[發明專利]一種微銑刀參數一體化設計方法

有效

• 申請號: 201910091082.8
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109782627B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 陳妮;袁媛;趙國龍;郭月龍;江一帆;李亮;何寧
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;徐曉鷺

1.一種微銑刀參數一體化設計方法，其特征在于：該方法基于刀具設計系統，首先基于應用場景初步設定所需微銑刀的參數以及切削任務參數，自動構建切削仿真模型，然后，根據模型仿真結果通過數學分析方法提出相應的優化準則過程，經過迭代，使得最終輸出切削性能好的刀具參數；

在刀具設計系統中輸入微銑刀參數，系統建立微銑刀的三維模型，該過程包括以下步驟：

步驟一：設置配置系統開發環境，建立用戶目錄；

步驟二：通過UG Open的Menu Script和UI styler模塊分別完成系統菜單、用戶對話框的創建，生成相應的菜單文件、對話框文件、頭文件、源文件；

步驟三：對微銑刀進行結構研究，分析各個截面的幾何模型，對微銑刀端面和軸截面參數進行分析，計算前角、后角、螺旋角、刀刃數參數不同時，各截面各個參數的變化，得到微銑刀各個截面參數的相關性；接著利用參數化建模機制，控制特征，并使其隨表達式的改變而改變，建立精確的微銑刀參數化三維模型；

所述步驟三具體為：

設定四齒立銑刀為設計對象，其各個截面輪廓的參數為：

D——銑刀加工部分直徑，刀柄部會有突出倒角；

L₁——銑刀加工部分長度，即銑刀參與切削加工的最大長度；

L₂——銑刀刀柄長度；

L_a——銑刀刀體總長度；

β——切削刃螺旋角；

γ_c——銑刀側刃前角；

L_γc——銑刀側刃前刀面寬度；

α_c1——銑刀側刃第一后角；

L_αc1——銑刀側刃第一后刀面寬度；

α_c2——銑刀側刃第二后角；

L_αc2——銑刀側刃第二后刀面寬度；

R——銑刀側刃容屑槽底部圓弧半徑；

γ_d——銑刀端刃前角；

L_γd——銑刀端刃前刀面寬度；

α_d1——銑刀端刃第一后角；

L_αd1——銑刀端刃第一后刀面寬度；

α_d2——銑刀端刃第二后角；

L_αd2——銑刀端刃第二后刀面寬度；

以下為四齒立銑刀其中一齒的螺旋槽軸向截面曲線方程模型：

螺旋槽截面溝槽由前刀面直線EF、第一后刀面直線AB、第二后刀面直線BC、與前刀面EF相切的容屑槽底部圓弧DE及過渡橋接曲線CD五段曲線構成；

初步建立的螺旋槽截面模型，得到直線EF的方程：

其中，t∈[0，1]；

由于前刀面EF的寬度已知，由EF直線的方程計算出E、F兩點的坐標，進而求出λ₁的取值；

得到E點坐標之后，得到容屑槽底部圓弧DE的圓心O₁的位置坐標；

然后，建立第一、第二后刀面直線的方程：

其中，t∈[0，1]；

第一后刀面AB寬度已知，故可求出λ₂的取值，并且給出B點的坐標方程；

在B點坐標方程已知的基礎上，得到第二后刀面直線BC的方程：

其中，t∈[0，1]；

第二后刀面BC寬度已知，求出λ₃的取值，并給出C點的坐標方程：

在第二后刀面BC和容屑槽底部圓弧DE中間利用橋接曲線相切連接，即可得到所述四齒立銑刀螺旋槽截面參數化模型；

步驟四：在Visual Studio中編寫對話框程序文件，添加相應的對話框回調函數，生成動態鏈接庫，完成對話框中的刀具參數與三維模型相應表達式的對接，實現改變對話框中的刀具參數，微銑刀模型隨之改變的功能，進而實現微銑刀快速設計；

以微銑刀前角作為優化對象，隨著微銑刀負法向前角的增大，進給力和橫向進給力的P-V值即波峰—波谷差值先減小后增大，再減小，成波浪狀，且在-45°時最小，軸向切削力的P-V值變化不大；單從切削力角度可以選法向前角為-45°時的微銑刀，而法向前角為-55°時的微銑刀差；最后，綜合各參數的分析結果得到刀具參數最優區域，形成微銑刀的優化準則。

2.如權利要求1所述的一種微銑刀參數一體化設計方法，其特征在于：

根據仿真模型提出相應的優化準則過程，經過迭代，使得最終輸出切削性能好的刀具參數，該過程包括以下步驟：

步驟五：根據用戶給定的工件信息及初始刀具信息在有限元仿真軟件中構建切削仿真模型進行計算，而后輸出需要的仿真結果；

步驟六：根據單一刀具參數變化時切削力、切削溫度、刀具磨損仿真結果變化圖，分析微銑刀參數與其對應的仿真結果的關系：提出相應參數的優化方案，通過刀具參數的調整實現所述表達式的調整，進而控制微銑刀三維模型特征做出改變，繼續仿真出結果，反復迭代，最終使得仿真結果落在最優區域，得到與該種工件匹配的切削力小、切削溫度低、刀具磨損小的刀具。