基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，属于立铣刀技术领域，解决现有技术中圆弧头立铣刀上具有偏离中心和内倾特性的底齿刀刃设计问题，以及球头立铣刀上具有偏离中心特性的底齿刀刃设计问题。本发明专利技术构建非正交螺旋面；在构建了非正交螺旋面上，构建与非正交螺旋面相交的圆弧曲面；给定内倾角和齿偏中心距，根据非正交螺旋面与圆弧曲面相交，构建圆弧刀体S形刀刃曲线；在圆弧刀体S形刀刃曲线上构建立铣刀的直线刀刃曲线，得到通用于圆弧头端齿立铣刀和球头立铣刀的直线刀刃曲线和圆弧刀体S形刀刃曲线的设计模型。本发明专利技术用于生成通用于圆弧头端齿立铣刀和球头立铣刀的圆弧刀体S形刀刃曲线设计模型。

【技术实现步骤摘要】
基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法
一种基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，用于生成通用于圆弧头端齿立铣刀和球头立铣刀的圆弧刀体S形刀刃曲线设计模型，属于立铣刀

技术介绍
当立铣刀底齿刀刃曲线参与切削时，底齿刀刃曲线的刀刃强度较差，若将底齿刀刃偏离中心一定距离，则能增强刀刃强度；而当立铣刀底齿刀刃曲线不参与切削时，如铣削型腔圆角时，仅需要圆弧刀体S形刀刃参与切削，而不需要直线刀刃曲线参与切削，此时若直线刀刃曲线不具有一定内倾角会增大底齿刀刃曲线中的直线刀刃曲线与型腔面的切触。目前圆弧头刀体上主要采用等螺旋角刀刃曲线、等导程刀刃曲线，由于等螺旋角刀刃曲线和等导程刀刃曲线本身的特性，无法在底齿上构建满足齿偏要求和内倾角要求的直线刀刃曲线球头刀体上，有研究针对圆弧头刀体给出了一种考虑直线刀刃曲线偏中心及内倾特性的平面刀刃曲线构建方法，但构建的平面刀刃曲线与圆弧刀体S形刀刃曲线相比并不具有较好的刃形。球头刀体上主要采用平面刃线和正交S形刀刃曲线，但设计中均未考虑齿偏中心的问题，球头刀体S形刀刃曲线是基于正交螺旋面与球面相交构建而成，该方法所构建的刀刃曲线直无法在球顶处偏离中心，且该方法无法适用于圆弧刀体。
技术实现思路
本专利技术针对上述不足之处提供了一种基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，解决现有技术中圆弧头立铣刀和球头立铣刀上的底齿刀刃曲线不具有齿偏中心量和内倾角，造成立铣刀底齿刀刃曲线参与切削时，立铣刀刀刃的强度较差，当立铣刀底齿不参与切削时，增加了底齿刀刃曲线中的直线刀刃曲线与型腔面的切触的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，其特征在于，如下步骤：(1)构建非正交螺旋面；(2)在构建了非正交螺旋面的基础上，构建与非正交螺旋面相交的圆弧曲面；(3)给定内倾角和齿偏中心距，再根据非正交螺旋面与圆弧曲面相交，构建圆弧刀体S形刀刃曲线；(4)在圆弧刀体S形刀刃曲线上构建立铣刀的直线刀刃曲线，得到通用于圆弧头端齿立铣刀和球头立铣刀的直线刀刃曲线和圆弧刀体S形刀刃曲线的设计模型，其中直线刀刃曲线为圆弧刀体S形刀刃曲线的最末点的切线。进一步，所述步骤(1)的具体步骤如下：(11)构建偏心圆柱、螺旋线，并将螺旋线作为引导线；(12)过螺旋线上的点作与偏心圆柱面相切且平行于坐标平面XOY的偏心直母线；(13)得到过所有偏心直母线的曲面，即为非正交螺旋面。进一步，所述步骤(2)中圆弧曲面的回转中心轴线为偏心圆柱的中心轴线，构建圆弧曲面的公式如下：其中，R为圆弧曲面的圆心至偏心圆柱的圆心的圆心距，r为圆弧曲面的半径，θ0为控制回转刀体的开始位置的纬度角，θe为控制回转刀体的终点位置的纬度角，为圆弧曲面上任一点处相对初始位置的回转角度，θ为纬度角，x、y、z为由和θ确定的在空间中的坐标值，表示空间中的曲面或曲线方程；当R≠0时，构建成回环回转刀体，当R＝0时，则构建成球面回转刀体。