[0054] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0055] 实施例1
[0056] 三维振动辅助铣削加工系统，包括数控机床和三维振动辅助装置8，如图1所示，数控机床包括位于顶部的X向滑轨1、Y向滑轨2和Z向滑轨3，以及位于底部的Z向转轴10和Y向转轴11，其中：
[0057] 所述X向滑轨1和所述Y向滑轨2相垂直，所述Z向滑轨3受驱动沿所述X向滑轨1在X轴方向水平移动、沿所述Y向滑轨2在Y轴方向水平移动，加工组件受驱动沿所述Z向滑轨3在Z轴方向上水平移动，所述加工组件包括驱动机构、受所述驱动机构驱动旋转的主轴4以及固定于所述主轴4上的工具5；
[0058] 工件6通过夹具7固定于所述三维振动辅助装置8上，所述三维振动辅助装置8固定于工作台9上，所述Z向转轴10受驱动带动Y向转轴11沿Z轴方向转动，所述工作台9受Y向转轴11的驱动沿Y轴方向转动。
[0059] 数控机床可提供沿X、Y、Z三向平移运动以及绕Y、Z转动运动；三维振动装置可提供X、Y、Z三向平移运动。数控机床和三维振动装置有序配合、各尽其优共同实现结构表面铣削运动控制。
[0060] 振动辅助加工主要是通过数控机床和三维振动辅助装置8相互配合进给，使得工件和工具生成相对运动轨迹，实现结构型表面加工。如图2所示，数控机床运动提供较大范围的相对运动，使得工具按照路径规划理论指导遍历工件表面，数控机床提供机床轨迹13；三维振动辅助装置8提供工件振动轨迹12，其产生运动幅值相对较小的类椭圆运动以生成微小结构。数控机床和三维振动辅助装置8的共同运动轨迹称为合成轨迹14，其使得工具与工件相对位置发生改变。在生成结构的同时，振动效应可改善表面质量提高制备结构的精度。实现在多种复杂曲面上制备微小结构型表面。
[0061] 实施例2
[0062] 在实施例1的三维振动辅助铣削加工系统中，建立坐标系。共包含三个坐标系：加工系统坐标系、工件坐标系以及工具坐标系。
[0063] (1)加工系统坐标系：
[0064] 加工系统坐标系用O‑XYZ表示，它是以机床工作台中心为原点，X轴平行于机床X向滑轨，Y轴平行于机床Y向滑轨，Z轴平行于机床Z向滑轨。
[0065] (2)工件坐标系：
[0066] 工件坐标系用OW‑XWYWZW表示，原点位于工件某一点上，XW轴、YW轴、ZW轴均与加工系统坐标系中的X轴、Y轴、Z轴平行。
[0067] (3)工具坐标系：
[0068] 工具坐标系用OT‑XTYTZT表示，原点位于工具上某一点。在加工过程中由于工具和工件会发生相对移动，所以可以看作是工件坐标系静止不动，工具坐标系在工件坐标系中随着加工时间变化而移动。在初始时刻，即加工开始之前，工具坐标系的XT、YT、ZT轴均平行于工件坐标系和机床坐标系中的X、Y、Z轴。随着工具和工件相对运动，工具坐标系与工件坐标系可能会产生夹角。工具坐标系的XT轴与工件坐标系XW轴之间的夹角为γg，工具坐标系的YT轴与工件坐标系的YW轴之间的夹角为βg，工具坐标系的ZT轴与工件坐标系ZW轴之间的夹角为αg，如公式(6、7)中γg，βg，αg所示。其中γg，βg，αg均为与加工时间t有关的函数。
[0069] 实施例3
[0070] 一种结构型表面三维振动辅助铣削方法，包括以下步骤：
[0071] 定义工具坐标系为OT‑XTYTZT，定义工件坐标系为OW‑XWXWZW。
[0072] 步骤1，在工具坐标系中，建模工具表面形貌方程为：
[0073]
[0074] 在所述公式(1)中，所述xT，yT，zT为工具坐标系中工具表面任意一点坐标，记为CT点坐标，R为工具表面CT点到工具轴线的距离，θ为OTCT在XTOTYT面投影与XT轴的夹角。
