一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度的計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度的計(jì)算方法，屬于計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械加工領(lǐng)域。其步驟如下：(1)開(kāi)始；(2)選擇加工特征：平面加工或曲面加工；(3)輸入刀具參數(shù)及其切削加工參數(shù)；(4)參數(shù)計(jì)算與模擬：根據(jù)刀具參數(shù)及其切削加工參數(shù)及相關(guān)信息，完成參數(shù)計(jì)算與模擬；(5)參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算結(jié)束。采用本方法可以準(zhǔn)確地計(jì)算出刀具實(shí)際作用前角、后角以及其他相關(guān)加工參數(shù)。應(yīng)用該發(fā)明技術(shù)只需10～15秒的時(shí)間就可以計(jì)算出刀具實(shí)際作用前角、后角以及其他相關(guān)加工參數(shù)，對(duì)提高數(shù)控切削加工質(zhì)量和效率以及數(shù)控切削加工的研究有著極其重要的意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造提供一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度的計(jì)算方法，該方法適用于參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算，屬于計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)普遍地被應(yīng)用到加工制造業(yè)，尤其是數(shù)控銑削加工。而數(shù)控立銑刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)數(shù)控加工的質(zhì)量和效率有著直接的影響，尤其是影響刀具的最主要參數(shù)——前角和后角，而且準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)當(dāng)是刀具的在切削加工過(guò)程中的實(shí)際作用前角和后角，而不是設(shè)計(jì)前角和后角。因此，準(zhǔn)確的計(jì)算出數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度是十分重要的。而傳統(tǒng)的刀具使用與研究一般只考慮刀具的設(shè)計(jì)前角和后角，對(duì)數(shù)控切削加工質(zhì)量和效率分析與研究有一定的誤差，也不利于提高數(shù)控切削加工質(zhì)量和效率，因而急需改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明創(chuàng)造的目的是提出一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方法；
[0004]本發(fā)明創(chuàng)造的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度的計(jì)算方法，其特征在于，步驟如下:
[0006](1)開(kāi)始
[0007](2)選擇加工特征:平面加工或曲面加工；
[0008](3)輸入刀具參數(shù)及其切削加工參數(shù)，具體包括:刀具直徑；切削刃數(shù)量；刀具設(shè)計(jì)前角；刀具設(shè)計(jì)后角；刀具轉(zhuǎn)速；進(jìn)給速度；徑向切削余量；曲面的曲率半徑；
[0009](4)參數(shù)計(jì)算與模擬:根據(jù)刀具參數(shù)及其切削加工參數(shù)及相關(guān)信息,完成參數(shù)計(jì)算與模擬；
[0010](5)參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算結(jié)束。
[0011]所述的參數(shù)計(jì)算過(guò)程包括:計(jì)算參數(shù)有實(shí)際作用前角、實(shí)際作用后角、單齒切削厚度、最大作用前角、最小作用后角；
[0012]具體計(jì)算方法如下:
[0013]①實(shí)際作用前角=設(shè)計(jì)(或靜態(tài))前角+前角變化量
[0014]Y = Υ0+Δ y
