CN105512362B - 基于工件-刀具几何特征参数的切削用量优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于工件‑刀具几何特征参数的切削用量优化方法，包括以下步骤：1)依据工件材料、刀具材料及几何特征参数对于切削用量数据的影响程度分别对不同工件材料、刀具材料及工件‑刀具几何特征等切削条件组合进行分类；2)以最低刀具磨损为优化目标，对每一种切削条件组合分类分别建立唯一的最优切削用量经验公式；3)在切削数据库中建立切削用量参数、刀具特征参数、工件特征参数的数据表，用于分别存储各参数名称；建立经验公式数据表，用于存储经验公式中各常数数值。本发明依据特征参数对于切削用量的影响建立函数关系，使用经验公式计算不同工件‑刀具几何特征下的切削用量，增强了包含工件‑刀具几何特征的切削数据库的实用性。

Description

基于工件-刀具几何特征参数的切削用量优化方法
技术领域
本发明涉及一种机械加工及切削数据库技术，具体的说是一种基于工件-刀具几何特征参数的切削用量优化方法。
背景技术
现有的应用比较成熟的切削数据库主要针对不同工艺方法、被切削材料和刀具材料条件下提供相应的切削用量，而较少考虑工件及刀具几何特征对于切削用量的影响。
现有包含工件或刀具几何特征内容的切削数据库也往往只是将工件或刀具几何特征作为一项数据录入和检索条件，而没有建立起在特定工件-刀具几何特征参数下切削用量的计算方法。这样做的结果往往由于增加了诸多检索条件的限制，而大幅度降低了检索到相应数据的几率，使切削数据库的实用性大为降低。
现有工件或刀具几何特征一般是依据工件或刀具的结构特点或典型加工路线来进行分类，而不是依据特征对于切削用量数据的影响。
发明内容
针对现有技术中机械加工及切削数据库没有建立在特定工件-刀具几何特征参数下切削用量的计算方法而导致降低了检索到相应数据的几率，使切削数据库的实用性大为降低等这一不足，本发明要解决的技术问题是提供一种可增强包含工件-刀具几何特征的切削数据库的实用性的基于工件-刀具几何特征参数的切削用量优化方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种基于工件-刀具几何特征参数的切削用量优化方法，包括以下步骤：
1)依据工件材料、刀具材料及几何特征参数对于切削用量数据的影响程度分别对不同工件材料、刀具材料及工件-刀具几何特征等切削条件组合进行分类；
2)以最低刀具磨损为优化目标，对每一种切削条件组合分类分别建立唯一的最优切削用量经验公式，统一采用如下的幂函数形式：
Vc＝C w1 m1w2 m2…t1 n1t2 n2…p1 k1p2 k2…
式中Vc为切削速度，w1、w2……为工件被加工表面几何参数，t1、t2……为刀具几何参数，p1、p2……为除切削速度外的其它切削用量参数，C、m1、m2……n1、n2……k1、k2……均为常数，序号1、2……为不小于1的自然数。
3)在切削数据库中建立切削用量参数、刀具特征参数、工件特征参数的数据表，用于分别存储各参数名称；建立经验公式数据表，用于存储经验公式中各常数数值。
对于不同的切削条件组合分类，最优切削用量经验公式中参数数量允许不同，各参数含义允许不同，或者各参数含义相同但各常数不同。
所有工件-刀具几何特征组合的最优切削用量经验公式采用等长的统一形式，便于数据库软件使用最简单的计算语句进行计算。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明依据特征参数对于切削用量的影响建立函数关系，使用经验公式计算不同工件-刀具几何特征下的切削用量，增强了包含工件-刀具几何特征的切削数据库的实用性。
2.本发明应用于切削数据库设计时，所有工件-刀具几何特征组合的最优切削用量经验公式采用等长的统一形式，便于数据库软件使用最简单的计算语句进行计算。
具体实施方式
本发明基于工件-刀具几何特征参数的切削用量优化方法包括以下步骤：
1)依据工件材料、刀具材料及几何特征参数对于切削用量数据的影响程度分别对不同工件材料、刀具材料及工件-刀具几何特征等切削条件组合进行分类；
2)以最低刀具磨损为优化目标，对每一种切削条件组合分类分别建立唯一的最优切削用量经验公式，统一采用如下的幂函数形式：
Vc＝C w1 m1w2 m2…t1 n1t2 n2…p1 k1p2 k2…
式中Vc为切削速度，w1、w2……为工件被加工表面几何参数，t1、t2……为刀具几何参数，p1、p2……为除切削速度外的其它切削用量参数，C、m1、m2……n1、n2……k1、k2……均为常数；
3)在切削数据库中建立切削用量参数、刀具特征参数、工件特征参数的数据表，用于分别存储各参数名称；建立经验公式数据表，用于存储经验公式中各常数数值。
对于不同的切削条件组合分类，最优切削用量经验公式中参数数量允许不同，各参数含义允许不同，或者各参数含义相同但各常数不同。
最优切削用量经验公式通过刀具磨损试验或切削温度试验取得。
所有工件-刀具几何特征组合的最优切削用量经验公式采用等长的统一形式，便于数据库软件使用最简单的计算语句进行计算。
下面对本发明作进一步阐述。
为建立切削数据库所进行的一系列切削试验中，其中两组试验的切削条件组合分类如下：
