CN108256216B - 一种修磨后刀具的切削参数范围的计算方法 - Google Patents

Abstract

一种修磨后刀具的切削参数范围的计算方法，属于刀具技术领域。所述方法包括：步骤1、选取初始刀具，采用同一压力分别将修磨后刀具和初始刀具做为被测刀具进行压痕试验；步骤2、测量修磨后刀具压痕区域的对角线长度a1、对角线延长线上所产生的裂纹长度b1，以及测量初始刀具压痕区域的对角线长度a2、对角线延长线上所产生的裂纹长度b2；步骤3、计算对角线长度变化比率V1，V1＝a1/a2，计算裂纹长度变化比率V2，V2＝b1/b2，得到修磨后刀具的加工性能变化比率V，V＝max{V1，V2}；步骤4、根据修磨后刀具的加工性能变化比率V，计算修磨后刀具的切削参数的范围M_后，M_后＝M_初×V/n，M_初为初始刀具的切削参数的范围，n为初始刀具发生折断的安全系数。

Description

一种修磨后刀具的切削参数范围的计算方法

技术领域

本发明涉及刀具技术领域，特别涉及一种修磨后刀具的切削参数范围的计算方法。

背景技术

航空航天发动机部件的材料多数为钛合金、高温合金等难加工材料，其对刀具的要求也非常高，需要刀具有优异的加工性能，具备高稳定切削性以及较长的使用寿命。

加工航空航天部件的刀具所使用的材料和加工精度要显著高于普通刀具，因此，刀具的成本也远远高于普通刀具，为了提高刀具的利用率，降低成本，通常会对磨损后的刀具进行修磨，从而产生新的切削刃，使刀具可以再次利用。

在刀具出厂时，厂家会给出该刀具的适用范围，即刀具的切削参数范围，但是对于修磨后刀具来说，其加工性能往往会与初始刀具的加工性能存在差异，因为在修磨工艺中，不同的刀具修磨企业所采用的修磨工艺例如机床、砂轮、磨削参数、去除量、修磨过程中使用的冷却液等均会不同，而修磨工艺的不同会使得修磨后刀具的加工性能不同，从而使得修磨后刀具适用的切削参数范围不同。

但对于修磨后刀具，往往无法从外观上得知修磨后刀具的加工性能的变化情况，因此，在使用修磨后刀具进行加工时，经常会出现由于切削参数不合适，而导致刀具的切削力、扭矩过大的现象发生，产生刀具断裂、工件损坏、机床受损等现象，进而造成严重的经济损伤，因此，如何对修磨后刀具的切削参数范围进行快速、准确的计算非常重要。

发明内容

为了能够快速、准确的得到修磨后刀具的切削参数范围，本发明提供了一种修磨后刀具的切削参数范围的计算方法，所述方法包括：

步骤1、选取初始刀具，初始刀具为未修磨刀具，且初始刀具的型号与修磨后刀具的型号相同，采用同一压力分别将修磨后刀具和初始刀具做为被测刀具进行压痕试验，修磨后刀具的压痕区域位于修磨后刀具的修磨区域内，压痕试验过程采用的压头为四棱锥形压头；

步骤2、测量所述修磨后刀具压痕区域的对角线长度a1、对角线延长线上所产生的裂纹长度b1，以及测量所述初始刀具压痕区域的对角线长度a2、对角线延长线上所产生的裂纹长度b2；

步骤3、计算对角线长度变化比率V1，V1＝a1/a2，计算裂纹长度变化比率V2，V2＝b1/b2，得到修磨后刀具的加工性能变化比率V，V＝max{V1，V2}；

步骤4、根据所述修磨后刀具的加工性能变化比率V，计算修磨后刀具的切削参数的范围M_后，M_后＝M_初×V/n，M_初为初始刀具的切削参数的范围，n为初始刀具发生折断的安全系数。

所述被测刀具为回转类刀具，在步骤1中进行压痕试验时，使所述压头的中心线与被测刀具的回转轴线垂直相交，且在压痕区域内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的回转轴线在同一平面，另外两个棱边在被测刀具表面形成的压痕所在的平面与所述回转轴线垂直。