[0015]其中，Y為實(shí)際作用前角，Y。為設(shè)計(jì)(或靜態(tài))前角，Δ y為前角變化量；
[0016]所述的Λ Y = arcos ((Vc2+V02-f2) / (2VC2V02))
[0017]其中，V。為切削的線速度，f為切削的進(jìn)給速度，V。為V。與f的合成進(jìn)給速度；且
[0018]Vc = 31 XdXn
[0019]V02 = f2+Vc2-2fV0Cos ( α ^
[0020]Cos(Ct1) = (r~ae) /r
[0021]其中，r為刀具半徑，d為刀具直徑，η為刀具的轉(zhuǎn)速，ae徑向切削厚度；[0022]②實(shí)際作用后角=設(shè)計(jì)(或靜態(tài))后角-后角變化量
[0023]α = α 0+ Δ α
[0024]其中，α為實(shí)際作用后角，α0為設(shè)計(jì)(或靜態(tài))后角，Δ α為后角變化量,而且，Δα = Δ Y ；
[0025]③單齒切削厚度
[0026]對(duì)于平面加工，單齒切削厚度t為:
[0027]單齒切削厚度=進(jìn)給速度+轉(zhuǎn)速+刀具齒數(shù)X Cos (實(shí)際作用前角)
[0028]t = f + n + z X Cos ( Δ Y )
[0029]其中，z為刀具的齒數(shù)；
[0030]對(duì)于曲面加工，單齒切削厚度t為:
[0031]t = f + n + z X Sin (ω)
[0032]ω = arcos [ (r2+Δ r2-(R_ae)2) + (2X Δ r Xr)]
[0033]其中，R為曲面曲率半徑，Ar為曲面曲率半徑與刀具半徑之差的絕對(duì)值；
[0034]④最大作用前角:最大作用前角就是當(dāng)徑向切削厚度等于刀具半徑時(shí)的實(shí)際作用前角；
[0035]⑤最小作用后角:最大作用后角就是當(dāng)徑向切削厚度等于刀具半徑時(shí)的實(shí)際作用后角。
[0036]所述的參數(shù)模擬是依據(jù)輸入刀具、切削加工參數(shù)以及計(jì)算出的動(dòng)態(tài)參數(shù)與切屑厚度等實(shí)現(xiàn)切削狀態(tài)模擬。
[0037]本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點(diǎn):參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算方法可以準(zhǔn)確地計(jì)算出刀具實(shí)際作用前角、后角以及其他相關(guān)加工參數(shù)。應(yīng)用該發(fā)明技術(shù)只需10?15秒的時(shí)間就可以計(jì)算出刀具實(shí)際作用前角、后角以及其他相關(guān)加工參數(shù)，因此，對(duì)提高數(shù)控切削加工質(zhì)量和效率以及數(shù)控切削加工的研究有著極其重要的意義。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算方法的總流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是，刀具數(shù)控加工編程人員只要通過(guò)計(jì)算機(jī)界面，從鍵盤(pán)輸入刀具及其切削加工參數(shù)，那么計(jì)算機(jī)將自動(dòng)計(jì)算出數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度，并且自動(dòng)完成單齒切削厚度、最大作用前角、最小作用后角、單齒切削厚度、最大作用前角、最小作用后角等相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。
[0040]一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度的計(jì)算方法，如圖1所示，包括如下步驟:
[0041](I)參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算開(kāi)始；
[0042](2)選擇加工特征:平面加工或曲面加工；
[0043](3)輸入刀具參數(shù)及其切削加工參數(shù)；
[0044]包括:刀具直徑；切削刃數(shù)量；刀具設(shè)計(jì)前角；刀具設(shè)計(jì)后角；刀具轉(zhuǎn)速；進(jìn)給速度；徑向切削余量；曲面的曲率半徑；[0045](4)參數(shù)計(jì)算與模擬:根據(jù)刀具參數(shù)及其切削加工參數(shù)及相關(guān)信息，完成參數(shù)計(jì)算與模擬。
