表面粗糙度不仅是一个用于表面质量控制的参数,也是一个用于监控加工过程的参数。为寻求最佳切削参数以控制表面粗糙度,人们越来越希望以较少的实验建立精度较高的表面粗糙度预测模型,从而摆脱传统上依靠经验公式或查阅手册来确定加工参数的被动局面,并在实际加工前得到最佳的加工方案。 在实际加工过程中,除了加工方式、工件材料、刀具材料及切削参数等因素外,还有随机出现的非几何因素和按一定规律变化的几何因素在影响着表面粗糙度。常规铣削加工中,非几何因素对表面粗糙度有较大影响,中、高速加工中,几何因素的影响越来越明显。为了最优化切削参数,以最小化表面粗糙度来指导实际加工,需研究各种因素对表面粗糙度的影响规律以及形成机理。 本文在参阅了大量相关文献的基础上,主要对数控加工表面粗糙度的影响因素和影响规律、表面粗糙度形成机理和多轴数控加工表面粗糙度的预测三项关键技术进行了研究。 在表面粗糙度的影响因素和影响规律方面:主要研究了残留面积高度、走刀行距、每齿进给率和最优化走刀路径对零件加工表面粗糙度的影响。 在表面粗糙度形成机理方面:根据微分几何原理,从图形学角度对球头铣刀切削刃按照最优化走刀路径所包络出的表面微观几何形状进行解析,研究了每齿进给率、走刀行距和球头铣刀在加工过程中的倾斜角度对球头铣刀切削刃轨迹的影响规律。 在多轴数控加工表面粗糙度的预测方面:研究了多轴数控加工的最终表面形貌,利用脊脉预测法,在MATLAB、VC和OpenGL环境中对残留面积高度形貌的三维网格图进行了预测。 经过仿真加工表面残留高度形貌和实验值和预测值的对比验证了所研究的表面粗糙度预测理论和方法的有效性和可行性。