在步骤2中，对于所述修磨后刀具，将其压痕区域内与修磨后刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度作为a1，将与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值作为b1；

对于所述初始刀具，将其压痕区域内与初始刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度作为a2，将与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值作为b2。

所述被测刀具为回转类刀具，在步骤4中，所述修磨后刀具的切削参数包括修磨后刀具的转速、每齿进给量、轴向进给速度和切削深度；所述初始刀具的切削参数包括初始刀具的转速、每齿进给量、轴向进给速度和切削深度；所述修磨后刀具的转速的范围S_后＝S_初×V/n、每齿进给量的范围f_后＝f_初×V/n、轴向进给速度的范围v_轴后＝v_轴初×V/n、切削深度的范围a_后＝a_初×V/n；

其中V为所述修磨后刀具的加工性能变化比率，n为所述初始刀具发生折断的安全系数，S_初为所述初始刀具的转速的范围、f_初为所述初始刀具的每齿进给量的范围、v_轴初为所述初始刀具的轴向进给速度的范围、a_初为所述初始刀具的切削深度的范围。

所述被测刀具为平面类刀具，在步骤1中进行压痕试验时，使所述压头的中心线与被测刀具的刀片表面垂直，且在压痕区域内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的刃口区域的中分线在同一平面。

在步骤2中，对于所述修磨后刀具，将其压痕区域内的两条对角线长度的平均值作为a1，将两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值作为b1；

对于所述初始刀具，将其压痕区域内的两条对角线长度的平均值作为a2，将两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值作为b2。

所述被测刀具为平面类刀具，在步骤4中，所述修磨后刀具的切削参数包括修磨后刀具的切削线速度、切削深度和进给量；所述初始刀具的切削参数包括初始刀具的切削线速度、切削深度和进给量；所述修磨后刀具的切削线速度的范围v_后＝v_初×V/n、切削深度的范围a_后′＝a_初′×V/n、进给量的范围f_z′＝f_初′×V/n；

其中V为所述修磨后刀具的加工性能变化比率，n为所述初始刀具发生折断的安全系数，v_初为所述初始刀具的切削线速度的范围、a_初′为所述初始刀具的切削深度的范围、f_初′为所述初始刀具的进给量的范围。

所述压痕区域接近所述被测刀具的主切削刃的一侧。

所述回转类刀具为立铣刀或钻头。

所述平面类刀具为车刀刀片或铣刀刀片。

通过本发明中的方法分别对同一型号的修磨后刀具和初始刀具进行压痕试验，并根据压痕区域的对角线长度变化率以及裂纹长度的变化率来反应修磨后刀具的加工性能变化比率V，并根据公式M_后＝M_初×V/n计算得到修磨后刀具的切削参数范围，通过此方法可以快速、准确的修磨后刀具的切削参数范围，如此能够根据修磨后刀具的切削参数范围合理的使用修磨后刀具，避免了由于切削参数不合理而导致刀具的切削力、扭矩过大的问题，进而避免了刀具突然断裂、工件损坏、机床受损等现象的发生。

附图说明

图1是本发明提供的修磨后刀具的切削参数范围的计算方法的流程图；

图2是本发明提供的回转类刀具上修磨区域及压痕试验位置的结构示意图；

图3是本发明提供的回转类刀具上修磨区域及压痕区域的结构示意图；

图4是本发明提供的平面类刀具上修磨区域及压痕区域的结构示意图；

图5是本发明提供的图3中的压痕区域的放大图；

图6是本发明提供的图4中的压痕区域的放大图。

其中，

1主切削刃，2裂纹，A修磨区域，B压痕区域。

具体实施方式

为了能够快速、准确的得到修磨后刀具的切削参数范围，如图1所示，本发明提供了一种修磨后刀具的切削参数范围的计算方法，所述方法包括：

步骤1、选取初始刀具，初始刀具为未修磨刀具，且初始刀具的型号与修磨后刀具的型号相同，采用同一压力分别将修磨后刀具和初始刀具做为被测刀具进行压痕试验，修磨后刀具的压痕区域位于修磨后刀具的修磨区域内，压痕试验过程采用的压头为四棱锥形压头，用四棱锥形压头分别在初始刀具和修磨后刀具的表面进行下压，在初始刀具和修磨后刀具的表面形成压痕区域；

