螺距、孔径和孔深的多少，还是不同的螺纹形状都可利用本发明进行修正，提升加工精度。度。度。


技术研发人员：麦振宇 张鹏
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/13