[發明專利]仿螳螂口器上顎構形的拉刀的制備方法

有效

• 申請號: 201610394048.4
• 申請日: 2016-06-03
• 公開（公告）號: CN105904022B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 倪敬;劉國棟;楊永豐;肖婧
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B23D43/02
• 分類號: B23D43/02;B23P15/42
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于機械加工技術領域，涉及拉刀及其制備方法，具體涉及一種仿螳螂口器上顎構形的拉刀的制備方法。

背景技術

拉削是機械加工作業的一種類型，是使用拉床(拉刀)加工各種內外成形表面的切削工藝。拉床是一種金屬切削機床，用來加工孔眼或鍵槽。加工時，一般工件不動，拉刀做直線切削運動。拉削時機床只有拉刀的直線運動，它是加工過程的主運動，進給運動則靠拉刀本身的結構來實現。而拉刀是其中的關鍵部件，拉刀是用于拉削的成形刀具，拉刀上分布著刀齒，當拉刀運作時，刀齒從工件上切削掉一定厚度的工件，重復多次后達到預期的形狀和尺寸。但是現有拉刀在工作時，工作負載較大，刀齒容易被工件和切屑碰傷甚至擠壞，磨損也較嚴重，容易發生崩刃和缺齒的問題。因此，研制一種能承受大切削負載、耐磨損的新型刀具，對實現拉削加工的高精度、高效率有著重要意義。

目前，在相關領域并沒有仿生的鍵槽拉刀及制備方法，如申請專利號為201521015218.0(授權公告號為205200682U，授權公告日為2016年5月4日)的專利公開了一種圓柱形成型拉刀。該成型拉刀包括頭部和尾部，頭部至尾部依次為起連接作用的刀體部、前頸部、連接部和后頸部，刀體部具有若干排環繞排列的切削齒，相鄰兩排切削齒之間開設有容屑槽，切削齒的高度從頭部至尾部為依次遞增結構，連接部處設置有環形排列的兩排刀刃，兩相鄰刀刃之間具有分屑槽，兩排刀刃上的分屑槽交錯分布。該成型拉刀穩定性能較好，較好地解決了拉刀切屑排出的問題，但是該成型拉刀工作區域刀齒不連續，工作時切削負載較大，刀具磨損也較為突出。申請專利號為CN201110143262.X(授權公告號CN102229228A，授權公告日為2011年11月2日)公開了一種復合拉刀，其特征在于，刀具頭上配置有多個環狀切削刀塊，并形成有切削面或倒角面；在切削面內側凸起處設置有復合切削面，形成有復合切削刃或復合側切削刃，并形成有加強臺；在切削刃或側切削刃上設置有至少有一個凹口刃，該凹口刃呈開口向切削面、后切削面、側切削面之一延伸或者逐漸放大的形態分布在切削面、后切削面、側切削面、復合切削面、復合側切削面側、復合后切削面之一形成有凹槽。該復合拉刀具有良好的散熱和抗裂作用，但是其加強臺的分布使其在刃口處負載較大，減小刀具的使用壽命，同時其凹槽分布較為單一，不能很好地改善拉刀的受力分布。

發明內容

本發明針對現有拉刀工作負載較大，刀具磨損較為嚴重，壽命較短等的不足，提供一種仿螳螂口器上顎構形的新型拉刀的制備方法。該拉刀是一種單個刀齒截面面積梯度分布仿上顎的刀具；是一種刀具截面材質致密度和硬度分布仿螳螂上顎的刀具；是一種可優化單個刀齒切削區域數量、切深和切削總面積的刀具；是一種優化整個拉刀粗拉、半精拉和精拉各區刀齒齒高分布的刀具。

本發明制備的仿螳螂口器上顎構形的拉刀主要由刀柄和刀具頭組成。所述刀具頭的刀齒部分由尾部至頭部依次劃分為粗拉區、半精拉區和精拉區。所有刀齒的頂面開設等距布置的凹槽；同一刀齒上，凹槽的底面面積與相鄰凹槽之間未開凹槽部分刀齒頂面面積相等；刀具頭同一縱截面上，每個刀齒上的凹槽位置對應相鄰刀齒上的未開凹槽部分刀齒頂面。沿刀具頭尾部至頭部方向，刀具頭刀齒部分的齒高呈公差大于0的等差數列分布，即其中，k為定值常數，0.01mm≤k≤0.05mm；δ_n為沿刀具頭尾部至頭部方向上第n個齒的齒高，1≤n≤m，m≥20。沿齒頂到齒槽方向x，刀具頭刀齒橫截面積的梯度變化和螳螂上顎橫截面積的梯度變化呈現一致性，即滿足其中，S₁為螳螂上顎橫截面積，S₂為刀齒橫截面積。刀具頭的刀齒表面致密度和硬度均大于內部。

本發明仿螳螂口器上顎構形的拉刀的制備方法，具體步驟如下：

步驟一、通過激光掃描提取螳螂上顎的三維云圖，獲得表面幾何信息的點云數據，對得到的點云數據平滑濾波處理后導出生成ASCⅡ碼格式的文件，并以NURBS曲面為基礎構造曲面，在基礎構造曲面上構造拓撲矩形網絡，交互定義特征線，利用拓撲矩形網絡構造出螳螂上顎三維曲面模型。

步驟二、通過螳螂上顎三維曲面模型分析得到螳螂上顎的面積梯度，確定刀具頭刀齒沿齒頂到齒槽方向的面積梯度，并根據刀齒面積梯度設計刀齒外形。

步驟三、采用線鋸切割加工刀齒外形，使得沿刀具頭尾部至頭部方向，刀具頭刀齒部分的齒高呈公差大于0的等差數列分布。