CN115291564A - 一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法 - Google Patents

一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及切削加工及刀具技术领域，公开了一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法，该方法根据刀具所进行的不同加工类型的切削参数设定切削体积修正系数、刀具瞬时切削参数积分来求解切削体积，以该加工类型下切除材料的体积来表征刀具寿命；充分考虑了实际切削参数对刀具使用寿命的影响，相比于传统采用时间表征刀具寿命的方法更加准确，在实际生产中具有更大的生产指导意义，能够帮助加工中心针对自身所进行的加工类型准确控制换刀周期。

Description

一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法
技术领域
本发明涉及切削加工及刀具技术领域，具体的说，是一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法。
背景技术
在数控加工中，刀具是整个加工系统中的关键性因素之一，直接影响零件加工质量。刀具寿命时估测刀具性能的重要指标，在柔性自动化的加工模式下，刀具自动换刀是实现加工过程无人工干预的重要基础，而刀具寿命估测准确是实现自动换刀的前提。
传统方法中，通常以时间来表征刀具寿命，如专利号为“ZL201910983283.9”，专利名称为“一种刀具寿命确定方法”的专利申请公布的技术方案中便是以时间来估测刀具寿命，并用于指导钛合金加工过程中的自动换刀；
以时间来表征刀具寿命可为数控加工刀具应用提供重要支撑，但刀具寿命与加工工艺及切削参数紧密相关。同一把刀具加工相同特征采用不同的切削参数加工时，刀具寿命存在着显著差异，因此，仅仅用切削时间来表征刀具寿命，无法充分地考虑到加工工艺对刀具寿命的影响，不能准确地表征刀具寿命，对指导刀具的使用更换意义不大。
因此，亟需一种能够充分考虑加工工艺对刀具寿命的影响，并准确地表征刀具寿命的新的估测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法，根据刀具所进行的不同加工类型的切削参数设定切削体积修正系数、刀具瞬时切削参数积分来求解切削体积，以该加工类型下切除材料的体积来表征刀具寿命；充分考虑了实际切削参数对刀具使用寿命的影响，实现准确表征刀具寿命的功能，能够反映出不同加工工艺对刀具寿命的影响，准确表征应用于不同加工工艺情形下的刀具寿命，在实际生产中指导刀具的使用更换具有重要意义。
本发明通过下述技术方案实现：
首先，本发明提供了一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：确定加工类型，获取所述加工类型的标准切削参数，并根据所述标准切削参数计算出标准切削力；
步骤S2：获取刀具加工过程中的瞬时切削参数，并根据所述瞬时切削参数计算出瞬时切削力；
步骤S3：以所述瞬时切削力与所述标准切削力的比值，作为瞬时切削体积修正系数
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S4：获取刀具加工过程中的瞬时等效切深
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、瞬时等效切宽
Figure DEST_PATH_IMAGE003
、瞬时进给速度
Figure DEST_PATH_IMAGE004
、瞬时进给加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤S5：获取刀具工作时间T；
步骤S6：根据所述瞬时切削体积修正系数
Figure 105587DEST_PATH_IMAGE001
、瞬时等效切深
Figure 611655DEST_PATH_IMAGE002
、瞬时等效切宽
Figure 280403DEST_PATH_IMAGE003
、瞬时进给速度
Figure 897329DEST_PATH_IMAGE004
、瞬时进给加速度
Figure 718654DEST_PATH_IMAGE005
、刀具工作时间T，计算得到刀具寿命
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，所述刀具寿命式
Figure 598886DEST_PATH_IMAGE006
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述切削参数包括切深、切宽、进给速度、转速。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述刀具每次进行加工类型F加工的时长为刀具工作时间T，且所述刀具从全新状态到报废状态需要经过n次加工类型F的加工，则总刀具寿命
Figure 489350DEST_PATH_IMAGE006
的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述瞬时等效切深
Figure 113230DEST_PATH_IMAGE002
的获取方法如以下步骤：
步骤S41：过刀具轴线，创建与刀具进给方向垂直的平面P；
步骤S42：沿刀具进给方向在平面P上创建刀具与结构件的接触轮廓的投影，以所述投影在所述刀具轴线方向上的最大长度为瞬时等效切深
Figure 54641DEST_PATH_IMAGE002
。
为了更进一步地实现本发明，进一步地，所述瞬时等效切宽
Figure 151779DEST_PATH_IMAGE003
的获取方法如以下步骤：
步骤S43：计算所述投影的面积S，所述瞬时等效切宽
Figure 545851DEST_PATH_IMAGE003
为所述投影的面积S与所述瞬时等效切深
Figure 239000DEST_PATH_IMAGE002
