CN104959666B - 双圆弧大进给环形铣刀及其制备工艺与检测方法 - Google Patents

双圆弧大进给环形铣刀及其制备工艺与检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双圆弧大进给环形铣刀的制备工艺与检测方法。目前，环形铣刀具有的曲面的高适应性被广泛应用于航空、汽车等模具曲面半精加工领域，但为了达到较好的切削性能，在切削进给、切削力等方面取得突破提高铣削效率有一定的难度，另一方面磨削工艺影响加工效率，影响刀具寿命以及工件表面完整性，同时有效验证磨削精度的方法值得考量。本发明组成包括：环形铣刀刀柄（1），所述环形铣刀刀柄前端依次与螺旋刀槽（2）、具有前刀面（5）与后刀面（6）的双圆弧大进给切削刃（3）、端齿容屑槽（4）连接，所述的双圆弧大进给切削刃包括主圆弧切削刃（7）与子圆弧切削刃（8）。本发明用于铣削模具钢，同时为铣刀制备工艺及检测方法提供参考意见。

Description

双圆弧大进给环形铣刀及其制备工艺与检测方法
技术领域
本发明涉及一种双圆弧大进给环形铣刀的，并且具体涉环形铣刀的制备工艺与检测方法。
背景技术
目前，环形铣刀具有通过圆角切削刃将底刃以及周刃连接起来参与切削加工曲面的高适应性，以及在等残余高度加工情况下环形铣刀相对于球头铣刀的步距较大，加工时间减少，加工效率提高等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车等模具曲面半精加工领域。为了达到较好的切削性能，许多研究还集中在铣削参数和工艺上的优化，但这些研究必然受到刀具结构、机床扭矩和精度的限制，要想进一步提高加工速度和效率有一定的难度。使用环形铣刀加工凹曲面模具时，易出现残留台阶面；由于圆角切削刃参与切削加工在一定程度上使得进给量受限、切削受力较大。另外一方面，CNC磨削复杂形状刀具的精度不但影响加工效率，对刀具寿命以及工件表面完整性至关重要，铣刀优良的切削性能需要磨削精度加以保证，因此有效验证磨削精度方法值得考量。
鉴于以上问题，因此有必要开发一种集成上述优点并在进给量、切削力等方面优化以提高加工效率的环形铣刀，并采用合理的方法保证所设计刀具的切削性能，提高加工效率和工件表面完整性以适应现代模具生产需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种双圆弧大进给环形铣刀及其制备工艺与检测方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种双圆弧大进给环形铣刀，其组成包括：环形铣刀刀柄，其特征是：所述环形铣刀刀柄前端依次与螺旋刀槽、具有前刀面和后刀面的双圆弧大进给切削刃、端齿容屑槽连接，所述的双圆弧大进给切削刃包括主圆弧切削刃与子圆弧切削刃。
所述的双圆弧大进给环形铣刀，其特征是：所述的主圆弧切削刃与所述的子圆弧切削刃通过控制切削刃的弧度控制切削主偏角，使得铣削切入角较小,在切削过程中形成薄切屑,提高进给量，从而提高金属去除率。所述的圆弧切削刃带有凹弧切削刃结构，参与凹曲面切削时，将残留台阶面积减少为零，保证半精加工的切削残留高度的均匀性。
所述的双圆弧大进给环形铣刀，其特征是：所述的双圆弧大进给切削刃在铣削受力方面具有一定优越性，一方面保证有效圆弧切削刃接触长度较长，减小切削应力；另一面切削力方向主要朝向刀具主轴轴向，径向分力很小, 总切削力下降，降低由于刀具切削力突变冲击引起的铣削震动的可能性，加工稳定性提高,有效延长刀具使用寿命。
所述的双圆弧大进给环形铣刀的制备工艺，其特征是：该制备工艺包括如下步骤：在满足磨削螺旋刀槽、双圆弧大进给切削刃等刀位约束条件前提下，选用适当砂轮类型应用于五轴数控工具磨床，用砂轮磨削面磨制包络原理磨削刀具几何形貌。
所述的双圆弧大进给环形铣刀的制备工艺，其特征是：所述的螺旋刀槽的制备工艺为选用平砂轮控制其摆角及磨削深度满足设计前角及容屑槽的深度，砂轮磨削面与螺旋刀槽底部螺旋线单点接触并沿棒料轴向方向作进给运动，同时与棒料自传运动协作，包络出所需螺旋刀槽，完成磨削工序后砂轮与棒料依次沿径向、轴向，退回初始坐标点。
所述的双圆弧大进给环形铣刀的制备工艺，其特征是：所述的双圆弧大进给切削刃的制备工艺为选取碗砂轮在满足第一后角、第二后角、韧带宽等设计参数的前提下，工件沿其径向、轴向移动定位，砂轮以切削刃模型为基准，转动磨削角度以满足设计后角参数要求，进行双圆弧大进给切削刃后角磨削，完成所有刀齿后角磨削后，为避免加工干涉，砂轮沿垂直铣刀方向向上移动，退回磨削初始点，主轴运转回到初始磨削坐标点，完成所需磨削工序。
所述的双圆弧大进给环形铣刀的检测方法，其特征是：该检测方法包括如下步骤：所述的双圆弧大进给环形铣刀制备完成后通过G3刀具检测中心（genius3-pilot3.0）应用光感扫略成型原理对制备进行精度检测，验证所设计铣刀的磨削精度。
有益效果：
1.本发明双圆弧大进给环形铣刀采用双圆弧刃口结构使得刀具切削主偏角
较小，实现小切深、薄切屑、大进给量铣削方式，从而提高金属去除率。
