一種車外圓仿生刀具的制作方法
【專利說(shuō)明】_種車外圓仿生刀具
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?013104888826,申請(qǐng)日為2013年10月18日，發(fā)明名稱為一種 車外圓仿生刀具及其設(shè)計(jì)方法，申請(qǐng)人為安徽大學(xué)的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種車外圓仿生刀具及設(shè)計(jì)方法，更具體地說(shuō)是仿河貍門牙形貌特征 的仿生刀及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在對(duì)各種工件材料進(jìn)行切削加工過(guò)程中，優(yōu)化刀具幾何形狀，減少被切削材料對(duì) 刀具的磨損，降低切削阻力，提高切削效率，增加刀具的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，是人們十 分關(guān)注的問(wèn)題。
[0004] 現(xiàn)代仿生學(xué)研究表明，許多動(dòng)物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化，其牙齒、爪趾和體表等部位逐步 形成了特殊的幾何形狀，具有優(yōu)良的生物力學(xué)功能，具體表現(xiàn)為動(dòng)物牙齒的咬頌?zāi)芰^強(qiáng)， 且牙齒的壽命一般也較長(zhǎng)，因此，根據(jù)仿生原理對(duì)刀具幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以提高刀具的使 用壽命具有積極的意義。目前，傳統(tǒng)刀具的切削刃曲線大都為直線型，其后刀面也為平面， 而刀具的切削刃形狀影響著刀具的切削效率，后刀面形狀也對(duì)已加工表面的質(zhì)量和刀具的 使用壽命有著重要影響。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明是為進(jìn)一步提高刀具的切削效率和使用壽命，提供一種車外圓仿生刀具及 其設(shè)計(jì)方法。通過(guò)對(duì)仿生對(duì)象河貍門牙切削刃曲線進(jìn)行提取，并進(jìn)行擬合得到切削刃曲線 擬合方程，將擬合方程應(yīng)用于仿生刀具的切削刃設(shè)計(jì)；通過(guò)對(duì)仿生對(duì)象河貍門牙縱向特征 曲線和橫向特征曲線進(jìn)行提取，對(duì)其分別進(jìn)行擬合得到縱向特征曲線擬合方程和橫向特征 曲線擬合方程，將縱向特征曲線擬合方程和橫向特征曲線擬合方程應(yīng)用到仿生刀具的刀面 設(shè)計(jì)。
[0006] 本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明車外圓仿生刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是所述仿生刀具的刀頭部分為河貍門牙的仿 生形狀。
[0008] 本發(fā)明車外圓仿生刀具的刀頭的部分具有前刀面、主后刀面和副后刀面，以及處 在所述前刀面與主后刀面之間的主切削刃、處在所述前刀面與副后刀面之間的副切削刃， 所述前刀面與主后刀面以及副后刀面之間共同形成的交點(diǎn)為刀尖點(diǎn)；其特點(diǎn)是：
[0009] 所述主切削刃和副切削刃的曲線形狀按式（1)表征：
[0011] 將所述仿生刀具的主切削刃和副切削刃在刀具基面Pr面上形成投影，并在刀具 基面Pr面上定義X1O1Y1坐標(biāo)系，所述X AY1坐標(biāo)系是以所述投影中主切削刃的起始點(diǎn)為原 點(diǎn)，以仿生刀具的進(jìn)給方向Vf向?yàn)閄軸，以仿生刀具基面Pr面內(nèi)垂直于進(jìn)給方向V f向的刀 具切削深度方向?yàn)閅軸方向；則式（1)中：
[0012] X1是主切削刃和副切削刃在刀具基面Pr面上投影的X軸的坐標(biāo)值；
[0013] yi是主切削刃和副切削刃在刀具基面Pr面上投影的Y軸的坐標(biāo)值；
[0014] 所述仿生刀具的主后刀面和副后刀面的縱向曲線按式（2)表征：
[0016] 所述仿生刀具的主后刀面和副后刀面的縱向曲線是指所述主后刀面和副后刀面 在刀具正交平面Po面內(nèi)形成的縱向剖面線；在刀具正交平面Po面上定義X2O2Y2坐標(biāo)系，所 述X2O2Y2坐標(biāo)系是以主切削刃、副切削刃與正交平面Po面的交點(diǎn)為原點(diǎn)，在正交平面Po面 內(nèi)以刀具的切削速度Vc向的反方向?yàn)閄2軸方向，以垂直于切削速度Vc的方向Sy2軸方 向；則式⑵中：
[0017] X2是主后刀面和副后刀面上縱向剖面線在正交平面Po面上投影的X2軸坐標(biāo)值；
[0018] y2是主后刀面和副后刀面上縱向剖面線在正交平面Po面上投影的Y2軸坐標(biāo)值；