[0046]其中參數(shù)計(jì)算包括:主要計(jì)算參數(shù)有實(shí)際作用前角、實(shí)際作用后角、單齒切削厚度、最大作用前角、最小作用后角。
[0047]具體計(jì)算方法如下:
[0048]①實(shí)際作用前角=設(shè)計(jì)(或靜態(tài))前角+前角變化量
[0049]y = Y0+Δ y
[0050]其中，Y為實(shí)際作用前角，Y C1為設(shè)計(jì)(或靜態(tài))前角，Δ y為前角變化量。
[0051 ]Ay= arcos ((Vc2+V02-f2) / (2VC2V02))
[0052]其中，V。為切削的線速度，f為切削的進(jìn)給速度，Vtl為V。與f的合成進(jìn)給速度。且
[0053]Vc = 31 XdXn
[0054]V02 = f2+Vc2-2fV0Cos ( α 1)
[0055]Cos(Ct1) = (r~ae) /r
[0056]其中，r為刀具半徑，d為刀具直徑，η為刀具的轉(zhuǎn)速，ae徑向切削厚度。
[0057]②實(shí)際作用后角=設(shè)計(jì)(或靜態(tài))后角-后角變化量
[0058]α = α 0+ Δ α
[0059]其中，α為實(shí)際作用后角，α0為設(shè)計(jì)(或靜態(tài))后角，Δ α為后角變化量,而且，Δα =Δ Y ；
[0060]③單齒切削厚度
[0061]對(duì)于平面加工，單齒切削厚度t為:
[0062]單齒切削厚度=進(jìn)給速度+轉(zhuǎn)速+刀具齒數(shù)X Cos (實(shí)際作用前角)
[0063]t = f + n + z X Cos ( Δ Y )
[0064]其中，z為刀具的齒數(shù)。
[0065]對(duì)于曲面加工，單齒切削厚度t為:
[0066]t = f + n + z X Sin (ω)
[0067]ω = arcos [ (r2+Δ r2-(R_ae)2) + (2X Δ r Xr)]
[0068]其中，R為曲面曲率半徑，Ar為曲面曲率半徑與刀具半徑之差的絕對(duì)值。
[0069]④最大作用前角
[0070]最大作用前角就是當(dāng)徑向切削厚度等于刀具半徑時(shí)的實(shí)際作用前角。
[0071]⑤最小作用后角
[0072]最大作用后角就是當(dāng)徑向切削厚度等于刀具半徑時(shí)的實(shí)際作用后角。
[0073]參數(shù)計(jì)算后的模擬過(guò)程包括:切削模擬主要依據(jù)輸入刀具、切削加工參數(shù)以及計(jì)算出的動(dòng)態(tài)參數(shù)與切屑厚度等實(shí)現(xiàn)切削狀態(tài)模擬。
[0074](5)參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算結(jié)束。
[0075]具體應(yīng)用例:本例是應(yīng)用一把直徑為20mm的數(shù)控立銑刀粗加工一種優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼的參數(shù)計(jì)算，具體計(jì)算過(guò)程如下:
[0076](I)平面加工參數(shù)計(jì)算
[0077]A)被加工刀具參數(shù)及相關(guān)信息
[0078]刀具直徑=20mm[0079]切削刃數(shù)量=4
[0080]刀具設(shè)計(jì)前角=10°
[0081]刀具設(shè)計(jì)后角=12°
[0082]刀具轉(zhuǎn)速=IOOOrpm
[0083]進(jìn)給速度=10OOmm/miη
[0084]徑向切削余量(ae) = 5mm
[0085]B)計(jì)算結(jié)果
[0086]實(shí)際作用前角=10.783°
[0087]實(shí)際作用后角=11.217°
[0088]單齒切削厚度=0.215mm
[0089]最大作用前角=10.796 °
[0090]最小作用后角=11.204°
[0091](2)曲面加工參數(shù)計(jì)算
[0092]A)被加工刀具參數(shù)及相關(guān)信息
[0093]刀具直徑=20mm
[0094]切削刃數(shù)量=4
[0095]刀具設(shè)計(jì)前角=10°
[0096]刀具設(shè)計(jì)后角=12°
[0097]刀具轉(zhuǎn)速=600rpm
[0098]進(jìn)給速度=500mm/min
[0099]徑向切削余量(ae) = 5mm
[0100]表面曲率半徑=50mm
[0101]B)計(jì)算結(jié)果
[0102]實(shí)際作用前角=10.691°
[0103]實(shí)際作用后角=11.309°
[0104]單齒切削厚度=0.19mm
[0105]最大作用前角=10.662 °
