高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法技术

本发明专利技术涉及高速数控鞋楦加工领域，具体涉及一种高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法，该方法包括以下步骤：(1)将准圆环铣刀的铣刀刀片绕刀具径向旋转一定角度，此时的刀具母线是由刀片偏心和旋转叠加形成，近似于标准圆；(2)推导出倾斜刃圆环铣刀的母线方程；(3)得到倾斜刃圆环铣刀的母线与拟合出的标准圆之间的误差；(4)优化得出一组误差最小时的旋转轴位置和旋转角度。本发明专利技术对准圆环铣刀提出通过旋转刀片降低误差、提高加工精度，根据实例计算误差降低了64.33％。根据实例计算误差降低了64.33％。根据实例计算误差降低了64.33％。

High speed NC shoe last processing inclined edge ring milling cutter and its optimization design method

【技术实现步骤摘要】
高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法


[0001]本专利技术涉及高速数控鞋楦加工领域，具体涉及一种高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法。

技术介绍

[0002]目前，数控机床机械加工使用的刀具主要有球头刀、平底刀、圆环刀、圆锥刀、鼓形刀和圆柱刀等。圆环铣刀容易实现高的加工线速度，加工效率远远高于其他刀具，广泛应用于鞋楦模具的加工。
[0003]现有加工鞋楦的圆环铣刀为准圆环铣刀，由刀体和刀片组成，刀片为圆锥体，大端为刀刃。由于受刀具结构限制，同时要考虑其磨损，所以铣刀刀刃所在平面未过刀具回转轴线。如图1、图2所示，刀刃所在平面与刀具回转轴线存在距离h，此时所形成的刀具母线为椭圆。而利用现有准圆环铣刀在编制鞋楦数控加工程序时，若按照刀具母线为椭圆进行编程则计算量大、编程复杂，一般仍然将其视为标准圆环铣刀编程，导致存在误差，因此称这种铣刀为准圆环铣刀。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀的优化设计方法，以降低现有的准圆环铣刀由于铣刀刀刃所在平面安装未过刀具回转轴线导致的加工误差。
[0005]本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀的设计方法，基于准圆环铣刀进行优化，所述准圆环铣刀包括铣刀刀片和刀体；所述铣刀刀片刃所在平面未过刀具几何中心，所述铣刀刀片逆时针偏置h；其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0006]S1：将准圆环铣刀的铣刀刀片绕刀具径向旋转一定角度；
[0007]S2：推导出倾斜刃圆环铣刀的母线方程和刀刃包络面母线方程；
[0008]S3：得到倾斜刃圆环铣刀的母线与拟合出的标准圆之间的误差；
[0009]S4：优化得出一组误差最小时的旋转轴位置和旋转角度。
[0010]进一步地，上述步骤S1具体包括：
[0011]将准圆环铣刀的铣刀刀片绕刀具径向旋转一定角度θ，建立铣刀刀片的刀刃包络面的三维模型，设圆环铣刀简化模型的铣刀刀片旋转一周的中心O
t
为坐标原点，以左手法则建立坐标系O
t
‑
X
t
Y
t
Z
t
，其中铣刀刀片中心点到O
t
的距离为R，R是铣刀刀片中心所在的圆的半径；X
t
O
t
Y
t
平面与铣刀刀片中心相交于O1点，再以O1为坐标原点建立局部坐标系O1‑
X1Y1Z1，其坐标轴方向与O
t
‑
X
t
Y
t
Z
t
方向一致；设标准圆环铣刀的铣刀刀片的刀具母线Γ初始位置在X1O1Y1平面上，其中心为坐标原点O1，半径r，q为刀具母线Γ上的任意一点；在坐标系O1‑
X1Y1Z1中，标准圆环铣刀的截面圆方程为：r
q
＝[rcosγ
ꢀ‑
rsinγ 0]T
，其中γ为刀具母线上的点q与O1的连线O1q与X1轴的夹角。
[0012]优选的是：所述步骤S2具体包括：
[0013]计算出旋转θ后的刀具母线方程：
[0014][0015]此时的刀具母线并非为实际加工时的刀刃包络面母线，β为铣刀刀刃所在平面与轴线存在的偏移距离h转换为刀刃平面与轴线的旋转夹角，推导出倾斜刃圆环铣刀的刀刃包络面母线方程为：
[0016][0017]其中，ω＝arctan(
‑
D3/D1)。
[0018]优选的是：所述步骤S3具体包括：
[0019]利用最小二乘法对实际刀刃包络面方程进行数据拟合，得到标准圆的圆心以及半径。每个离散数据点与对应标准圆上的点之间的距离累计之和除以数据点的个数定义为圆环铣刀的误差，得出误差T计算的公式：
[0020][0021]其中
[0022]优选的是：所述步骤S4具体包括：
