[發(fā)明專利]一種刀具波形刃設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810204459.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN108573091B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜峰;張濤;查旭明;郭必成;張麗彬;徐佳祿;尹紀(jì)博;王珂;曹亮;王福增;言蘭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 楊依展

本發(fā)明公開了一種刀具波形刃設(shè)計(jì)方法，先設(shè)計(jì)不同波深和波距的波形刃刀具，利用下述的繪制方法獲得不同波深和波距的波形刃刀具之穩(wěn)定切削后的工件包絡(luò)線，利用上述得到的不同包絡(luò)線進(jìn)行工件幾何建模、刀具波形刃的幾何建模；將幾何建模導(dǎo)入有限元仿真軟件，建立工件幾何和刀具幾何的接觸關(guān)系；設(shè)定切削工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)值仿真，獲得刀具波形刃上應(yīng)力集中點(diǎn)的最大應(yīng)力及應(yīng)力分布，應(yīng)力較小的波形刃刀具的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)較優(yōu)，對(duì)單個(gè)波刃的切削過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真，獲得切削力、切削溫度和刀具應(yīng)力等切削過(guò)程物理量，進(jìn)而提出波深、波距和軸向偏移量的優(yōu)化流程和優(yōu)化方法，它可以用于各種含有波形刃的刀具的設(shè)計(jì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于刀具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種刀具波形刃設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

在保證刀具壽命的前提下，粗加工銑刀的使用過(guò)程中往往要求盡可能高的材料去除率，但是隨著材料去除率的不斷增加，切削力顯著升高，切屑折斷困難，容易造成切屑堵塞、刀具崩刃等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致機(jī)床停機(jī)現(xiàn)象的出現(xiàn)。而波形刃刀具是在普通銑刀的基礎(chǔ)上將刀具的前刀面或后刀面加工成波浪形狀，從而形成波形刀刃，相鄰兩個(gè)刀刃的波形沿刀具軸向方向錯(cuò)開一定距離，如CN1034881A,因此可以將產(chǎn)生切屑的寬度減小，從而得到窄而厚的切屑，減少了切削過(guò)程的材料變形，從而降低了斷屑的難度。利用波形刃刀具加工的最大缺點(diǎn)是會(huì)在加工表面上形成波紋狀的痕跡，需要后續(xù)的半精加工和精加工階段予以去除。

波形刃的存在使得切削刃上各點(diǎn)的刃傾角、工作前角以及與工件的接觸狀態(tài)均不相同，垂直于刀具軸線上任一截面的齒距也不同，這樣雖然有利于切削顫振的消除，但是另一方面會(huì)造成刀具刃口處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致刀具的崩刃，影響刀具的使用壽命。因此，波形刃的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，波形刃刀具的主要形狀包括正弦型和圓弧形，其主要幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)包括波深、波距和軸向偏移量，如附圖1所示。現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利一般給出了這三個(gè)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的大概范圍及其對(duì)加工過(guò)程的大致影響，但是這三個(gè)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)在不同加工條件下(切削速度、進(jìn)給量、工件材料等)對(duì)刀具—工件接觸狀態(tài)、切削過(guò)程物理量(切削力、切削溫度)和刀具壽命的影響研究較少，因此還未形成一套有效的波形刃幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了刀具波形刃設(shè)計(jì)方法，其克服了背景技術(shù)中未形成一套有效的波形刃幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法的不足。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的所采用的技術(shù)方案是：

一種刀具波形刃設(shè)計(jì)方法，該刀具總齒數(shù)為n，該n為大于2的自然數(shù)；該波形刃的主要形狀包含有正弦型和圓弧形，該波形刃的主要形狀的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)包含有波深、波距和軸向偏移量；該設(shè)計(jì)方法包括：

步驟1，設(shè)計(jì)不同波深和波距的波形刃刀具，利用下述的繪制方法獲得不同波深和波距的波形刃刀具之穩(wěn)定切削后的工件包絡(luò)線，該繪制方法包括：

依據(jù)波形刃的主要形狀及其幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，繪制第一個(gè)刀刃波形刃的二維截型圖；

依序繪制下一個(gè)刀刃波形刃的二維截型圖，使其在刀具軸線上與上一個(gè)刀刃的二維截型圖有一個(gè)偏移量e，同時(shí)在垂直于刀具軸線方向上與上一個(gè)刀刃的二維截型圖有一個(gè)偏移量f_z，f_z等于切削加工過(guò)程中刀具的每齒進(jìn)給量，直至繪制第n+1個(gè)刀刃波形刃的二維截型圖；

n+1條刀刃波形刃的二維截型圖相交所包圍的面積為每一個(gè)波形刃的實(shí)際切除材料面積，n+1條刀刃波形刃的二維截型圖所形成的交點(diǎn)就是刀具波形刃上的應(yīng)力集中點(diǎn)；

步驟2，利用上述得到的不同包絡(luò)線進(jìn)行工件幾何建模；

步驟3，利用上述得到的不同包絡(luò)線進(jìn)行刀具波形刃的幾何建模；

步驟4，將步驟2和步驟3中的幾何建模導(dǎo)入有限元仿真軟件，建立工件幾何和刀具幾何的接觸關(guān)系；