本发明双圆弧大进给环形铣刀的主圆弧切削刃与子圆弧切削刃结合的切削刃结构，在切削深度等条件一定的情况下，通过控制切削刃弧度控制切削主偏角，降低切削力，减少振动现象发生频率。
本发明双圆弧大进给环形铣刀主圆弧切削刃的凹弧刃口结构可将残留台阶面积减少为零，保证半精加工的切削残留的均匀性。
本发明双圆弧大进给环形铣刀制备工艺将砂轮磨削位置约束条件与五轴数控工具磨床运动原理相结合，准确定位砂轮，保证刀具设计参数，提高磨削效率。
本发明双圆弧大进给环形铣刀的检测方法验证所设计铣刀满足磨削精度指标，保证铣刀良好的切削性能及刀具寿命，有利于保证被加工工件表面完整性及铣削精度与效率。
附图说明：
附图1是本发明双圆弧大进给环形铣刀的结构示意图。
附图2是本发明铣刀的双圆弧大进给切削刃结构尺寸示意图。
附图3是本发明铣刀的子圆弧切削刃结构尺寸示意图。
附图4是本发明双圆弧大进给环形铣刀磨削工艺示意图。
附图5是本发明双圆弧大进给环形铣刀实际制备现场图。
附图6是本发明双圆弧大进给环形铣刀检测现场图。
附图7是本发明双圆弧大进给环形铣刀刃型轮廓检测结果示意图。
具体实施方式：
实施例1：
一种双圆弧大进给环形铣刀，其组成包括：环形铣刀刀柄1，所述环形铣刀刀柄前端依次与螺旋刀槽2、双圆弧大进给切削刃3、端齿容屑槽4连接，所述的双圆弧大进给切削刃具有双圆弧大进给切削刃前刀面5和双圆弧大进给切削刃后刀面6，所述的双圆弧大进给切削刃包括主圆弧切削刃7与子圆弧切削刃8。
实施例2：
根据实施例1所述的双圆弧大进给环形铣刀，所述的刀柄为圆柱形刀柄，刚性较强，直径取为20mm,使用于半精加工，材料取为硬质合金，铣削淬硬模具钢。
实施例3:
根据实施例1所述的双圆弧大进给环形铣刀，所述的双圆弧大进给切削刃在铣削特性方面具有一定优越性。通过控制所述的主圆弧切削刃与子圆弧切削刃的弧度控制切削主偏角，使得铣削切入角较小,在切削过程中形成薄切屑,提高进给量，从而提高金属去除率。所述的主圆弧切削刃带有凹弧切削刃结构参与凹曲面切削时，将残留台阶面积减少为零，保证半精加工的切削残留高度的均匀性。
实施例4:
根据实施例3所述的双圆弧大进给环形铣刀，所述的双圆弧大进给切削刃参与切削的圆弧切削刃与工件的切削接触长度Le计算公式如下所示：
，
有效圆弧切削刃接触长度较长，减小切削应力,同时，切削力方向主要朝向刀具主轴轴向，总切削力下降，降低由于刀具切削力突变冲击引起的铣削震动的可能性，加工稳定性提高,有效延长刀具使用寿命。
实施例5:
根据实施例4所述的双圆弧大进给环形铣刀，所述的双圆弧大进给切削刃如图3所示，O1,O2为主圆弧切削刃中心原点，O3为子圆弧切削刃中心原点，Ｄ1为主圆弧切削刃间距，,Ｄ2为刀具切削刃直径，Ｒ为主圆弧切削刃半径，ａp为切削深度，ｋr切削主偏角，R最大值取值如下：
。
实施例5:
根据实施例4所述的双圆弧大进给环形铣刀，所述的子圆弧切削刃如图4所示，子圆弧切削刃的半径（r）的选择满足加工条件所需一定切削深度的基础上，尽量保证较小的铣削刃主偏角、较大的切削进给量取为1-2mm即可，便于磨削同时保证铣刀切削性能。
实施例6：
一种双圆弧大进给环形铣刀的制备工艺，所述的双圆弧大进给环形铣刀的制备工艺如图4所示，首先通过刀具坐标系（XtYtZt）、机床坐标系（XYZ）砂轮坐标系（XwYwZw）、游动坐标系（XpYpZp）之间的坐标系转换，定位砂轮磨削位置，满足刀位约束条件前提下，根据设计几何参数控制砂轮的转角及磨削角度，用砂轮磨削面磨制包络出铣刀螺旋刀槽、后角等几何形貌。
实施例7：
根据实施例6所述的双圆弧大进给环形铣刀的制备工艺，所述铣刀的螺旋刀槽制备工艺为: 如图4所示,首先，棒料绕着X轴逆时针自传，即为A轴旋转，并沿着Z轴移动确定棒料磨削方位。同时，选择砂轮沿着Z轴正方向进给，并绕着Y轴转动满足螺旋角要求的角度；然后，根据所需槽深（h）控制沿Y轴方向下降高度至磨削所需距离，砂轮加工端面上一点i绕刀刃曲线法剖面Yp轴转动θ（与前角γ相等），在砂轮坐标系内绕 Xw轴转动δ角(磨削切角，保证砂轮不易磨损，不影响前刀面的形状前提下取1-2°);最后A轴自传的同时砂轮沿X方向与刀刃曲线的相切做进给运动，形成以砂轮外圆包络螺旋刀槽的加工状态，保证砂轮切削铣刀圆弧形成光顺螺旋刀槽及前刀面。
实施例8：
根据实施例6所述的双圆弧大进给环形铣刀的制备工艺，所述铣刀的后角的制备工艺为选取碗砂轮在满足第一后角、第二后角、韧带宽等设计参数的前提下，工件沿其径向、轴向移动定位，砂轮以切削刃模型为基准，转动一磨削角度以满足设计后角参数要求，同时沿其径向、轴向移动靠近磨削起始位置，最后，刀具绕其轴自传的同时砂轮完成从端齿磨削起始位置向刀柄处与刀刃曲线相切的进给运动，进行双圆弧大进给切削刃后角磨削，完成所有刀齿后角磨削后，为避免加工干涉，砂轮沿垂直铣刀方向向上移动，退回磨削初始点，主轴运转回到初始磨削坐标点，完成所需磨削工序。
实施例9：
一种双圆弧大进给环形铣刀的检测方法，所述的双圆弧大进给环形铣刀的检测方法将环形铣刀制备完成后通过G3刀具检测中心（genius3-pilot3.0）应用光感扫略成型原理对制备进行精度检测，检测结果显示刃型满足设计公差带要求，几何角度误差满足加工精度误差范围要求，保证铣刀的结合参数的准确及其良好的切削性能。