[0023]根据遗传算法步骤，设置种群规模为20个，染色体个数为3个，进化次数200次，交叉概率设置为0.6，变异概率设置为0.01。对其进行优化，经过200次迭代，优化算法达到收敛，此时误差T最小，得到轴的方向和旋转角度的最优解为：a1＝
‑
8.2409,a2＝
‑
7.2455,c2＝0.0960,θ＝0.1229。
[0024]另外，基于上述的高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀的设计方法，本专利技术还提出一种高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀，其特殊之处在于：
[0025]包括刀体和若干个刀片，所述若干个刀片圆周分布在刀体上；
[0026]所述刀片为圆台结构，其圆台结构的下底面为刀刃；
[0027]所述圆台结构的下底面与刀体(1)上优化的轴线之间存在夹角，夹角为7.0417
°
[0028]进一步地，上述刀片的上底面与刀体固定。
[0029]进一步地，上述所述刀片的上底面与刀体通过螺钉固定。
[0030]进一步地，上述刀片的上底面与刀体通过螺钉固定。
[0031]进一步地，上述刀体的外侧上设有固定座，刀片的上底面通过螺钉固定固定座上。
[0032]进一步地，上述刀片的数量为三个。
[0033]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：通过本专利技术一种高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀的优化设计方法，将现有准圆环铣刀的铣刀刀片增加一个绕刀具径向的旋转角，使得其与刀片刃未过刀具回转轴线所产生的误差相抵消，达到了降低误差、提高加工精度的效果，这一改进设计巧妙，结构简单，具有较为广阔的市场前景，可广泛应用于高速数
控鞋楦加工，提高企业效益，便于推广。
附图说明
[0034]图1为现有准圆环铣刀的侧视图；
[0035]图2为现有准圆环铣刀的正视图；
[0036]图3为本专利技术的侧视图；
[0037]图4为铣刀刀片的刀刃包络面的三维模型；
[0038]图5为偏转距离h与旋转角度的关系；
[0039]图6为适应度曲线；
[0040]图7为旋转轴的位置；
[0041]图8为本专利技术的立体图。
[0042]图中：1为刀片，2为刀体，3为固定座。
具体实施方式
[0043]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。
[0044]高速数控鞋楦加工中采用的准圆环铣刀的刀刃平面不过刀具回转轴线，刀具母线为椭圆，而编程时按照标准圆计算，导致存在加工误差。如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀优化设计方法，基于准圆环铣刀进行优化，所述准圆环铣刀包括铣刀刀片和刀体；所述铣刀刀片刃所在平面未过刀具几何中心，所述铣刀刀片逆时针偏置h；其特征在于，包括以下步骤：S1：将准圆环铣刀的铣刀刀片绕刀具径向旋转一定角度，建立铣刀刀片的刀刃包络面的三维模型；S2：推导出倾斜刃圆环铣刀的母线方程和刀刃包络面母线方程；S3：得到倾斜刃圆环铣刀的母线与拟合出的标准圆之间的误差；S4：优化得出一组误差最小时的旋转轴位置和旋转角度。2.根据权利要求1所述的高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：将准圆环铣刀的铣刀刀片绕刀具径向旋转一定角度θ，建立铣刀刀片的刀刃包络面的三维模型，设圆环铣刀简化模型的铣刀刀片旋转一周的中心O
t
为坐标原点，以左手法则建立坐标系O
t
‑
X
t
Y
t
Z
t
，其中铣刀刀片中心点到O
t
的距离为R，R是铣刀刀片中心所在的圆的半径；X
t
O
t
Y
t
平面与铣刀刀片中心相交于O1点，再以O1为坐标原点建立局部坐标系O1‑
X1Y1Z1，其坐标轴方向与O
t
‑
X
t
Y
t
Z
t
方向一致；设标准圆环铣刀的铣刀刀片的刀具母线Γ初始位置在X1O1Y1平面上，其中心为坐标原点O1，半径r，q为刀具母线Γ上的任意一点；在坐标系O1‑
X1Y1Z1中，标准圆环铣刀的截面圆方程为：r
q
＝[rcosγ
ꢀ‑
rsinγ 0]
T
，其中γ为刀具母线上的点q与O1的连线O1q与X1轴的夹角。3.根据权利要求2所述的高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，计算出旋转θ后的刀具母线方程为：此时的刀具母线并非为实际加工时...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡永林，朱灿，赵明波，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：