[發明專利]球頭刀變刀軸方向控制刀具磨損的多軸加工方法

有效

• 申請號: 201710322625.3
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107160239B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 羅明;張定華;羅歡;張仲熙
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23Q15/007
• 分類號: B23Q15/007;B23Q15/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種球頭刀變刀軸方向控制刀具磨損的多軸加工方法，用于解決現有多軸加工方法刀具浪費嚴重的技術問題。技術方案是首先建立球頭刀與工件接觸區域和刀軸方向之間的關系；再根據刀具磨損速率確定每一個刀具傾角對應的切削刃的壽命，計算每把刀所能加工曲面的最長軌跡；最后通過所得到的切削刃壽命，計算實際加工中刀軸方向變化點，并計算一把刀具可以加工曲面的數量。本發明通過改變刀軸方向，充分利用球頭刀的各部分刀刃區域進行加工，減少了球頭刀因局部磨損而造成的失效，從而提高了刀具的使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種多軸加工方法，特別是涉及一種球頭刀變刀軸方向控制刀具磨損的多軸加工方法。

背景技術

鈦合金，鎳基高溫合金等材料具有較好耐高溫、耐腐蝕性能以及優異的機械性能，因此被廣泛的運用于航空航天零件中。但是這類材料的機械加工性能較差，屬于典型的難加工材料，在切削該類材料時，刀具磨損速度較快。在某些情況下，刀具的使用壽命只有數十分鐘。刀具的磨損不僅會影響工件的幾何精度，而且會造成工件(如葉片，機匣)關鍵部位的表面質量缺陷，而這些關鍵部位的精度和表面質量缺陷對提高工件的氣動性能和使用壽命具有巨大的作用。因此，刀具磨損過快是大量使用難加工材料的航天航空工業中的重大挑戰。

為此，研究者們對刀具磨損投入了大量的時間和精力。以往研究的主要關注點為切削參數的優化和刀具磨損的監測。針對刀具的磨損，現有的常用方法有：優化切削參數，進行冷卻和潤滑處理，使用刀具涂層等。E.G.Ng等人在The Effect of CuttingEnvironments When High Speed Ball Nose End Milling Inconel 718,in:Intermetallics and Superalloys,Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,2000,pp.71-76.提到，當加工鈦鎳合金718時，當進給速度為90m/min，在高壓冷卻液的條件下(70帕，26L/min)，刀具的使用壽命相比于其他切削參數可以提升到123％。H.R.Krain等人在Optimisation of tool life and productivity when end milling Inconel 718TM,Journal of Materials Processing Technology,189(2007)153-161.中指出，增大浸深比將導致刀具壽命的降低。

在刀具壽命的研究中，通過優化刀具與工件的接觸區域來增加刀具使用壽命的方式研究較少。在多軸加工過程中，固定刀軸方向以產生固定的刀具與工件接觸區域，這有利于刀具軌跡的規劃，但是這種方法使得整個刀刃只有固定的一小部分參與切削，因此只有刀刃的部分區域出現磨損現象，刀刃上沒有參與切削的大部分區域依然保持完整，這樣就造成了刀具嚴重的浪費。

發明內容

為了克服現有多軸加工方法刀具浪費嚴重的不足，本發明提供一種球頭刀變刀軸方向控制刀具磨損的多軸加工方法。該方法首先建立球頭刀與工件接觸區域和刀軸方向之間的關系；再根據刀具磨損速率確定每一個刀具傾角對應的切削刃的壽命，計算每把刀所能加工曲面的最長軌跡；最后通過所得到的切削刃壽命，計算實際加工中刀軸方向變化點，并計算一把刀具可以加工曲面的數量。本發明通過改變刀軸方向，充分利用球頭刀的各部分刀刃區域進行加工，減少了球頭刀因局部磨損而造成的失效，從而提高了刀具的使用壽命。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種球頭刀變刀軸方向控制刀具磨損的多軸加工方法，其特點是包括以下步驟：

第一步、建立球頭刀與工件接觸區域和刀軸方向之間的關系，確定給定切削深度和刀軸方向下，球頭刀參與切削的切削刃長度。

第二步、根據刀具磨損速率確定每一個刀具傾角對應的切削刃的壽命，計算每把刀所能加工曲面的最長軌跡；對于球頭刀球頭部分的刀刃，在相同的主軸轉速下，切削刃不同區域的切削速度不同，即刀尖處切削速度為零，沿刀刃方向逐步增大，到圓柱刀刃處達到最大，切削速度V_g表達為：