[发明专利]球头刀变刀轴方向控制刀具磨损的多轴加工方法

说明书

本发明公开了一种球头刀变刀轴方向控制刀具磨损的多轴加工方法，用于解决现有多轴加工方法刀具浪费严重的技术问题。技术方案是首先建立球头刀与工件接触区域和刀轴方向之间的关系；再根据刀具磨损速率确定每一个刀具倾角对应的切削刃的寿命，计算每把刀所能加工曲面的最长轨迹；最后通过所得到的切削刃寿命，计算实际加工中刀轴方向变化点，并计算一把刀具可以加工曲面的数量。本发明通过改变刀轴方向，充分利用球头刀的各部分刀刃区域进行加工，减少了球头刀因局部磨损而造成的失效，从而提高了刀具的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种多轴加工方法，特别是涉及一种球头刀变刀轴方向控制刀具磨损的多轴加工方法。

背景技术

钛合金，镍基高温合金等材料具有较好耐高温、耐腐蚀性能以及优异的机械性能，因此被广泛的运用于航空航天零件中。但是这类材料的机械加工性能较差，属于典型的难加工材料，在切削该类材料时，刀具磨损速度较快。在某些情况下，刀具的使用寿命只有数十分钟。刀具的磨损不仅会影响工件的几何精度，而且会造成工件(如叶片，机匣)关键部位的表面质量缺陷，而这些关键部位的精度和表面质量缺陷对提高工件的气动性能和使用寿命具有巨大的作用。因此，刀具磨损过快是大量使用难加工材料的航天航空工业中的重大挑战。

为此，研究者们对刀具磨损投入了大量的时间和精力。以往研究的主要关注点为切削参数的优化和刀具磨损的监测。针对刀具的磨损，现有的常用方法有：优化切削参数，进行冷却和润滑处理，使用刀具涂层等。E.G.Ng等人在The Effect of CuttingEnvironments When High Speed Ball Nose End Milling Inconel 718,in:Intermetallics and Superalloys,Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,2000,pp.71-76.提到，当加工钛镍合金718时，当进给速度为90m/min，在高压冷却液的条件下(70帕，26L/min)，刀具的使用寿命相比于其他切削参数可以提升到123％。H.R.Krain等人在Optimisation of tool life and productivity when end milling Inconel 718TM,Journal of Materials Processing Technology,189(2007)153-161.中指出，增大浸深比将导致刀具寿命的降低。

在刀具寿命的研究中，通过优化刀具与工件的接触区域来增加刀具使用寿命的方式研究较少。在多轴加工过程中，固定刀轴方向以产生固定的刀具与工件接触区域，这有利于刀具轨迹的规划，但是这种方法使得整个刀刃只有固定的一小部分参与切削，因此只有刀刃的部分区域出现磨损现象，刀刃上没有参与切削的大部分区域依然保持完整，这样就造成了刀具严重的浪费。

发明内容

为了克服现有多轴加工方法刀具浪费严重的不足，本发明提供一种球头刀变刀轴方向控制刀具磨损的多轴加工方法。该方法首先建立球头刀与工件接触区域和刀轴方向之间的关系；再根据刀具磨损速率确定每一个刀具倾角对应的切削刃的寿命，计算每把刀所能加工曲面的最长轨迹；最后通过所得到的切削刃寿命，计算实际加工中刀轴方向变化点，并计算一把刀具可以加工曲面的数量。本发明通过改变刀轴方向，充分利用球头刀的各部分刀刃区域进行加工，减少了球头刀因局部磨损而造成的失效，从而提高了刀具的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种球头刀变刀轴方向控制刀具磨损的多轴加工方法，其特点是包括以下步骤：

第一步、建立球头刀与工件接触区域和刀轴方向之间的关系，确定给定切削深度和刀轴方向下，球头刀参与切削的切削刃长度。

第二步、根据刀具磨损速率确定每一个刀具倾角对应的切削刃的寿命，计算每把刀所能加工曲面的最长轨迹；对于球头刀球头部分的刀刃，在相同的主轴转速下，切削刃不同区域的切削速度不同，即刀尖处切削速度为零，沿刀刃方向逐步增大，到圆柱刀刃处达到最大，切削速度V_g表达为：