[0075] 在所述公式(1)中，当工具形貌为半径为r的球形时，R取值为rsinφ，其中在仿真时r的取值为1。
[0076] 步骤2，在工件坐标系中，建立工件表面形貌方程为：
[0077] F(xw，yw，zw)＝fw(xw)+fw(yw)‑zw＝0 (2)
[0078] 在所述公式(2)中，所述xw，yw，zw为工件坐标系中工件表面任意一点坐标，记为Cw点坐标，fw(xw)为关于xw的函数，fw(yw)为关于yw的函数。
[0079] 在所示公式(2)中，当工件形貌为抛物面时，fw(xw)可以表达为 fw(ym)可以表达为 其中，Kpx和Kpy均为抛物面系数，在仿真时取值均为0.02。
[0080] 在所示公式(2)中，当工件表面形貌为波纹面时，fw(xw)可以取值为0，fw(yw)可以取值为cos(Kbyyw)，其中Kby为波纹面系数，在仿真时取值为1.5。
[0081] 步骤3，在工件坐标系中，建立机床运动路径：
[0082] [xm，ym，zm，γ，β，α]＝[fmx(t)，fmy(t)，fmz(t)，fγ(t)，fβ(t)，fα(t)] (3)[0083] 在所述公式(3)中，所述xm，ym，zm为机床在工件坐标系中的XW，YW，ZW向坐标，γ，β，α分别为绕XW，YW，ZW轴的转动值。fmx(t)，fmy(t)，fmz(t)，fγ(t)，fβ(t)，fα(t)均为关于t的函数，表示为t时刻xm，ym，zm，γ，β，α的值。
[0084] 在所述公式(3)中，当机床路径为抛物面上沿工件YW向的直线运动时，fmx(t)可以表达为C2a，其中C2a表示机床在XW向的运动位置，在仿真时取值为0，2.5，5，fmy(t)可以表达为Kfyzt‑Cfyz，其中Kfyz和Cfyz均为沿YW向的直线进给系数，在仿真时Kfyz取值为2，Cfyz在仿真时取值为6，fmz(t)可以表达为 无转动α，β，γ均为0。
[0085] 在所述公式(3)中，当机床路径为抛物面上做环形运动时，fmx(t)可以表达为C2bsin(t)，其中C2b为XW向运动系数，在仿真时取值为2.5和1.5，fmy(t)可以表达为C2ccos2
(t)，其中C2c为YW向运动系数，在仿真时取值为8和6，fmz(t)可以表达为Kpx(C2b sin(t))+Kpy
2
(C2ccos(t)) ，无转动α，β，γ均为0。
[0086] 在所述公式(3)中，当机床路径为波纹面上沿工件YW向的直线运动时，fmx(t)可以表达为C3a，其中C3a表示机床在XW向的运动系数，在仿真时取值为‑3，‑1，1，3，fmy(t)可以表达为Kfybt‑Cfyb，其中Kfyb和Cfyb均为沿YW向的直线进给系数，在仿真时Kfyb取值为1，Cfyb在仿真时取值为3.5，fmz(t)可以表达为Abcos(Kby(Kfybt‑Cfyb))，其中Ab和Kby均为波纹面系数，在仿真时Ab取值为1，Kby取值为1.5，无转动α，β，γ均为0。
[0087] 在所述公式(3)中，当机床路径为波纹面上做环形运动时，fmx(t)可以表达为C3bsin(t)，其中C3b为XW向运动系数，在仿真时取值为3.5和1.5，fmy(t)可以表达为C3ccos(t)，其中C3c为YW向运动系数，在仿真时取值为2.5和1.5，fmz(t)可以表达为Abcos(KbyC3ccos(t))，无转动α，β，γ均为0。
[0088] 步骤4，在工件坐标系中，建立三维振动辅助装置8的运动路径
[0089]
[0090] 在所述公式(4)中，所述xd，yd，zd为振动装置在工件坐标系中的XW，YW，ZW向坐标，fdx(t)，fdy(t)，fdz(t)均为关于t的函数，表示为t时刻xd，yd，zd的值。
[0091] 一般情况下，fdx(t)，fdy(t)，fdz(t)可以表达为：