的比值，即
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。
其次，本发明提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序指令，所述计机程序指令被执行时，可操作来实现上述的一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法。
最后，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上储运有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行上述的一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法。
附图说明
下面将结合附图对技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；
图1为钛合金飞机结构件及腹板加工的刀轨示意图；
图2为本发明过刀具轴线创建的平面P的示意图。
附图标记：1、结构件；2、刀具；21、刀具轴线；3、投影；4、平面P。
具体实施方式
以下结合实施例的具体实施方式，对本发明创造的上述内容再做进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段作出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
以下实施例的实施背景：结构件1上进行加工时形成刀轨如图1展示，其中位于结构件1中的环绕状线条表示刀具的铣削工作轨迹，伸出结构件1的竖直未闭合线条为刀具的入刀轨迹；图2展示位于刀轨的切削路径上的刀具2对结构件1进行切削时的示意图，过刀具2的刀具轴线21创建与刀具2进给方向垂直的平面P4；沿着刀具2进给方向在平面P4上创建与结构件1接触轮廓的投影3，投影3在刀具轴线方向上最大长度为瞬时等效切深
Figure DEST_PATH_IMAGE010
、投影3面积与瞬时等效切深
Figure 490378DEST_PATH_IMAGE010
比值为等效切宽
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。
实施例1：
本实施例提供了一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：确定加工类型F，获取所述加工类型F的标准切削参数，并根据所述标准切削参数计算出标准切削力；
步骤S2：获取刀具加工过程中的瞬时切削参数，并根据所述瞬时切削参数计算出瞬时切削力；
步骤S3：以所述瞬时切削力与所述标准切削力的比值，作为瞬时切削体积修正系数
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤S4：获取刀具加工过程中的瞬时等效切深
Figure 446832DEST_PATH_IMAGE010
、瞬时等效切宽
Figure 328201DEST_PATH_IMAGE011
、瞬时进给速度
Figure DEST_PATH_IMAGE013
、瞬时进给加速度
Figure 808729DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤S5：获取刀具工作时间T；
步骤S6：根据所述瞬时切削体积修正系数
Figure 459154DEST_PATH_IMAGE012
、瞬时等效切深
Figure 383247DEST_PATH_IMAGE010
、瞬时等效切宽
Figure 751912DEST_PATH_IMAGE011
、瞬时进给速度
Figure 301711DEST_PATH_IMAGE013
、瞬时进给加速度
Figure 72221DEST_PATH_IMAGE005
、刀具工作时间T，计算得到刀具寿命
Figure 167215DEST_PATH_IMAGE006
，所述刀具寿命式
Figure 757597DEST_PATH_IMAGE006
的计算公式为：
Figure 861819DEST_PATH_IMAGE007
。
为了更好地实现本实施例，进一步地，所述切削参数包括切深、切宽、进给速度、转速。
为了更好地实现本实施例，进一步地，所述刀具每次进行加工类型F加工的时长为刀具工作时间T，且所述刀具从全新状态到报废状态需要经过n次加工类型F的加工，则总刀具寿命
Figure 470524DEST_PATH_IMAGE006
的计算公式为：
Figure 1999DEST_PATH_IMAGE008
。
为了更好地实现本实施例，进一步地，如图2所示，所述瞬时等效切深
Figure DEST_PATH_IMAGE014
的获取方法如以下步骤：
步骤S41：过刀具轴线，创建与刀具进给方向垂直的平面P；
步骤S42：沿刀具进给方向在平面P上创建刀具与结构件的接触轮廓的投影，以所述投影在所述刀具轴线方向上的最大长度为瞬时等效切深
Figure 814097DEST_PATH_IMAGE010
。
为了更进一步地实现本实施例，进一步地，所述瞬时等效切宽
Figure DEST_PATH_IMAGE015
的获取方法如以下步骤：
步骤S43：计算所述投影的面积S，所述瞬时等效切宽
Figure 437190DEST_PATH_IMAGE011
为所述投影的面积S与所述瞬时等效切深
Figure 916713DEST_PATH_IMAGE010
的比值，即
Figure 353510DEST_PATH_IMAGE016
。
实施例2：
本实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序指令，所述计机程序指令被执行时，可操作来实现上述的一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法。
