一种钻尖S型容屑槽磨削轨迹计算方法技术

本发明专利技术公开了一种钻尖S型容屑槽磨削轨迹计算方法，首先，定义了容屑槽的结构参数；其次，定义了容屑槽的坐标系、磨削工艺参数以及砂轮初始姿态，建立了容屑槽的参数化数学模型；在此基础上，采用坐标变换矩阵描述砂轮运动方式，借助于运动学原理推导了基于工件坐标系的砂轮磨削位置和姿态的计算方法。本发明专利技术满足数控磨削钻尖S型容屑槽的工艺要求。足数控磨削钻尖S型容屑槽的工艺要求。足数控磨削钻尖S型容屑槽的工艺要求。

【技术实现步骤摘要】
一种钻尖S型容屑槽磨削轨迹计算方法


[0001]本专利技术属于钻头结构设计及数控磨削工艺
，尤其涉及一种钻尖S型容屑槽磨削轨迹计算方法。

技术介绍

[0002]随着制造业的转型升级,制造业对钻削刀具的性能提出了更多的要求。钻尖容屑槽不仅直接影响钻头的排屑能力，还影响钻削过程中钻削力的大小、钻头刚度、钻头寿命等。为了适应钻削刀具定制化生产的精细化、定制化设计技术变革，不得不对钻尖容屑槽的设计参数有所增加，因此容屑槽是钻头结构设计的关键。针对不同钻削工况，钻尖容屑槽存在多种结构形式，本文所设计的钻尖S型容屑槽是一种新型的钻头端齿结构，包括五个部分(即第一前刀面、钻尖倒圆、第二前刀面、槽底圆弧曲面、第二后刀面)。其中前刀面与后刀面形成主切削刃，完成材料的切除；槽底圆弧曲面完成切屑的卷屑和排屑；第二后刀面可以减小钻头端齿摩擦并增强断屑能力。
[0003]很多学者已经进行了许多研究工作，例如钟峻青等[1]研究了等螺旋角锥形立铣刀容屑槽的槽形特点及其形成方法；彭中伟[2]建立槽铣刀容屑槽几何参数与切削参数之间的数学模型，明确了容屑槽几何参数同加工参数的关系，为容屑槽的设计奠定了基础；贾志翔[3]基于Helitronic Tool Studio软件,详细说明了容屑槽尺寸参数的设计；周焱强等[4]通过对圆锥面后刀面曲线刃麻花钻的结构进行分析，建立了其容屑槽的数学模型；何枫、翟小安[5]论述了容屑槽的磨削加工要领和注意事项；汪敏[6]对国内同类产品的容屑槽进行了改进,提出了带偏心距的容屑槽；李国超等[7]提出基于已有双斜面型(DOB型)砂轮库或基于DOB型砂轮尺寸和位姿组合优化的容屑槽刃磨成形工艺设计方法；程雪峰[8]建立了球头容屑槽的数学模型并进行了加工验证；李国超[9]构建了基于刃磨过程的容屑槽形状预测算法以及基于容屑槽设计模型的砂轮形状和姿态等刃磨工艺反求算法；游明琳[10]以砂轮磨削加工刀具的啮合运动为基础结合二值图像的处理方法，探索了一种方便快捷且准确求取整体立铣刀容屑槽端截形的方法。由上述研究结果可知，虽然容屑槽对刀具性能的作用和影响机理的研究已日趋完善，但是针对钻尖容屑槽数控磨削工艺方面的相关研究却较少，尚未见到相关文献和报告，制约了钻头的创新研发。
[0004]参考文献
[0005][1]钟峻青,杨华敏.等螺旋角锥形立铣刀容屑槽槽形的理论分析[J].南方冶金学院学报,1989(02):53
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62.
[0006][2]彭中伟.槽铣刀容屑槽参数优化及高速刀柄动平衡的研究[D].哈尔滨理工大学,2012.
[0007][3]贾志翔.基于Helitronic Tool Studio的合金立铣刀可视化设计[J].工具技术,2018,52(09):125
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127.
[0008][4]周焱强,曾滔.曲线刃麻花钻数学模型的研究[J].工具技术,2020,54(02):46
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[0009][5]何枫,翟小安.方型拉刀容屑槽的形状及其磨削[J].工具技术,2013,47(04):47
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[0011][7]李国超,周宏根,景旭文,田桂中,李磊.基于小生境粒子群算法的刀具容屑槽刃磨工艺设计[J].计算机集成制造系统,2019,25(07):1746
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1756.
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[0013][9]李国超.整体式立铣刀参数化设计与周齿刃磨成形过程建模[D].山东大学,2015.
[0014][10]游明琳.整体铣刀端截形像素求解法的探索[J].制造技术与机床,2020(05):149
‑
154.