[0106]最小作用后角=11.338°
[0107]輸入上述被加工刀具參數(shù)及相關(guān)信息后，該參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削度計(jì)算方法軟件將自動(dòng)完成數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算，而且，只需5?10秒的時(shí)間。該方法不僅提髙了數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算效率，而且，對(duì)提高數(shù)控切削加工質(zhì)量和效率以及數(shù)控切削加工的研究有著極其重要的意義。
【權(quán)利要求】
1.一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度的計(jì)算方法，其特征在于，步驟如下: (1)開(kāi)始 (2)選擇加工特征:平面加工或曲面加工； (3)輸入刀具參數(shù)及其切削加工參數(shù)，具體包括:刀具直徑；切削刃數(shù)量；刀具設(shè)計(jì)前角；刀具設(shè)計(jì)后角；刀具轉(zhuǎn)速；進(jìn)給速度；徑向切削余量；曲面的曲率半徑； (4)參數(shù)計(jì)算與模擬:根據(jù)刀具參數(shù)及其切削加工參數(shù)及相關(guān)信息，完成參數(shù)計(jì)算與模擬； (5)參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度計(jì)算結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度的計(jì)算方法，其特征在于: 所述的參數(shù)計(jì)算過(guò)程包括:計(jì)算參數(shù)有實(shí)際作用前角、實(shí)際作用后角、單齒切削厚度、最大作用前角、最小作用后角； 具體計(jì)算方法如下: ①實(shí)際作用前角=設(shè)計(jì)前角+前角變化量 Y = Υ0+Δ Y 其中，Y為實(shí)際作用前角，Y O為設(shè)計(jì)前角，Δ Y為前角變化量；
所述的 Λ Y = arcos((Vc2+V02-f2)/(2Vc2V02)) 其中，V。為切削的線速度，f為切削的進(jìn)給速度，V。為V。與f的合成進(jìn)給速度；且
Vc = Ji XdXn
V02 = f2+Vc2-2fV0Cos ( a i)
Cos (O1) = (r_ae) /r 其中，r為刀具半徑，d為刀具直徑，η為刀具的轉(zhuǎn)速，ae徑向切削厚度； ②實(shí)際作用后角=設(shè)計(jì)后角-后角變化量 α = α 0+ Δ α其中，Ct為實(shí)際作用后角，α O為設(shè)計(jì)(或靜態(tài))后角，Δ α為后角變化量,而且，Δ α=A Y ； ③單齒切削厚度 對(duì)于平面加工，單齒切削厚度t為: 單齒切削厚度=進(jìn)給速度+轉(zhuǎn)速+刀具齒數(shù)XCos(實(shí)際作用前角)
t = f + n + zXCos(A Y) 其中，z為刀具的齒數(shù)； 對(duì)于曲面加工，單齒切削厚度t為:
t = f + n + z X Sin (ω)
ω = arcos [ (r2+ Δ r2-(R-ae)2) + (2X ArXr)] 其中，R為曲面曲率半徑，ΛI(xiàn)為曲面曲率半徑與刀具半徑之差的絕對(duì)值； ④最大作用前角:最大作用前角就是當(dāng)徑向切削厚度等于刀具半徑時(shí)的實(shí)際作用前角； ⑤最小作用后角:最大作用后角就是當(dāng)徑向切削厚度等于刀具半徑時(shí)的實(shí)際作用后角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種參數(shù)化數(shù)控立銑刀實(shí)際作用切削角度的計(jì)算方法，其特征在于:所述的參數(shù)模擬是依據(jù)輸入刀具、切削加工參數(shù)以及計(jì)算出的動(dòng)態(tài)參數(shù)與切屑厚度等實(shí)現(xiàn)切削狀態(tài)模擬。
【文檔編號(hào)】G05B19/4097GK104007704SQ201410264556
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】唐臣升, 翟南, 蘇萬(wàn)強(qiáng), 劉舒紅, 于江, 康秋, 李妍, 王玉嬌 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司