其中，若做为被测刀具的初始刀具和修磨后刀具为回转类刀具时，例如为立铣刀或者钻头或者其他回转类刀具，在进行压痕试验时，可以采用维氏压头或者布式压头，如图2所示，使压头垂直向被测刀具移动，且压头的中心线与被测刀具的回转轴线垂直相交，且在压痕区域B内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的回转轴线在同一平面，另外两个棱边在被测刀具表面形成的压痕所在的平面与回转轴线垂直，例如如图3和图5所示为压头在修磨后刀具的修磨区域A内形成的压痕区域B，压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕a和b与被测刀具的回转轴线c在同一平面，另外两个棱边在被测刀具表面形成的压痕d和e所在的平面与回转轴线c垂直；对于回转类刀具，压痕区域B接近被测刀具的主切削刃1的一侧，将压痕区域B设置在此位置可以保证压痕试验不影响被测刀具的后续使用；

若做为被测刀具的初始刀具和修磨刀具为平面类刀具时，例如为车刀刀片或铣刀刀片或者其他平面类刀具，在进行压痕试验时，可以采用维氏压头，使压头的中心线与被测刀具的刀片表面垂直，且在压痕区域B内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的刃口区域的中分线在同一平面，如图4和图6所示为压头在修磨后刀具表面形成的压痕区域B，压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕a和b与被测刀具的刃口区域的中分线f在同一平面，对于平面类刀具，压痕区域B接近被测刀具的刃口的一侧，将压痕区域B设置在此位置可以保证压痕试验不影响被测刀具的后续使用。

步骤2、测量修磨后刀具压痕区域B的对角线长度a1、对角线延长线上所产生的裂纹长度b1，以及测量初始刀具压痕区域B的对角线长度a2、对角线延长线上所产生的裂纹长度b2；

若被测刀具为回转类刀具：对于修磨后刀具，如图5所示，为图3中的压痕区域B的放大图，将其压痕区域B内与修磨后刀具的回转轴线c在同一平面的对角线长度作为a1，将与回转轴线c在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹2的长度的平均值作为b1；对于初始刀具，将其压痕区域B内与初始刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度作为a2，将与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值作为b2；本发明中，可以采用显微镜进行对角线以及裂纹长度的测量，对于回转类刀具，采用显微镜对压痕区域B内与刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度a1进行测量时，可以将压痕区域B在显微镜焦平面的投影长度近似为对角线长度a1；

若被测刀具为平面类刀具，对于修磨后刀具，如图6所示，为图4中的压痕区域B的放大图，将其压痕区域B内的两条对角线长度的平均值作为a1，将两条对角线延长线上的四条裂纹2的长度的平均值作为b1；对于初始刀具，将其压痕区域B内的两条对角线长度的平均值作为a2，将两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值作为b2。

步骤3、计算对角线长度变化比率V1，V1＝a1/a2，计算裂纹长度变化比率V2，V2＝b1/b2，得到修磨后刀具的加工性能变化比率V，V＝max{V1，V2}；

其中，若修磨后刀具的对角线长度a1越接近初始刀具的对角线长度a2，修磨后刀具对角线延长线上所产生的裂纹长度b1越接近初始刀具对角线延长线上所产生的裂纹长度b2，则修磨后刀具的性能变化越小，即V1和V2越接近1，则代表修磨后刀具的加工性能变化越小，越大于1，则代表修磨后刀具的加工性能变化较大，因此，综合考虑V1和V2的大小，将V1和V2中的较大值作为修磨后刀具的加工性能变化率V，V越接近1，则代表修磨后刀具的加工性能越接近初始刀具，加工性能越好，V越大，则代表修磨后刀具的加工性能相对于初始刀具的加工性能改变较大，加工性能较差。