技术实现思路

[0015]为了提高钻尖的数控磨削加工质量，本专利技术提供一种钻尖S型容屑槽磨削轨迹计算方法。
[0016]本专利技术的一种钻尖S型容屑槽磨削轨迹计算方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1：钻尖S型容屑槽结构参数定义
[0018]将钻尖S型容屑槽的S型容屑槽刃线分成五段刃线：第一前刀面刃、钻尖倒圆刃、第二前刀面刃、槽底圆弧刃、后刀面刃。
[0019]定义结构参数如下：
[0020]中心钻尖角χ：钻尖回转轮廓所形成的锥角；
[0021]旋转角度δ
A
：第二前刀面刃与坐标轴X正方向所成的夹角；
[0022]钻尖倒圆刃半径r1：第一前刀面与第二前刀面过渡部分圆弧的半径；
[0023]槽底圆弧刃半径r2：第二前刀面与后刀面过渡部分圆弧的半径；
[0024]钻尖倒圆刃展角δ
B
：钻尖倒圆刃的展开角度；
[0025]终止角度δ
C
：第二前刀面刃延长线与后刀面刃所成的夹角；
[0026]第二前刀面刃起点到钻尖中心的距离d
s
；
[0027]第二前刀面刃末点到钻尖中心的距离d
z
；
[0028]第二前刀面刃的横向位移d
d
：第二前刀面刃与钻尖中心的距离；
[0029]前角γ：第二前刀面与坐标平面XZ的夹角；
[0030]容屑槽角度α：容屑槽槽底圆弧曲面的切线与中心轴线所成夹角的余角。
[0031]步骤2：坐标系定义
[0032]工件坐标系O
w
‑
X
w
Y
w
Z
w
：
[0033]工件坐标系原点O
w
位于钻头底面圆心处，Z
w
方向为钻头的轴线方向，X
w
轴为钻头底面坐标系原点指向周齿螺旋槽刃线起点方向。
[0034]端齿坐标系O
d
‑
X
d
Y
d
Z
d
：
[0035]端齿坐标系原点O
d
为钻头端齿的底部端面圆心，坐标轴Z
d
与刀具轴线重合，其正方向指向钻尖，坐标轴X
d
与周齿螺旋刃线相交。
[0036]步骤3：坐标系变换
[0037]由端齿坐标系到工件坐标系的变换描述如下，端齿坐标系绕其坐标轴Z
d
旋转再轴向平移L
w
，即与工件坐标系重合，定义由端齿坐标系变换到工件坐标系的变换矩阵M
d
‑
w
表达为：
[0038][0039]步骤4：钻尖S型容屑槽刃线数学建模
[0040]根据钻尖S型容屑槽坐标系的定义可知容屑槽刃线位于端齿坐标平面X
d
Y
d
，则容屑槽刃线可分段表达为五本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻尖S型容屑槽磨削轨迹计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：钻尖S型容屑槽结构参数定义；将钻尖S型容屑槽的S型容屑槽刃线分成五段刃线：第一前刀面刃、钻尖倒圆刃、第二前刀面刃、槽底圆弧刃、后刀面刃；定义结构参数如下：中心钻尖角χ：钻尖回转轮廓所形成的锥角；旋转角度δ
A
：第二前刀面刃与坐标轴X正方向所成的夹角；钻尖倒圆刃半径r1：第一前刀面与第二前刀面过渡部分圆弧的半径；槽底圆弧刃半径r2：第二前刀面与后刀面过渡部分圆弧的半径；钻尖倒圆刃展角δ
B
：钻尖倒圆刃的展开角度；终止角度δ
C
：第二前刀面刃延长线与后刀面刃所成的夹角；第二前刀面刃起点到钻尖中心的距离d
s
；第二前刀面刃末点到钻尖中心的距离d
z
；第二前刀面刃的横向位移d
d
：第二前刀面刃与钻尖中心的距离；前角γ：第二前刀面与坐标平面XZ的夹角；容屑槽角度α：容屑槽槽底圆弧曲面的切线与中心轴线所成夹角的余角；步骤2：坐标系定义；工件坐标系O
w
‑
X
w
Y
w
Z
w
：工件坐标系原点O
w
位于钻头底面圆心处，Z
w
方向为钻头的轴线方向，X
w
轴为钻头底面坐标系原点指向周齿螺旋槽刃线起点方向；端齿坐标系O
d
‑
X
d
Y
d
Z
d
：端齿坐标系原点O
d
为钻头端齿的底部端面圆心，坐标轴Z
d
与刀具轴线重合，其正方向指向钻尖，坐标轴X
d
与周齿螺旋刃线相交；步骤3：坐标系变换；由端齿坐标系到工件坐标系的变换描述如下，端齿坐标系绕其坐标轴Z
d
旋转再轴向平移L
w
，即与工件坐标系重合，定义由端齿坐标系变换到工件坐标系的变换矩阵M
d
‑
w
表达为：步骤4：钻尖S型容屑槽刃线数学建模；根据钻尖S型容屑槽坐标系的定义可知容屑槽刃线位于端齿坐标平面X
d
Y
d
，则容屑槽刃线可分段表达为五个数学模型：(1)当d
z
、d
d
为0时，因为第二前刀面刃的终点位于坐标系原点，定义自变量t为X坐标值，其值从小到大排布，则：后刀面刃：在端齿坐标系下，后刀面刃线上任意点P
p
的坐标表达为：
式中t1为后刀面刃与槽底圆弧刃交点的X坐标值，其表达式为：t1＝
‑
r2(sinδ
A
+sin(δ
C
‑
δ
A
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)槽底圆弧刃：在端齿坐标系下，槽底圆弧刃线上任意点P
p
的坐标表达为：第二前刀面刃：在端齿坐标系下，第二前刀面刃线上任意点P
p
的坐标表达为：钻尖倒圆刃：在端齿坐标系下，钻尖倒圆刃线上任意点P
p
的坐标为可表达为：第一前刀面刃：在端齿坐标系下，第一前刀面刃线上任意点P
p
的坐标表达为：式中t3为第二前刀面刃与钻尖倒圆刃交点的X坐标值，其表达式为：t3＝(ds
‑
dz)cosδ
A
+r1(sinδ
A
‑
sin(δ
A
‑
δ
B
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
(2)当d
z
、d
d
不为0时...

【专利技术属性】
技术研发人员：江磊，丁国富，熊建军，张剑，马术文，丁国华，
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：