此外，本实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上储运有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行上述的一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例以如图1所示钛合金飞机结构件槽腹板加工为实际应用对象演示说明实施例1中提供的一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法；
该零件腹板加工选用机床、刀具及对应标准切削参数如下表1所示；选用的AB摆角立式机床最大加速度a=0.5g。
Figure 918484DEST_PATH_IMAGE017
使用同一把加工刀具对如图1中所示的结构件，加工6件后，刀具磨损严重不再满足使用要求，每件结构件的加工时长为3h25min，采用下式计算刀具寿命，
Figure 364509DEST_PATH_IMAGE018
。
对于该数控加工刀具寿命计算公式，由于加工类型只有腹板加工，故式中n=1；因加工6件，每件加工时间相同，则刀具寿命可由下式进行计算，
Figure 947806DEST_PATH_IMAGE019
。
根据设定的腹板加工切削参数及机床加减速性能，得到加工过程中的瞬时切削参数：瞬时等效切深
Figure 821084DEST_PATH_IMAGE020
、瞬时等效切宽
Figure DEST_PATH_IMAGE021
、瞬时进给速度
Figure 607774DEST_PATH_IMAGE013
、瞬时进给加速度
Figure 326332DEST_PATH_IMAGE022
；并根据切削力经验公式计算加工刀具瞬时切削力，进而求解公式中切削体积修正系数
Figure 295294DEST_PATH_IMAGE023
，采用积分函数求解“D20*40*80 R3N5” 整体硬质合金刀具的寿命为2698.2cm3。其中“D20*40*80 R3N5”表示该整体硬质合金刀为刀柄长20mm、刀长40mm、全长80mm、刃半径3mm的五齿型腔铣刀。
通过上述过程得到“D20*40*80 R3N5”整体硬质合金刀具，可为该型号刀具的后续使用提供依据，应用在加工中心上时，可根据切削体积量，精确把握合适的换刀时间，最大化充分使用每一把刀具，并避免因刀具磨损过度继续加工导致的加工精度不达标。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1：确定加工类型，获取所述加工类型的标准切削参数，并根据所述标准切削参数计算出标准切削力；
步骤S2：获取刀具加工过程中的瞬时切削参数，并根据所述瞬时切削参数计算出瞬时切削力；
步骤S3：以所述瞬时切削力与所述标准切削力的比值，作为瞬时切削体积修正系数
Figure 93044DEST_PATH_IMAGE001
；步骤S4：获取刀具加工过程中的瞬时等效切深
Figure 479026DEST_PATH_IMAGE002
、瞬时等效切宽
Figure 462026DEST_PATH_IMAGE003
、瞬时进给速度
Figure 326077DEST_PATH_IMAGE004
、瞬时进给加速度
Figure 858558DEST_PATH_IMAGE005
；
步骤S5：获取刀具工作时间T；
步骤S6：根据所述瞬时切削体积修正系数
Figure 946600DEST_PATH_IMAGE001
、瞬时等效切深
Figure 682475DEST_PATH_IMAGE002
、瞬时等效切宽
Figure 84637DEST_PATH_IMAGE003
、瞬时进给速度
Figure 222357DEST_PATH_IMAGE004
、瞬时进给加速度
Figure 481300DEST_PATH_IMAGE005
、刀具工作时间T，计算得到刀具寿命
Figure 953739DEST_PATH_IMAGE006
，所述刀具寿命式
Figure 894013DEST_PATH_IMAGE006
的计算公式为：
Figure 886240DEST_PATH_IMAGE007
。
2.根据权利要求1所述的一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法，其特征在于：所述切削参数包括切深、切宽、进给速度、转速。
3.根据权利要求1所述的一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法，其特征在于：所述刀具每次进行加工类型F加工的时长为刀具工作时间T，且所述刀具从全新状态到报废状态需要经过n次加工类型F的加工，则总刀具寿命
Figure 581663DEST_PATH_IMAGE006
的计算公式为：
Figure 292131DEST_PATH_IMAGE008
。
4.根据权利要求1所述的一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法，其特征在于：所述瞬时等效切深
Figure 288293DEST_PATH_IMAGE009
的获取方法如以下步骤：
步骤S41：过刀具轴线，创建与刀具进给方向垂直的平面P；
步骤S42：沿刀具进给方向在平面P上创建刀具与结构件的接触轮廓的投影，以所述投影在所述刀具轴线方向上的最大长度为瞬时等效切深
Figure 135026DEST_PATH_IMAGE002
。
5.根据权利要求4所述的一种基于切削体积的数控加工刀具寿命评价方法，其特征在于：所述瞬时等效切宽
Figure 735772DEST_PATH_IMAGE003
的获取方法如以下步骤：
步骤S43：计算所述投影的面积S，所述瞬时等效切宽
Figure 933535DEST_PATH_IMAGE003
为所述投影的面积S与所述瞬时等效切深
Figure 215612DEST_PATH_IMAGE002
的比值。
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