试验序号 工艺方法 刀具类型 工件特征 工件材料 刀具材料
3 切槽车削 车槽刀 内圆槽 TC4 IC20
12 侧刃铣削 立铣刀 立铣刀外圆弧路径 GH4169 IC908
试验序号3获得最优切削用量经验公式如下：
Vc＝6.08D0.11r0.06γ0.39w-0.21fn -0.47
式中Vc为切削速度(单位m/min)，D为工件被加工表面直径(单位mm)，r为车刀圆角半径(单位mm)，γ为刀具前角(单位°)，w为刀具宽度(单位mm)，fn为每转进给量(单位mm/n)。
试验序号12获得最优切削用量经验公式如下：
Vc＝113.39R-0.21d0.21z-0.21γ0.19β-0.35fz -0.47ap -0.17ae -0.2
式中Vc为切削速度(单位m/min)，R为被加工表面外圆弧半径(单位mm)，γ为铣刀径向前角(单位°)，z为铣刀齿数，β为铣刀螺旋角(单位°)，fz为每齿进给量(单位mm/z)，ap为切削深度(单位mm)，ae为切削行距(单位mm)。
根据以上试验结果建立最优切削用量经验公式统一形式：
Vc＝C w1 m1w2 m2t1 n1t2 n2t3 n3t4 n4t5 n5p1 k1p2 k2p3 k3
建立切削用量参数数据表：
工艺方法 参数p<sub>1</sub> 参数p<sub>2</sub> 参数p<sub>3</sub>
切槽车削 每转进给量f<sub>n</sub> (空置) (空置)
侧刃铣削 每齿进给量f<sub>z</sub> 切削深度a<sub>p</sub> 步距a<sub>e</sub>
建立刀具特征参数数据表：
刀具类型 工艺方法 参数t<sub>1</sub> 参数t<sub>2</sub> 参数t<sub>3</sub> 参数t<sub>4</sub> 参数t<sub>5</sub>
车槽刀 切槽车削 (空置) (空置) 刀尖圆弧半径r 刀具前角γ 刀具宽度W
立铣刀 侧刃铣削 刀具直径d 刀具齿数Z 刀尖圆弧半径r 径向前角γ 螺旋角β
建立工件特征参数数据表：
工件特征 刀具类型 参数w<sub>1</sub> 参数w<sub>2</sub>
内圆槽 车槽刀 工件加工部位直径D (空置)
立铣刀外圆弧路径 立铣刀 (空置) 已加工圆弧半径R
建立经验公式数据表：
针对其它工件-刀具特征、工件和刀具材料所取得经验公式的相应数据同样可以纳入上述数据表中。
根据以上数据表，可以通过经验公式的统一形式计算出下列切削条件下的切削用量：
使用刀具材料代号为IC20的槽车刀车削工件特征为内圆槽表面的材料为TC4的工件，当被加工直径为200mm，刀尖圆弧半径为0.4mm，刀具前角为7°，刀具宽度为4mm，每转进给量为0.07mm/n时，计算出切削速度为57.4m/min。
使用刀具材料代号为IC908的立铣刀侧刃铣削工件特征为外圆弧表面的材料为GH4169的工件，当被加工表面外圆弧半径为100mm，刀具直径为10mm，齿数为2，刀尖圆弧半径为0.2mm，刀具前角为6°，螺旋角为4°，每齿进给量为0.18mm/z，切削深度为4mm，切削行距为2.5mm时，计算出切削速度为40.2m/min。
本实施例使用经验公式计算不同工件-刀具几何特征下的切削用量，增强了包含工件-刀具几何特征的切削数据库的实用性，最优切削用量经验公式采用等长的统一形式，便于数据库软件使用最简单的计算语句。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种基于工件-刀具几何特征参数的切削用量优化方法，其特征在于包括以下步骤：
1)依据工件材料、刀具材料及几何特征参数对于切削用量数据的影响程度分别对不同工件材料、刀具材料及工件-刀具几何特征等切削条件组合进行分类；
2)以最低刀具磨损为优化目标，对每一种切削条件组合分类分别建立唯一的最优切削用量经验公式，统一采用如下的幂函数形式：
Vc＝C w1 m1w2 m2…t1 n1t2 n2…p1 k1p2 k2…
式中Vc为切削速度，w1、w2……为工件被加工表面几何参数，t1、t2……为刀具几何参数，p1、p2……为除切削速度外的其它切削用量参数，C、m1、m2……n1、n2……k1、k2……均为常数，序号1、2……为不小于1的自然数；
刀具几何参数包含刀具前角、刀尖圆弧半径、径向前角、螺旋角、刀具直径、刀具齿数、刀具宽度；工件被加工表面几何参数包含工件加工部位直径、已加工圆弧半径；
3)在切削数据库中建立切削用量参数、刀具特征参数、工件特征参数的数据表，用于分别存储各参数名称；建立经验公式数据表，用于存储经验公式中各常数数值。
2.按权利要求1所述的基于工件-刀具几何特征参数的切削用量优化方法，其特征在于：对于不同的切削条件组合分类，最优切削用量经验公式中参数数量允许不同，各参数含义允许不同，或者各参数含义相同但各常数不同。
3.按权利要求1所述的基于工件-刀具几何特征参数的切削用量优化方法，其特征在于：所有工件-刀具几何特征组合的最优切削用量经验公式采用等长的统一形式，便于数据库软件使用最简单的计算语句进行计算。
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