CN103862346A - 一种微细铣刀螺旋曲面的无瞬心包络磨削方法 - Google Patents

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Abstract

微细螺旋立铣刀的侧刃螺旋曲面是一种形状复杂的难加工结构，传统的磨削加工方法难以保证此类细长结构零件的加工精度。本申请涉及一种微细铣刀螺旋曲面的无瞬心包络磨削方法。磨削刀具时，砂轮的形状与安装角度直接影响微细铣刀侧刃前角、后角和排屑槽形状。本发明中应用无瞬心包络原理和齐次坐标变换方法，获得标准锥形砂轮包络展成的螺旋曲面端截形的数学模型；可用于分析砂轮安装角度和形状对微细铣刀侧刃几何角度和槽型形状的影响；模型中砂轮摆角大于螺旋角余角，可以减小接触面积，降低磨削力；分多次包络展成前刀面、后刀面和排屑槽的磨削，可保证微细铣刀几何参数的准确性。本申请适用于高长径比的微细螺旋结构的精密加工。

Description

一种微细铣刀螺旋曲面的无瞬心包络磨削方法
技术领域
本发明涉及一种微细铣刀螺旋曲面的无瞬心包络磨削方法。针对高长径比圆柱结构上螺旋槽型结构加工特点，通过无瞬心包络原理与齐次坐标变换方法，应用砂轮与工件的相对运动和空间关系，建立标准砂轮包络展成微小直径圆柱上螺旋曲面的数学模型，实现此类零件的高精度加工。
本发明主要用于高长径比结构上螺旋曲面的精密加工，可以为精确加工微细钻铣刀螺旋曲面提供数值模拟，指导砂轮选型和磨削工艺规划。
背景技术
随着精密机械、仪器仪表、光纤通讯、信息电子、生物医疗等高科技领域的发展，对于尺度微小、结构复杂、材料多样的三维精密零件的需求越来越多。微细切削技术因适合于多种工程材料加工、三维加工能力强、材料去除效率高等特点，其发展越来越具有优势。微细刀具作为微细切削加工系统中与这类零件直接接触的执行单元，其切削性能与使用寿命影响加工效率与成本。
近年来，随着大量微细刀具需求的增加，出现出了许多针对微细刀具制造的新技术，如激光加工、FIB、电火花加工等技术。随着新技术的融入，传统磨削工艺也产生了巨大变化，如线电火花磨削、超声振动磨削等技术，技术的进步可以减少微细刀具刃口的破损，获得更高的长径比。同时，伴随刀具材料（超细晶粒硬质合金材料）技术的进步、机床自由度的增加和定位精度的提高等，复杂形状的微细刀具的制造不再是难题。但微细螺旋结构钻铣刀的精确制造依然面临巨大挑战，提高微细刀具形状精度的加工方法有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微细铣刀螺旋曲面的磨削方法，用于实现高长径比微细结构上螺旋曲面的高效精密加工，提高成形几何精度。
本发明的技术内容主要包括：
1、针对微细铣刀螺旋槽型特征，提出了砂轮无瞬心运动包络展成螺旋槽型的数学方法。
2、针对微细铣刀的实际前角、后角和排屑槽型的精确成形问题，提出采用砂轮摆角小于螺旋角余角的磨削工艺，分多次微进给分别加工前刀面、后刀面和刀腹槽，减少砂轮与工件的接触面积、减小每个工步去除的材料体积，实现微细铣刀的精确加工。
附图说明
下面结合附图对本发明作详细说明。
附图1：本发明的螺旋曲面的无瞬心包络磨削原理示意图。图中（a）为砂轮的无瞬心包络原理，其中1表示砂轮与工件的接触线，（b）为砂轮与工件的坐标系相对位置。其中ω1，ω分别表示砂轮旋转速度和工件旋转速度、α表示砂轮相对工件的摆角、a表示工件与砂轮轴之间的截距、M点表示砂轮与工件之间的任意接触点、r和r1分别表示工件原点和砂轮原点距离接触点的矢径。
附图2：本发明的无瞬心包络展成的螺旋沟槽截形。图中（a）为端截形实际前角，（b）为分步骤加工原理，（c）为数值模拟。其中Pi（i=0,1,2,3等）表示砂轮包络展成沟槽的端点，γ表示实际前角，α1表示后角，R、r和r1分别表示铣刀半径、前刀面底端圆半径和芯轴半径。
附图3：本发明的磨床配置示意图，其中I和II分别表示多次磨削中对应的砂轮形状。图中加工排屑槽的砂轮直径为DW1、其大径端面距离砂轮原点距离LW1，加工后刀面的砂轮直径为DW2、其大径端面距离原点距离为LW2，砂轮套筒原点距离A轴距离为L2，工件端部距离w轴距离Lt，铣刀刃长为Lc，w轴原点距离套筒主轴距离为L1。
具体实施方式
(1)根据微细铣刀螺旋刃的几何角度参数，设计最佳的砂轮几何形状与安装角度，通过数值计算，模拟砂轮运动的无瞬心包络展成螺旋曲面截形，对磨削工艺进行优化。
(2)加工沟槽时，x、y、z和w轴按表1中的位置运动时砂轮大端中心从原点位置移动到初始位置C。砂轮保持自转，工件进行螺旋运动。当工件沿u轴和A轴从初始位置运动到结束位置时，完整的槽就可以加工出来。表1中θs和θf分别是加工刀腹槽和后刀面时，相对于加工排屑槽时A轴旋转的变化角度，Xfi，Yfi，Zfi（i=1,2,3）表示各轴的适当微小调整值，β是定义的铣刀螺旋角。
表1沟槽的磨削加工
Figure BDA0000480935770000021

Claims (3)

  1. 本发明涉及一种微细铣刀螺旋曲面的无瞬心包络磨削方法，其技术特征主要包括：
    1.针对微细铣刀螺旋槽型特征，应用无瞬心包络原理和齐次坐标变换法，分析砂轮与工件的相对运动空间关系，提出了砂轮无瞬心运动包络展成螺旋槽型的数学方法。
  2. 2.微细螺旋槽型铣刀的侧刃前刀面的磨削方法和实际前角的测量方法。
  3. 3.针对微细铣刀的实际前角、后角和排屑槽型的精确加工问题，提出采用砂轮摆角小于螺旋角余角的磨削工艺，分多次微进给分别加工前刀面、后刀面和刀腹槽，减少砂轮与工件的接触面积、减小每个工步去除的材料体积，实现微细铣刀螺旋槽的精确加工。
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