[0019] 所述仿生刀具的主后刀面和副后刀面的橫向曲線按式（3)表征：
[0021] 所述仿生刀具的主后刀面和副后刀面的橫向曲線是指所述主后刀面和副后刀面 在平行于刀具基面Pr面并通過(guò)刀尖點(diǎn)的橫向剖面內(nèi)形成的橫向剖面線；在所述橫向剖面 上定義X3O3Y3坐標(biāo)系，所述X 3〇31坐標(biāo)系是以刀尖點(diǎn)與橫向剖面的交點(diǎn)為原點(diǎn)，以刀具的進(jìn) 給方向Vf向?yàn)閄軸，以刀具基面Pr面內(nèi)垂直于進(jìn)給方向V f向的刀具的切削深度方向?yàn)閅 軸方向；則式（3)中：
[0022] &是主后刀面和副后刀面上橫向剖面線在橫向剖面上投影的X3軸坐標(biāo)值；
[0023] y3是主后刀面和副后刀面上橫向剖面線在橫向剖面上投影的Y3軸坐標(biāo)值。
[0024] 本發(fā)明為獲得河貍門牙的仿生形狀的方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：
[0025] 步驟一、通過(guò)激光掃描提取河貍門牙的三維云圖，獲得其表面幾何信息的點(diǎn)云數(shù) 據(jù)，對(duì)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)按設(shè)定的方式進(jìn)行過(guò)濾后導(dǎo)出生成ASC II碼格式的文件，并以NURBS 曲面為基礎(chǔ)構(gòu)造曲面；在所述基礎(chǔ)構(gòu)造曲面上構(gòu)造拓?fù)渚匦尉W(wǎng)格，交互定義特征線，利用矩 形數(shù)據(jù)網(wǎng)格構(gòu)造出河貍門牙三維曲面模型；
[0026] 步驟二、在所述河貍門牙三維曲面模型上，確定河貍門牙前刀面、河貍門牙主后刀 面、河貍門牙副后刀面、河貍門牙主切削刃以及河貍門牙副切削刃，并將所述河貍門牙主切 削刃以及河貍門牙副切削刃在河貍門牙的基面上投影，得到投影曲線，對(duì)所述投影曲線進(jìn) 行擬合得到河貍門牙切削刃曲線擬合方程如式（1);
[0027] 將河貍門牙主后刀面和河貍門牙副后刀面在河貍門牙的正交平面以及垂直于正 交平面并平行于基面的橫向平面上投影，分別得到河貍門牙主后刀面和河貍門牙副后刀面 的縱向和橫向投影曲線，對(duì)所述縱向和橫向投影曲線分別進(jìn)行擬合得到河貍門牙主后刀面 和河貍門牙副后刀面的縱向曲線擬合方程如式（2)、以及得到河貍門牙主后刀面和河貍門 牙副后刀面的橫向曲線擬合方程如式（3)。
[0028] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：本發(fā)明中仿生刀具切削效率高，使用壽 命長(zhǎng)、切削阻力小。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為外圓車刀及其切削運(yùn)動(dòng)示意圖；
[0030] 圖2外圓車刀刀頭示意圖；
[0031] 圖3外圓車刀切削部分的正交平面參考系；
[0032] 圖4為河貍門牙三維曲面圖；
[0033] 圖5為河貍門牙切削刃投影曲線圖；
[0034] 圖6為河貍門牙背部縱向曲線圖；
[0035] 圖7為河貍門牙背部橫向曲線圖；
[0036] 圖中標(biāo)號(hào)：1前刀面，2主后刀面，3副后刀面，4主切削刃，5副切削刃，6刀尖點(diǎn)，
【具體實(shí)施方式】
[0037] 如圖1所示為本實(shí)施例所涉及的外圓車刀T及其切削運(yùn)動(dòng)示意，圖1中的Vc為刀 具主運(yùn)動(dòng)方向，Vf為刀具進(jìn)給方向，Ve是為刀具合成運(yùn)動(dòng)方向。
[0038] 本實(shí)施例車外圓仿生刀具的刀頭部分為河貍門牙的仿生形狀；
[0039] 如圖2所示，本實(shí)施例中的仿生刀具的切削部分具有前刀面1、主后刀面2和副后 刀面3,以及處在前刀面1與主后刀面2之間的主切削刃4、處在前刀面1與副后刀面3之 間的副切削刃5,前刀面1與主后刀面2以及副后刀面3之間共同形成的交點(diǎn)為刀尖6 ;
[0040] 如圖3所示的外圓車刀切削部分的正交平面參考系中，Ps為切削平面，Po為正交 平面，Pr為基面，Ar為底平面，W為工件，
[0041] 本實(shí)施例中，主切削刃4和副切削刃5的曲線形狀按式（1)表征：
[0043] 將仿生刀具的主切削刃4和副切削刃5在刀具基面Pr面上形成投影，并在刀具基 面Pr面上定義X1O1Y1*標(biāo)系，X W1Y1坐標(biāo)系是以投影中主切削刃4的起始點(diǎn)為原點(diǎn)，以刀具 進(jìn)給方向Vf向?yàn)閄軸，以刀具基面Pr面內(nèi)垂直于刀具進(jìn)給方向V f向的刀具切削深度方向 為Y軸方向；則式（1)中：
[0044] X1是主切削刃4和副切削刃5在刀具基面Pr面上投影的X軸的坐標(biāo)值；
[0045] yi是主切削刃4和副切削刃5在刀具基面P