專利名稱：減振平衡高速銑刀及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減振平衡高速銑刀及其設(shè)計(jì)方法，具體涉及刀齒不均勻分布的高 速銑刀及其動(dòng)平衡設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
高速銑削過程中，由于刀具轉(zhuǎn)速很高，對高速銑刀提出了嚴(yán)格的動(dòng)平衡和安全性 要求。目前，公知的高速銑刀由于采用刀齒均勻分布結(jié)構(gòu)，具有動(dòng)平衡性好、安全性高、應(yīng)用 轉(zhuǎn)速高等特點(diǎn)。但是，此類刀具高速銑削中的激勵(lì)能量集中，且激振力頻率取決于銑刀的轉(zhuǎn) 速和齒數(shù)，如果刀具齒數(shù)選擇不當(dāng)，則使激振頻率接近銑刀的固有頻率，出現(xiàn)較強(qiáng)的振動(dòng)， 無法滿足高效、高精度切削加工要求。中低速切削中，解決銑刀振動(dòng)的一種有效方法是采用不均勻分布刀齒結(jié)構(gòu)，通過 銑刀動(dòng)態(tài)切削力的頻譜分析，優(yōu)化齒距，使其激勵(lì)能量得到分散，達(dá)到減振目的。但采用該 方法設(shè)計(jì)的銑刀質(zhì)量處于不均勻分布狀態(tài)，無法滿足高速切削條件下銑刀動(dòng)平衡和安全性 要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的高速銑刀切削中激勵(lì)能量集中，易于產(chǎn)生較強(qiáng)振 動(dòng)的不足，提供一種減振高速銑刀設(shè)計(jì)方法，采用該方法研制的高速銑刀不僅能分散高速 銑削中的激勵(lì)能量，有效抑制易高速銑削振動(dòng)，而且能使其滿足動(dòng)平衡和安全性要求。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)減振平衡高速銑刀的設(shè)計(jì)方法，該方法包括如下步驟(1)在單齒動(dòng)態(tài)切削力模型基礎(chǔ)上，建立高速銑刀多齒動(dòng)態(tài)切削力模型；(2)建立多齒切削動(dòng)態(tài)切削力頻譜模型，其中包括刀齒均勻分布的動(dòng)態(tài)切削力頻 譜模型和刀齒不均勻分布的動(dòng)態(tài)切削力頻譜模型；(3)建立高速銑刀切削穩(wěn)定性評價(jià)模型；(4)刀齒分布對動(dòng)態(tài)切削力頻譜影響分析與高速銑刀齒距優(yōu)化；(5)在高速銑刀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束條件下，通過銑刀動(dòng)平衡精度分析，采用行為建模技 術(shù)完成刀齒分布和容屑槽優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到銑刀安全性和動(dòng)平衡精度要求，獲得滿足減振要 求的高速銑刀設(shè)計(jì)方案。一種利用上述方法設(shè)計(jì)的減振平衡高速銑刀，所述的刀齒為在高速銑刀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 約束條件下，通過銑刀動(dòng)平衡精度分析，采用行為建模技術(shù)完成刀齒分布和容屑槽優(yōu)化設(shè) 計(jì)，達(dá)到銑刀安全性和動(dòng)平衡精度要求，獲得滿足減振要求的高速銑刀刀齒。有益效果1.本發(fā)明采用該方法研制的高速銑刀可以有效抑制刀齒均勻分布引起的高速銑 削振動(dòng)，獲得高質(zhì)量加工表面，同時(shí)可以使刀齒不均勻分布的銑刀滿足高速銑削加工動(dòng)平 衡精度和安全性要求。
2.本發(fā)明采用刀齒不均勻分布方法，使銑刀高速切削共振轉(zhuǎn)速成齒數(shù)倍提高，可 直接避免因刀齒均勻分布導(dǎo)致的銑刀共振；通過動(dòng)態(tài)切削力頻譜分析和齒距優(yōu)化分散高速 銑削中的激勵(lì)能量，進(jìn)一步有效抑制易高速銑削振動(dòng)；采用銑刀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束條件，通過銑 刀容屑槽優(yōu)化設(shè)計(jì)，消除刀齒不均勻分布導(dǎo)致的銑刀動(dòng)平衡設(shè)計(jì)原理性誤差。該方法尤其 適用于奇數(shù)齒不均分布的高速銑刀減振設(shè)計(jì)與開發(fā)。


