[发明专利]鼓锥形球头铣刀定制方法

说明书

本发明提供了一种鼓锥形球头铣刀定制方法，属于数控铣削加工技术领域。首先设计鼓锥形球头铣刀的相关几何关系，同时考虑加工效率的切削参数，得到相关的几何图；然后根据相关几何关系的限制和制约关系，建立数学模型；参数化定制时，首先根据已知参数，带入相关的数学模型，求解桶状侧刃半径范围和刀杆颈部直径范围；通过手动给定桶状侧刃半径范围和刀杆颈部直径范围内的参数，参数选取整数；得到剩下的参数值，在三维软件UG里建立鼓锥形球头铣刀的三维模型。本发明在保证加工表面质量的基础上，加工效率提升3倍以上，避免出现因换刀出现的接刀痕和换刀误差，便于工程人员系统化，参数化定制，非常简单、方便。

技术领域

本发明属于数控铣削加工曲面技术领域，涉及鼓锥形球头铣刀定制方法。本发明设计了新侧铣叶轮、叶盘等复杂曲面的刀具鼓锥形球头铣刀的定制方法。针对铣削加工中，已知实际加工中的部分切削参数(切削最大倾斜角a、球头半径r、切削残留高度h、理想切削走刀行距h)，可通过数学模型得到鼓锥形铣刀的全部参数的方法，发明了鼓锥形铣刀的定制方法。

背景技术

叶轮、整体叶盘叶片作为典型的复杂曲面，广泛应用于军事、航空航天、化工等领域，其数控加工品质直接影响其动力性能和机械效率。因此，高效高质量的加工出高品质的叶轮、整体叶盘成为国内外重点研究课题之一。除了部分直纹面的，大部分高性能叶轮、整体叶盘叶片是自由曲面，造型复杂，导致刀位计算和无干涉刀轴矢量的计算都有一定的难度。主要表现在:1、叶片曲面造型复杂，多由自由曲面组成，一般需要五轴联动数控机床加工。2、结构复杂，叶片扭曲度大，流道深，相邻叶片的间距较小，加工除了要考虑刀具与被加工叶片曲面之间可能发生的干涉以外，还必须考虑刀具与相邻叶片曲面发生干涉的情况。3、一般情况下，传统标准的刀具球头刀切削效率底下，不能够满足其要求。必须要足够的考虑实际切削加工中的最大切削倾斜角，切削走刀行距等，在保证表面质量的基础上，提高加工效率才能很好地适应当代切削加工的发展趋势。

传统加工曲面中，因为球头铣刀适应能力强，刀位规划简单而被广泛采用，但是球头刀的切削刃是单一曲率的，且曲率半径做不到很大，所以导致切削加工的走刀行距比较小，走刀路径比较长，切削效率低。随着现代生产对曲面的加工品质和加工效率的要求越来越高，传统的球头刀加工已远远不能满足加工要求。近年来采用具有非球头刀加工刀具开始受到重视。蔡永林，席光的《任意曲面叶轮五坐标数控加工刀具轨迹生成》提出了刀具轨迹的计算方法，表明在同等加工条件下，利用鼓锥形刀侧铣加工比用球头刀加工叶轮、叶盘等复杂曲面的效率有显著提高。与球头刀具相比，鼓形刀具的曲率可以很大，还可设计成变曲率轮廓，更适合于加工复杂曲面。这样，对于同样的残留高度即相同的切削表面质量，可增大加工行距，使总的刀具轨迹长度变短，从而可以提高工件的数控加工效率，但是传统鼓形刀由于其外形结构导致的侧刃利用率低，自身结构刚性差，同时加工叶轮整体叶盘等复杂曲面的清根时由于换刀而导致的接刀痕、换刀误差也严重制约了鼓形刀在加工这些复杂曲面的应用。而锥形刀由于刀具侧刃与刀轴夹角恒定，导致加工变斜角零件灵活性很小。同时为了提高刀具切削刃的利用率，考虑到小半径的球头刀能进行清根的优点，我们结合几种刀具的优势，设计了该刀具。

在叶盘加工中，几何参数确定的原则是：能够保证鼓锥形球头刀和被加工曲面根部相接触的同时，存在一个最大倾斜角度a使得鼓锥形刀和被加工对象不发生局部干涉。针对清根加工时的倒角，给定球头半径r。为了保证表面质量，确定理论的切削残留高度h。同时考虑提高切削效率，给定理想切削行距s。

在严苛的加工要求中，标准的数控铣削刀具并不能满足所有的情况，例如，在加工叶轮的过程中，普通的刀具进行加工会出现干涉的问题，所以，需要进行定制鼓锥形铣刀。现在的情况是，每次定制鼓锥形铣刀，人们都是根据自己的需求，单独定制，自己有自己的定制标准，而针对不同的切削条件要求，并不存在统一的，系统化的定制方法。我们就是针对这种情况下，对数控铣削刀具进行系统化，参数化的刀具定制。实现了系统化，快捷化，参数化定制。

发明内容