步骤4、根据修磨后刀具的加工性能变化比率V，计算修磨后刀具的切削参数的范围M_后，M_后＝M_初×V/n，M_初为初始刀具的切削参数的范围，n为初始刀具发生折断的安全系数。

具体地，若做为被测刀具的初始刀具和修磨后刀具为回转类刀具时，修磨后刀具的切削参数包括修磨后刀具的转速、每齿进给量、轴向进给速度和切削深度；初始刀具的切削参数包括初始刀具的转速、每齿进给量、轴向进给速度和切削深度；

则修磨后刀具的转速的范围S_后＝S_初×V/n、每齿进给量的范围f_后＝f_初×V/n、轴向进给速度的范围v_轴后＝v_轴初×V/n、切削深度的范围a_后＝a_初×V/n；

其中，V为修磨后刀具的加工性能变化比率，n为初始刀具发生折断的安全系数，n的取值范围为1.5～3，可取1.5～3中的任意实数，n的取值范围是对初始刀具产生的折断情况进行统计分析得出的，S_初为初始刀具的转速的范围、f_初为初始刀具的每齿进给量的范围、v_轴初为初始刀具的轴向进给速度的范围、a_初为初始刀具的切削深度的范围，其中，刀具生产商会给出初始刀具的切削参数范围M_初，即给出初始刀具的转速的范围S_初、每齿进给量的范围f_初、轴向进给速度的范围v_轴初、切削深度的范围a_初；

若做为被测刀具的初始刀具和修磨后刀具为平面类刀具时，修磨后刀具的切削参数包括修磨后刀具的切削线速度、切削深度和进给量；初始刀具的切削参数包括初始刀具的切削线速度、切削深度和进给量；

则修磨后刀具的切削线速度的范围v_后＝v_初×V/n、切削深度的范围a_后′＝a_初′×V/n、进给量的范围f_z′＝f_初′×V/n；

其中，V为修磨后刀具的加工性能变化比率，n为初始刀具发生折断的安全系数，n为初始刀具发生折断的安全系数，n的取值范围为1.5～3，可取1.5～3中的任意实数，n的取值范围是对初始刀具产生的折断情况进行统计分析得出的，v_初为初始刀具的切削线速度的范围、a_初′为初始刀具的切削深度的范围、f_初′为初始刀具的进给量的范围，其中，刀具生产商会给出初始刀具的切削参数范围M_初，即给出初始刀具的切削线速度的范围v_初、切削深度的范围a_初′、进给量的范围f_初′。

通过本发明中的方法分别对同一型号的修磨后刀具和初始刀具进行压痕试验，并根据压痕区域的对角线长度变化率以及裂纹长度的变化率来反应修磨后刀具的加工性能变化比率V，并根据公式M_后＝M_初×V/n计算得到修磨后刀具的切削参数范围，通过此方法可以快速、准确的修磨后刀具的切削参数范围，如此能够根据修磨后刀具的切削参数范围合理的使用修磨后刀具，避免了由于切削参数不合理而导致刀具的切削力、扭矩过大的问题，进而避免了刀具突然断裂、工件损坏、机床受损等现象的发生。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种修磨后刀具的切削参数范围的计算方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、选取初始刀具，初始刀具为未修磨刀具，且初始刀具的型号与修磨后刀具的型号相同，采用同一压力分别将修磨后刀具和初始刀具做为被测刀具进行压痕试验，修磨后刀具的压痕区域位于修磨后刀具的修磨区域内，压痕试验过程采用的压头为四棱锥形压头；

步骤2、测量所述修磨后刀具压痕区域的对角线长度a1、对角线延长线上所产生的裂纹长度b1，以及测量所述初始刀具压痕区域的对角线长度a2、对角线延长线上所产生的裂纹长度b2；