附圖1是高速銑刀單齒切削方式的示意圖，圖中d為銑刀直徑，\為工件銑削寬 度，U1為切離一側(cè)銑刀露出加工面的距離，U2為切入一側(cè)銑刀露出加工面的距離，識。為切入 角，隊(duì)為切出角，外為接觸角，識為進(jìn)給方向角。附圖2是高速面銑刀多齒切削方式的示意圖，圖中，ζ為銑刀齒數(shù)，β為銑刀轉(zhuǎn)角， η為銑刀轉(zhuǎn)速，Vf為進(jìn)給速度，Qi為第i個(gè)刀齒與第i-Ι個(gè)刀齒的齒間距(i = 1 z)，爐。 為切入角，識e為切出角，外為接觸角。附圖3(a)是刀齒不均勻分布下高速銑刀切削分力F。(f)頻譜(外=90° )，(b)是 刀齒均勻分布下高速銑刀切削分力F。(f)頻譜(外=90°)。附圖4是刀齒不均勻分布對切削力譜值影響曲線。附圖5是高速銑刀不平衡量分解示意圖。附圖6是高速銑刀刀齒分布與動(dòng)平衡設(shè)計(jì)流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 減振平衡高速銑刀的設(shè)計(jì)方法，該方法包括如下步驟1.在單齒動(dòng)態(tài)切削力模型基礎(chǔ)上，建立高速銑刀多齒動(dòng)態(tài)切削力模型。高速銑刀切削時(shí)，由于其刀齒切削的斷續(xù)性和切削厚度的變化，使得波形呈周期 性變化的切削力成為引起刀具系統(tǒng)振動(dòng)的主要激振力之一。單齒切削加工方式如圖1所 示刀齒切削接觸角灼和為進(jìn)給方向角爐為
權(quán)利要求
1.一種減振平衡高速銑刀的設(shè)計(jì)方法，其特征是該方法包括如下步驟(1)在單齒動(dòng)態(tài)切削力模型基礎(chǔ)上，建立高速銑刀多齒動(dòng)態(tài)切削力模型；(2)建立多齒切削動(dòng)態(tài)切削力頻譜模型，其中包括刀齒均勻分布的動(dòng)態(tài)切削力頻譜模 型和刀齒不均勻分布的動(dòng)態(tài)切削力頻譜模型；(3)建立高速銑刀切削穩(wěn)定性評價(jià)模型；(4)刀齒分布對動(dòng)態(tài)切削力頻譜影響分析與高速銑刀齒距優(yōu)化；(5)在高速銑刀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束條件下，通過銑刀動(dòng)平衡精度分析，采用行為建模技術(shù)完 成刀齒分布和容屑槽優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到銑刀安全性和動(dòng)平衡精度要求，獲得滿足減振要求的 高速銑刀設(shè)計(jì)方案。
2.一種利用上述方法設(shè)計(jì)的減振平衡高速銑刀，其特征是所述的刀齒為在高速銑刀 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束條件下，通過銑刀動(dòng)平衡精度分析，采用行為建模技術(shù)完成刀齒分布和容屑 槽優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到銑刀安全性和動(dòng)平衡精度要求，獲得滿足減振要求的高速銑刀刀齒。
全文摘要
減振平衡高速銑刀及其設(shè)計(jì)方法。刀具高速銑削中的激勵(lì)能量集中，如果刀具齒數(shù)選擇不當(dāng)，則使激振頻率接近銑刀的固有頻率，出現(xiàn)較強(qiáng)的振動(dòng)，無法滿足高效、高精度切削加工要求。本發(fā)明的方法包括(1)在單齒動(dòng)態(tài)切削力模型基礎(chǔ)上，建立高速銑刀多齒動(dòng)態(tài)切削力模型；(2)建立多齒切削動(dòng)態(tài)切削力頻譜模型；(3)建立高速銑刀切削穩(wěn)定性評價(jià)模型；(4)刀齒分布對動(dòng)態(tài)切削力頻譜影響分析與高速銑刀齒距優(yōu)化；(5)在高速銑刀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束條件下，通過銑刀動(dòng)平衡精度分析，采用行為建模技術(shù)完成刀齒分布和容屑槽優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到銑刀安全性和動(dòng)平衡精度要求，獲得滿足減振要求的高速銑刀設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明用于設(shè)計(jì)減振平衡高速銑刀。
文檔編號B23C5/00GK102120273SQ20101003245
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者姜彬, 鄭敏利 申請人:哈爾濱理工大學(xué)