进一步，所述步骤(11)中构建螺旋线的公式如下：其中，R为圆弧曲面的圆心至偏心圆柱的圆心的圆心距，r为圆弧曲面的半径，为回转角度，β∈为螺旋线的螺旋角，为螺旋线的回转角度。进一步，所述步骤(3)中构建的圆弧刀体S形刀刃曲线的公式如下：构建的圆弧刀体S形刀刃曲线的单位切矢量为：式中，其中，为圆弧刀体S形刀刃曲线的回转角度，θ为圆弧曲面任一纬度角，rh为偏心圆柱半径，h为齿偏中心距，即直线刀刃曲线偏离刀体中心的距离。进一步，所述步骤(3)中的圆弧刀体S形刀刃曲线应满足如下条件：(31)圆弧刀体S形刀刃曲线在起始点位置满足给定条件：给定圆弧刀体S形刀刃曲线起始点处纬度角为κ，即θ0＝κ，且圆弧刀体S形刀刃曲线起始回转角度为给定值令即：得到：将上式代入式：得到：(32)圆弧刀体S形刀刃曲线起始点处的螺旋角满足给定值β：根据螺旋角的定义，圆弧刀体S形刀刃曲线的螺旋角为圆弧曲面母线与圆弧刀体S形刀刃曲线切线的夹角，圆弧刀体S形刀刃曲线起点处圆弧面母线的切线矢量为：圆弧刀体S形刀刃曲线起点处切矢量为：则圆弧刀体S形刀刃曲线起始点处螺旋角为：由上式可得到螺旋线的螺旋角的表达式为：(33)直线刀刃曲线位于圆弧刀体S形刀刃曲线末点切线上，具有齿偏中心距h及内倾角η：根据直线刀刃曲线的定义，直线刀刃曲线为过圆弧刀体S形刀刃曲线末点的直线段，且直线刀刃曲线的方向矢量为圆弧刀体S形刀刃曲线末点处的切矢量，根据解析几何知识得到直线刀刃曲线方向矢量为：式中：而根据Fr的式子得到圆弧刀体S形刀刃曲线切矢量为：由Fh＝Fr1得到求解方程组：根据步骤(31)、步骤(32)和上述得到的公式求解θe和rh的非线性方程为：将求解得到的rh代入步骤(31)、步骤(32)得到的式中，即可得到螺旋线的螺旋角及圆弧刀体S形刀刃曲线的模型。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：一、本专利技术首先给出了一种非正交螺旋面构建方法，并基于此建立了通用于圆弧头端齿立铣刀和球头立铣刀的圆弧刀体刀刃曲线设计模型，且在圆弧刀体S形刀刃曲线的设计中加入了齿偏中心距、内倾角等约束条件，使所设计的刀刃曲线，解决了传统设计中无法设计具有齿偏中心距和内倾角刀刃的问题，即圆弧头立铣刀和球头立铣刀上的圆弧刀体刀刃曲线具有齿偏中心量和内倾角，立铣刀底齿刀刃曲线参与切削时，加强了立铣刀刀刃的强度，当立铣刀底齿不参与切削时，减少了底齿刀刃曲线中的直线刀刃曲线与型腔面的切触；二、圆弧刀体刀刃曲线设计方法适用于常规无齿偏中心距、无内倾角等特殊结构的刀刃曲线设计，具有较好的适用性。附图说明图1为本专利技术中非正交螺旋面形成的示意图；图2为本专利技术中圆弧刀体刀刃曲线的特殊特性示意图；图3为本专利技术中基于非正交螺旋面的圆弧刀体刀刃曲线的示意图；图4为本专利技术中螺旋线回转角度与圆弧刀体S形刀刃曲线回转角度的示意图；图5为本专利技术实施例1中圆弧头立铣刀的结构示意图；图6为本专利技术实施例2中球头立铣刀的结构示意图；图中：1为偏心圆柱，2为螺旋线，3为偏心直母线，4为圆弧刀体S形刀刃曲线，5为直线刀刃曲线，6为圆弧曲面母线，7为圆弧曲面。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术给出了一种非正交螺旋面构建方法，基于非正交螺旋面构建一套立铣刀圆弧刀体刀刃曲线设计方法，解决了圆弧头立铣刀上具有偏离中心和内倾特性的底齿刀刃曲线设计问题，以及球头立铣刀上具有偏离中心特性的底齿刀刃曲线设计问题。