一种整体圆弧头立铣刀后刀面磨削轨迹自适应调整方法技术

本发明专利技术公开了一种整体圆弧头立铣刀后刀面磨削轨迹自适应调整方法，具体为：首先，基于结构特征分解构建了圆弧头立铣刀周刃、端刃的刃线方程，并通过刃线均匀偏置密化建立了第二后刀面参数化模型；然后，在建立砂轮姿态模型基础上，通过计算砂轮和立铣刀第一后刀面之间的磨削接触区域来判断磨削干涉情况；最后，通过迭代修正砂轮抬角、摆角的砂轮磨削轨迹自适应调整算法，避免磨削姿态突变和磨削干涉等问题，实现了后刀面的精确磨削。本发明专利技术可以有效避免磨削姿态突变和磨削干涉等问题，加工的后刀面表面光滑连续，质量较好，实现了后刀面的精确磨削。精确磨削。精确磨削。

【技术实现步骤摘要】
一种整体圆弧头立铣刀后刀面磨削轨迹自适应调整方法


[0001]本专利技术属于立铣刀结构设计
，尤其涉及一种整体圆弧头立铣刀后刀面磨削轨迹自适应调整方法。

技术介绍

[0002]圆弧头立铣刀是整体式立铣刀的一种，与球头立铣刀相比，加工含圆弧转角零件时刚性更大，加工效率更高；与平头立铣刀相比，在进行高硬材料加工与高速大进给加工时，刀头抗缺损性能较高。因其具有制造成本低、材料切除率大的特点，越来越多地应用于航空航天、汽车和模具等行业地自由曲面高效加工。圆弧头后刀面是刀具切削的关键部分，其结构是否合理对刀具的使用寿命和加工效率、质量起着决定性作用。
[0003]圆弧头立铣刀后刀面的磨削加工包括立铣刀数学模型的构建及优化与磨削轨迹及姿态的计算方法两方面。针对立铣刀数学模型的构建及优化方面，陈涛[1]对带圆角圆弧头铣刀后刀面等几何特征进行定义,建立了铣刀轮廓面数学模型,推导了螺旋切削刃参数方程。Han[2]针对圆弧头立铣刀齿偏中心和端部内倾的结构特点，提出了一种端刃广义建模的方法，使不同部分刃线能保持连续性，并基于参数模型，推导出用于后刀面磨削的刀位路径。Chen[3]针对普通圆弧形立铣刀在加工中的限制，提出了一种含双圆弧特征的圆弧立铣刀的设计与制造方法，并建立了立铣刀切削刃的数学模型。针对后刀面磨削轨迹及姿态的计算方法，唐军等人[4]针对圆弧头立铣刀后刀面的磨削工艺，研究了一种采用平行砂轮磨削的圆弧头立铣刀后刀面轨迹算法。刘建军等人[5]建立了圆弧头立铣刀端刃刃线的数学模型，并研究了端刃后刀面的磨削工艺，提出了砂轮的运动轨迹和刀轴矢量的计算方法，能够提高刀具的制造精度并降低设计周期。Ma[6]根据砂轮磨损的轮廓特征，分析了后刀面的误差，提出了一种基于砂轮磨损的后刀面磨削轨迹补偿算法，能减少砂轮磨损对后刀面磨削加工的影响。综上所述，目前的圆弧头后刀面磨削工艺的研究主要按照立铣刀后刀面分段的方式进行独立设计，并没有形成一种统一的优化迭代设计方法。由于各部分磨削工艺的独立性，导致可能出现磨削干涉、砂轮磨削方式突变等问题，造成后刀面出现不连续、表面质量差等不足。
[0004]参考文献
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254.
[0016]
技术实现思路