所述被测刀具为回转类刀具，在步骤1中进行压痕试验时，使所述压头的中心线与被测刀具的回转轴线垂直相交，且在压痕区域内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的回转轴线在同一平面，另外两个棱边在被测刀具表面形成的压痕所在的平面与所述回转轴线垂直；当被测刀具为回转类刀具时，对于所述修磨后刀具，所述修磨后刀具压痕区域的对角线长度a1为其压痕区域内与修磨后刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度，所述对角线延长线上所产生的裂纹长度b1为与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值；对于所述初始刀具，所述初始刀具压痕区域的对角线长度a2为其压痕区域内与初始刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度，所述对角线延长线上所产生的裂纹长度b2为与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值；

所述被测刀具为平面类刀具，在步骤1中进行压痕试验时，使所述压头的中心线与被测刀具的刀片表面垂直，且在压痕区域内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的刃口区域的中分线在同一平面；当被测刀具为平面类刀具时，对于所述修磨后刀具，所述修磨后刀具压痕区域的对角线长度a1为其压痕区域内的两条对角线长度的平均值，所述对角线延长线上所产生的裂纹长度b1为两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值；对于所述初始刀具，所述初始刀具压痕区域的对角线长度a2为其压痕区域内的两条对角线长度的平均值，所述对角线延长线上所产生的裂纹长度b2为两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值；

步骤3、计算对角线长度变化比率V1，V1＝a1/a2，计算裂纹长度变化比率V2，V2＝b1/b2，得到修磨后刀具的加工性能变化比率V，V＝max{V1，V2}；

步骤4、根据所述修磨后刀具的加工性能变化比率V，计算修磨后刀具的切削参数的范围M_后，M_后＝M_初×V/n，M_初为初始刀具的切削参数的范围，n为初始刀具发生折断的安全系数。

2.根据权利要求1所述的修磨后刀具的切削参数范围的计算方法，其特征在于，所述被测刀具为回转类刀具，在步骤4中，所述修磨后刀具的切削参数包括修磨后刀具的转速、每齿进给量、轴向进给速度和切削深度；所述初始刀具的切削参数包括初始刀具的转速、每齿进给量、轴向进给速度和切削深度；所述修磨后刀具的转速的范围S_后＝S_初×V/n、每齿进给量的范围f_后＝f_初×V/n、轴向进给速度的范围v_轴后＝v_轴初×V/n、切削深度的范围a_后＝a_初×V/n；

其中V为所述修磨后刀具的加工性能变化比率，n为所述初始刀具发生折断的安全系数，S_初为所述初始刀具的转速的范围、f_初为所述初始刀具的每齿进给量的范围、v_轴初为所述初始刀具的轴向进给速度的范围、a_初为所述初始刀具的切削深度的范围。

3.根据权利要求1所述的修磨后刀具的切削参数范围的计算方法，其特征在于，所述被测刀具为平面类刀具，在步骤4中，所述修磨后刀具的切削参数包括修磨后刀具的切削线速度、切削深度和进给量；所述初始刀具的切削参数包括初始刀具的切削线速度、切削深度和进给量；所述修磨后刀具的切削线速度的范围v_后＝v_初×V/n、切削深度的范围a_后'＝a_初'×V/n、进给量的范围f_z'＝f_初'×V/n；

其中V为所述修磨后刀具的加工性能变化比率，n为所述初始刀具发生折断的安全系数，v_初为所述初始刀具的切削线速度的范围、a_初'为所述初始刀具的切削深度的范围、f_初'为所述初始刀具的进给量的范围。

4.根据权利要求1所述的修磨后刀具的切削参数范围的计算方法，其特征在于，所述压痕区域接近所述被测刀具的主切削刃的一侧。

5.根据权利要求1所述的修磨后刀具的切削参数范围的计算方法，其特征在于，所述回转类刀具为立铣刀或钻头。

6.根据权利要求1所述的修磨后刀具的切削参数范围的计算方法，其特征在于，所述平面类刀具为车刀刀片或铣刀刀片。

Images