具体实施如下：一种基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，步骤如下：(1)构建非正交螺旋面；(2)在构建了非正交螺旋面的基础上，构建与非正交螺旋面相交的圆弧曲面；(3)给定内倾角和齿偏中心距，再根据非正交螺旋面与圆弧曲面相交，构建圆弧刀体S形刀刃曲线；(4)在圆弧刀体S形刀刃曲线上构建立铣刀的直线刀刃曲线，得到通用于圆弧头端齿立铣刀和球头立铣刀的直线刀刃曲线和圆弧刀体S形刀刃曲线的设计模型，其中直线刀刃曲线为圆弧刀体S形刀刃曲线的最末点的切线。非正交螺旋面形成原理：如图1所示，1为偏心圆柱，偏心圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，其特征在于，如下步骤：(1)构建非正交螺旋面；(2)在构建了非正交螺旋面的基础上，构建与非正交螺旋面相交的圆弧曲面；(3)给定内倾角和齿偏中心距，再根据非正交螺旋面与圆弧曲面相交，构建圆弧刀体S形刀刃曲线；(4)在圆弧刀体S形刀刃曲线上构建立铣刀的直线刀刃曲线，得到通用于圆弧头端齿立铣刀和球头立铣刀的直线刀刃曲线和圆弧刀体S形刀刃曲线的设计模型，其中直线刀刃曲线为圆弧刀体S形刀刃曲线的最末点的切线。

【技术特征摘要】
1.一种基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，其特征在于，如下步骤：(1)构建非正交螺旋面；(2)在构建了非正交螺旋面的基础上，构建与非正交螺旋面相交的圆弧曲面；(3)给定内倾角和齿偏中心距，再根据非正交螺旋面与圆弧曲面相交，构建圆弧刀体S形刀刃曲线；(4)在圆弧刀体S形刀刃曲线上构建立铣刀的直线刀刃曲线，得到通用于圆弧头端齿立铣刀和球头立铣刀的直线刀刃曲线和圆弧刀体S形刀刃曲线的设计模型，其中直线刀刃曲线为圆弧刀体S形刀刃曲线的最末点的切线。2.根据权利要求1所述的基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体步骤如下：(11)构建偏心圆柱、螺旋线，并将螺旋线作为引导线；(12)过螺旋线上的点作与偏心圆柱面相切且平行于坐标平面XOY的偏心直母线；(13)得到过所有偏心直母线的曲面，即为非正交螺旋面。3.根据权利要求2所述的基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，其特征在于，所述步骤(2)中圆弧曲面的回转中心轴线为偏心圆柱的中心轴线，构建圆弧曲面的公式如下：其中，R为圆弧曲面的圆心至偏心圆柱的圆心的圆心距，r为圆弧曲面的半径，θ0为控制回转刀体的开始位置的纬度角，θe为控制回转刀体的终点位置的纬度角，为圆弧曲面上任一点处相对初始位置的回转角度，θ为纬度角，x、y、z为由和θ确定的在空间中的坐标值，表示空间中的曲面或曲线方程；当R≠0时，构建成回环回转刀体，当R＝0时，则构建成球面回转刀体。4.根据权利要求3所述的基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，其特征在于，所述步骤(11)中构建螺旋线的公式如下：其中，R为圆弧曲面的圆心至偏心圆柱的圆心的圆心距，r为圆弧曲面的半径，为回转角度，β∈为螺旋线的螺旋角，为螺旋线的回转角度。5.根据权利要求4所述的基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，其特征在于，所述步骤(3)中构建的圆弧刀体S形刀刃曲线的公式如下：构建的圆弧刀体S形刀刃曲线的单位切矢量为：式中，其中，为圆弧刀体S形刀刃曲线的回转角度，θ为圆弧曲面任一纬度角，rh为偏心圆柱半径，h为齿偏中心距，即直线刀刃曲线偏离刀体中心的距离。6.根据权利要求5所述的基于非正交螺旋面生成立铣刀圆弧刀体刀刃曲线的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁国华，程雪锋，
申请(专利权)人：成都天佑创软科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51