[发明专利]一种复杂型线铣刀快速设计与性能优化方法

说明书

本方案属于硬质合金铣刀设计及制造技术领域，具体涉及一种复杂型线铣刀快速设计与性能优化方法，包括:步骤一：采用离散化方法将复杂型线铣刀切削刃沿轴向等间距离散为无限个切削刃微元，步骤二：在保证刃口安全的前提下，确定其最佳的前角、后角、刃口半径以及匹配的切削速度和单齿进给量；步骤三：固定切削速度和单齿进给量，根据切削刃各点切削状态或工况的严酷程度逐次优化设计其他微元刀具模型；步骤四：根据可制造性原则，对每个微元刀具模型组合叠加进行约束，实现复杂型线铣刀的优化设计。本方案采用“切削状态均衡设计方法”，将型线铣刀沿轴向离散为微元刀具单元，让切削状态最恶劣的刃口位置获得最佳的承载能力，保证刃口的安全性。

技术领域

本方案属于硬质合金铣刀设计及制造技术领域，具体涉及一种复杂型线铣刀快速设计与性能优化方法。

背景技术

目前，传统的刀具设计流程是：刀具材料优选、刀具几何设计、刀具制造、涂层优选、切削试验及刀具优化，最后形成实际的刀具产品。刀具各项性能参数皆在后期通过大量切削试验来验证，这是一个复杂而漫长的过程。一旦试验结果不理想，除了付出设计和时间成本外，相关的前期流程便需要重新设计，如此反复直至定型。发现问题越晚，重新设计所承担的成本就越高。这种刀具设计方法效率低、周期长、生产和试验成本高，有时还会出现设计方案的较大反复，造成巨大浪费，满足不了快速、精确、可靠地研制高性能刀具的需求，迫切需要先进的刀具设计方法来指导，加快刀具开发速度。

专利号为202210166479.0的专利公开一种非标复杂槽型铣刀及其断屑槽的加工方法，该铣刀的刃口型线是枞树型，具有3或4齿，铣刀的前角为0°、螺旋角为100～15°，在铣刀每一齿刃背上均有一条与刃口型线轨迹一致的断屑槽，这些断屑槽型线呈波纹状，各齿的断屑槽按铣刀螺旋方向次第交错波长/齿数；所述断屑槽型线满足如下关系：R＞r；且r＝(L/2×L/2+h×h为2×R×h)/(2×h)，式中：L为波距，h为波深，r为上半波圆弧半径；R为下半波圆弧半径。断屑槽的加工方法是用AutoCAD绘图工具软件绘制出铣刀断屑槽型线，将其导入数控机床控制系统的num软件，自动生成断屑槽的加工程序，由机床自动加工出铣刀断屑槽。但是，并没有对如何设计出高性能的铣刀给出启示。

因此，如何预测、评估新开发刀具的性能是刀具工程师最关注的课题，而基于可靠性原则快速获得刀具几何参数和刀具材料性能指标是刀具设计优先解决的关键问题。

发明内容

本方案的目的在于提供一种复杂型线铣刀设计快速设计与性能优化方法，以设计出高性能的复杂型线铣刀。

为了达到上述目的，本方案提供一种复杂型线铣刀设计快速设计与性能优化方法，包括以下步骤:

步骤一：采用离散化方法将复杂型线铣刀切削刃沿轴向等间距离散为无限个切削刃微元，把每个微元切削刃简化为直线刃，复杂型线铣刀可以看作为无限个简单的微元斜角切削模型的组合叠加；

步骤二：在保证刃口安全的前提下，根据刀具耐用公式分析计算微元切削力、切削温度、刃口应力，确定其最佳的前角、后角、刃口半径以及匹配的切削速度和单齿进给量；所述刀具耐用公式为：

式中，C_T为系数，与除切削用量之外的切削条件诸因素有关。分别为v、f和a_p对刀具耐用度T的影响指数，且

步骤三：固定切削速度和单齿进给量，根据切削刃各点切削状态或工况的严酷程度逐次优化设计其他微元刀具模型；

步骤四：根据可制造性原则，对每个微元刀具模型组合叠加进行约束，考虑设计、制造成本与性能的综合平衡，实现复杂型线铣刀的优化设计

本方案的原理在于和有益效果在于：采用“切削状态均衡设计方法”，将型线铣刀沿轴向离散为微元刀具单元，以刀具材料安全极限应力为边界条件，匹配各点的切削参数、金属去除量和切削行程，定制式的优化设计各点几何参数，让切削状态最恶劣的刃口位置获得最佳的承载能力，保证刃口的安全性。