[0017]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种整体圆弧头立铣刀后刀面磨削轨迹自适应调整方法。
[0018]本专利技术的一种整体圆弧头立铣刀后刀面磨削轨迹自适应调整方法，包括以下步骤：
[0019]步骤1：圆弧头立铣刀后刀面几何参数定义。
[0020]立铣刀起始半径R
W
：立铣刀螺旋刃线起始位置的刀具半径；
[0021]周刃长度L
W
：立铣刀周刃部分沿轴线方向的长度；
[0022]锥度角k：周齿回转轮廓母线与立铣刀轴线的夹角；
[0023]螺旋角β：螺旋刃线切矢量与刀具回转轮廓母线的夹角；
[0024]端刃刃倾角η：圆弧头立铣刀端刃直线刃刃线与刀具轴线的垂面的夹角；
[0025]齿偏中心量h：圆弧头立铣刀端刃直线刃刃线与立铣刀轴线的最短距离；
[0026]齿过中心量l
h
：端刃直线刃末点与刀具轴线的连线在端刃直线刃方向上的投影；
[0027]端刃圆弧半径r：端刃圆弧曲面母线的半径；
[0028]后刀面宽度l：为后刀面在刃线法截面的轮廓长度，即后刀面与刃线法截面的交线长度，如存在多重后刀面，后刀面宽度分别为l1、l2、
…
l
n
，n表示后刀面的数量；
[0029]后刀面角度λ：为后刀面在刃线法截面的轮廓与立铣刀轴线法截面的夹角，后角分别为λ1、λ2、
…
、λ
n
；
[0030]步骤2：建立坐标系。
[0031]工件坐标系WCS
[0032]工件坐标系O
W
‑
X
W
Y
W
Z
W
以刀具回转轴为Z
W
轴，以周刃刃线起始位置所在端面为X
W
O
W
Y
W
平面，以该端面圆心为坐标系原点O
W
。
[0033]端刃坐标系EECS
[0034]端刃坐标系以刀具回转轴为Z
d
轴，以端刃与周刃交接面为X
d
O
d
Y
d
面，以该圆形截面圆心为坐标系原点O
d
。
[0035]端刃主截面坐标系MSCS
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整体圆弧头立铣刀后刀面磨削轨迹自适应调整方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：圆弧头立铣刀后刀面几何参数定义；立铣刀起始半径R
W
：立铣刀螺旋刃线起始位置的刀具半径；周刃长度L
W
：立铣刀周刃部分沿轴线方向的长度；锥度角k：周齿回转轮廓母线与立铣刀轴线的夹角；螺旋角β：螺旋刃线切矢量与刀具回转轮廓母线的夹角；端刃刃倾角η：圆弧头立铣刀端刃直线刃刃线与刀具轴线的垂面的夹角；齿偏中心量h：圆弧头立铣刀端刃直线刃刃线与立铣刀轴线的最短距离；齿过中心量l
h
：端刃直线刃末点与刀具轴线的连线在端刃直线刃方向上的投影；端刃圆弧半径r：端刃圆弧曲面母线的半径；后刀面宽度l：为后刀面在刃线法截面的轮廓长度，即后刀面与刃线法截面的交线长度，如存在多重后刀面，后刀面宽度分别为l1、l2、
…
l
n
，n表示后刀面的数量；后刀面角度λ：为后刀面在刃线法截面的轮廓与立铣刀轴线法截面的夹角，后角分别为λ1、λ2、
…
、λ
n
；步骤2：建立坐标系；工件坐标系WCS工件坐标系O
W
‑
X
W
Y
W
Z
W
以刀具回转轴为Z
W
轴，以周刃刃线起始位置所在端面为X
W
O
W
Y
W
平面，以该端面圆心为坐标系原点O
W
；端刃坐标系EECS端刃坐标系以刀具回转轴为Z
d
轴，以端刃与周刃交接面为X
d
O
d
Y
d
面，以该圆形截面圆心为坐标系原点O
d
；端刃主截面坐标系MSCS以刃线点P0为坐标系原点O
mt
，以当前位置经度线的切线为Z
mt
轴，以当前位置纬度线切线为Y
mt
轴；端刃法截面坐标系NSCS令主截面坐标系绕X
mt
轴进行旋转，建立端刃法截面坐标系O
mt1
‑
X
mt1
Y
mt1
Z
mt1
；端刃法截面坐标系以刃线点P0为坐标系原点O
mt1
，以刃线切线为Z
mt1
轴，Y
mt1
轴与端刃圆弧面相切且垂直于刃线；步骤3：坐标系转换矩阵；端刃法截面坐标系NSCS转换到端刃主截面坐标系MSCS先将当前位置刃线的切向量F
p
与过该点且与圆弧面相切指向端刃坐标系Z
d
轴的向量F
d
分别定义如下：
式中x
P0
、y
P0
、z
P0
表示刃线点P0在端刃坐标系EECS下的坐标；那么，F
p
与F
d
的夹角即为端刃法截面坐标系向主截面坐标系转换时需绕X
mt1
轴的旋转角度；因此，转换矩阵R
mt1
‑
mt
如下所示：端刃主截面坐标系MSCS转换到端刃坐标系EECS定义R
mt
‑
d
、T
mt
‑
d
分别为端刃主截面坐标系转换到端刃坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，则：端刃坐标系EECS转换到工件坐标系WCS定义R
d
‑
w
、T
d
‑
w
分别为端刃坐标系转换到工件坐标系的旋转矩阵与位移矩阵，则：式中，为立铣刀刃线由周刃起点到周刃末端为止，绕立铣刀轴线所转过的角度；步骤4：建立圆弧头立铣刀端刃后刀面数学模型；端刃圆弧刃刃线方程：式中，θ表示端刃刃线上P0的纬度角，R
d
为端刃圆弧圆心与刀具轴线的距离，表示圆弧刃刃线点P0处的回转角；R
d
与的表达式如下：R
d
＝R
w
‑
L
w tank
‑
rcosk (6)平面曲线刃刃线方程：
式中表示端刃直线刃刃线在端刃坐标系X
d
O
d
Y
d
平面内的投影与端刃坐标系X
d
轴的夹角；直线刃刃线方程：式中，P
P2_d
与F
P2_d
分别表示端刃平面曲线部分末点P
2d
的坐标向量以及在该点处的切矢量，P
2d
坐标通过式(8)求得，l
h
表示齿过中心量；步骤5：建立第一后刀面宽度控制线及其偏置曲线族；第一后刀面的宽度和角度由P1点与P0点的相对位置决定，其中，P1点为该截面上的第一后刀面控制点，各个截面上的控制点所组成的曲线即为第一后刀面控制线C1，P1点坐标向量表示如下：式中，l1与l2分别表示第一后刀面与第二后刀面的宽度，λ1与λ2为第一后角与第二后角；在第二后刀面上建立控制线的偏置曲线C2进行后刀面宽度计算，C2上的点P2在端刃法截面坐标系中表示为：根据前文提出坐标系转换关系，即式(8)，将点P2在端刃坐标系中表示为：P
P2_d
＝R
mt
‑
d
R
mt1
‑
mt
P
P2_mt1
+T
mt
‑
d
ꢀꢀꢀꢀ
(12)结合式(4)和式(12)，将点P2在工件坐标系中表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：江磊，丁国富，刘哲，杨大治，张剑，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：