[0092]
[0093] 其中，Ax，Ay，Az为振动幅值，ωx，ωy，ωz为振动频率，φx，φy，φz为振动相位。
[0094] 当机床路径为抛物面上直线进给时，所述公式(4)中，fdx和fdy形式和所述公式(5)形式一致，此外
[0095] 在所示公式(5)中，仿真时Ax取值为1，wx取值为3，φx取值为0，Ay取值为1，wy取值为3，φy取值为π/2。
[0096] 当机床路径为抛物面上环形进给时，所述公式(4)中，fdx和fdy形式和所述公式(5)2 2
形式一致，此外fdz＝Kpx(Ax sin(wxt)+C2b sin(t)) ‑Kpy(C2bcos(wyt)‑(C2ccos(t))[0097] 在所示公式(5)中，仿真时Ax取值为0.2，wx取值为10，φx取值为0，Ay取值为0.2，wy取值为10，φy取值为π/2。
[0098] 当机床路径为波纹面上直线进给时，所述公式(4)中，fdx和fdy形式和所述公式(5)形式一致，此外fdz＝cos(Kby(Aycos(wyt)+Kfybt‑Cfyb))‑cos(Kby(Kfybt‑Cfyb)))。在所示公式(5)中，仿真时Ax取值为0.5，wx取值为3，φx取值为0，Ay取值为0.5，wy取值为3，φy取值为π/2。
[0099] 当机床路径为波纹面上环形进给时，所述公式(4)中，fdx和fdy形式和所述公式(5)形式一致，此外fdz＝cos(Kby(Aycos(wyt)+C3ccos(t)))‑cos(KbyC3ccos(t)))。在所示公式(5)中，仿真时Ax取值为0.2，wx取值为20，φx取值为0，Ay取值为0.2，wy取值为20，φy取值为π/2。
[0100] 步骤5，通过机床运动路径式(3)和振动装置运动路径式(4)，计算得到二者的合成路径为
[0101] [xg，yg，xg，γg，βg，αg]＝[xm+xd，yw+yd，zm+zd，γ，β，α] (6)[0102] 在所述公式(6)中，xg，γg，zg为工件坐标系中，合成路径位置坐标，γg，βg，αg为绕工件坐标系XW，YW，ZW坐标轴转动值。xm，ym，zm，γ，β，α与式(3)含义一致，xd，yd，zd与式(4)含义一致。
[0103] 步骤6，采用位姿变换方法，通过式(1)(6)推导得到工件坐标系中，工具在某一时刻t的形貌为
[0104]
[0105] 在所述公式(7)中，x(t，R，θ)，y(t，R，θ)，z(t，R，θ)为t时刻CT点坐标，其中R，θ，f(R)与式(1)含义一致，xg，yg，zg，γg，βg，αg与式(6)含义一致。s代表含义为sin，c代表含义为cos。
[0106] 步骤7，由所述式(2)和式(7)推导得到铣削后结构型表面形貌为
[0107]
[0108] 在所述公式(8)中，xaw，yaw，zaw为铣削后结构形貌上某点坐标，xw，yw，zw为工件坐标系中，工件某点XW，YW，ZW向坐标。x(t，R，θ)，y(t，R，θ)，z(t，R，θ)与式(7)中含义一致，t1为加工截止时间。
[0109] 在本实施例中，抛物面工件表面如图3中(a)所示，直线进给和环形进给振动辅助铣削结构型表面如图3中(b)和(c)所示。波纹面工件表面如图4中(a)所示，直线进给和环形进给振动辅助铣削结构型表面如图(b)(c)所示。
[0110] 为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0111] 而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0112] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