Claims (3)

1.一种双圆弧大进给环形铣刀，其组成包括：环形铣刀刀柄，其特征是：所述环形铣刀刀柄前端依次与螺旋刀槽、具有前刀面和后刀面的双圆弧大进给切削刃、端齿容屑槽连接，所述的双圆弧大进给切削刃包括主圆弧切削刃与子圆弧切削刃,所述的主圆弧切削刃与所述的子圆弧切削刃通过控制切削刃的弧度控制切削主偏角，使得铣削切入角较小,在切削过程中形成薄切屑,提高进给量，从而提高金属去除率，所述的主圆弧切削刃之间带有凹弧切削刃结构，参与凹曲面切削时，保证半精加工的切削残留高度的均匀性，所述的双圆弧大进给环形铣刀的制备工艺包括如下步骤：在满足磨削螺旋刀槽、双圆弧大进给切削刃刀位约束条件前提下，选用适当砂轮类型应用于五轴数控工具磨床，用砂轮磨削刀具几何形貌。
2.根据权利要求1所述的双圆弧大进给环形铣刀，其特征是：所述的螺旋刀槽的制备工艺为选用平砂轮控制其摆角及磨削深度满足设计前角及容屑槽的深度，砂轮磨削面与螺旋刀槽底部螺旋线单点接触并沿棒料轴向方向作进给运动，同时与棒料自转运动协作，包络出所需螺旋刀槽，完成磨削工序后砂轮与棒料依次沿径向、轴向，退回初始坐标点。
3.根据权利要求2所述的双圆弧大进给环形铣刀，其特征是：所述的双圆弧大进给切削刃的制备工艺为选取碗砂轮在满足第一后角、第二后角、韧带宽设计参数的前提下，工件沿其径向、轴向移动定位，砂轮以切削刃模型为基准，转动磨削角度以满足设计后角参数要求，进行双圆弧大进给切削刃后角磨削，完成所有刀齿后角磨削后，为避免加工干涉，砂轮沿垂直铣刀方向向上移动，退回磨削初始点，主轴运转回到初始磨削坐标点，完成所需磨削工序。
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