CN115741234A - 一种铣刀刀面磨损量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铣刀检测技术领域,具体为一种铣刀刀面磨损量测量方法,包括获取未磨损铣刀刀片的前、后刀面图像,并构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线;待铣刀加工零件以后,获取磨损铣刀刀片的前、后刀面图像;并构建铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线;基于铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线和铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线获取铣刀刀面磨损量。本技术方案根据铣刀使用前后相应位置的轮廓曲线获取铣刀的磨损量,实施简单,且结果可靠,能够更加准确的揭示沿切削刃长度范围,后刀面磨损宽度的变化特性,以便于后期通过磨损面积与后刀面的磨损宽度变化趋势对刀具的使用寿命进行精确的控制。
Description
技术领域
本发明涉及铣刀检测技术领域,具体为一种铣刀刀面磨损量测量方法。
背景技术
铣刀的磨损会对钛合金工件的加工精度和表面质量有着重要的影响。而且在铣削钛合金过程中,铣刀与工件发生碰撞、冲击使其产生激烈应变,受工件特征多变与非线性强耦合场分布随机性影响,铣刀刃口区及前后刀面应力和速度分布具有复杂性和不确性,造成铣刀磨损的不确定性。因此,时刻了解刀具的磨损状态是十分重要的。
基于上述需要,现有技术中的铣刀磨损检测方法如公开号为CN109940461A的中国发明专利公开的一种高进给铣刀刀齿后刀面磨损特性的检测方法,具体是通过高进给铣刀刀齿后刀面磨损测试实验方法,在每组实验前测量高进给铣刀刀齿误差,并使用同一刀体和相同的安装定位方式,更换多组刀片的换刀方式,进行轴向分层铣削的高进给铣刀刀齿后刀面磨损实验,同时,测量每组切削过程的振动加速度信号,不仅完整的获取刀齿后刀面磨损过程中完整的实验数据,为后续高进给铣刀刀齿后刀面磨损特性分析方法提供数据支持,而且解决了停机测量刀具磨损引起的铣刀热力耦合场耗散对刀具磨损数据准确性的影响问题和频繁换刀所引起刀具模态改变对切削振动的影响问题。可见,现有技术普遍通过刀具磨损实验,提取切削刃后刀面平均磨损宽度、切削刃后刀面中段平均磨损宽度或最大磨损宽度,获得刀具磨损特性曲线,揭示刀具后刀面磨损宽度随切削行程变化特性,如此利用刀具磨钝标准计算刀具使用寿命,无法准确的揭示磨损状态,确定刀具使用寿命,从而提被加工结构件表面质量。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足,本发明提出一种铣刀刀面磨损量测量方法,具体如下:
一种铣刀刀面磨损量测量方法,包括以下步骤:
S1,获取未磨损铣刀刀片的前、后刀面图像;
S2,基于S1获取的前、后刀面图像,构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线;
S3,待铣刀加工零件以后,获取磨损铣刀刀片的前、后刀面图像;
S4,基于S3获取的前、后刀面图像,构建铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线;
S5,基于铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线和铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线获取铣刀刀面磨损量。
优选的,所述S1和S3中,是通过超景深显微镜拍摄获取铣刀刀片的前、后刀面图像,
优选的,所述S2中,构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线包括以下步骤:
基于S1获取的前、后刀面图像,在铣刀的切削刃上等间距获取若干基准采样点;
在铣刀刀片上方画出一条水平基准线;
在各基准采样点与水平基准线之间分别建立垂直辅助线;
基于垂直辅助线,度量各基准采样点与水平基准线的距离;
根据铣刀刀片后角对距离数据进行修正,以构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线。
优选的,所述S4中,构建铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线包括以下步骤:
延长各基准采样点对应的垂直辅助线至铣刀刀齿后刀面磨损区域的外轮廓,令各垂直辅助线与外轮廓的交点为磨损采样点;
基于延长后的垂直辅助线,获得水平基准线到各磨损采样点的距离;
根据铣刀刀片后角对距离数据进行修正,构建铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线。
优选的,所述S2中和S4中,是分别使用matlab对相应修正后的距离数据进行拟合,以分别获得原始轮廓曲线方程 和磨损轮廓曲线方程,再分别根据原始轮廓曲线方程 和磨损轮廓曲线方程获取铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线和铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线。
优选的,所述原始轮廓曲线方程为:
其中,a 1、b 1、c 1、a 2、b 2、c 2、a 3、b 3、c 3、a 4、b 4、c 4、a 5、b 5、c 5、a 6、b 6、c 6、a 7、b 7、c 7都表示为拟合系数,表示为基准采样点和磨损采样点在X轴上的坐标值。
优选的,所述磨损轮廓曲线方程为:
其中,a 8、b 8、c 8、a 9、b 9、c 9、a 10、b 10、c 10、a 11、b 11、c 11、a 12、b 12、c 12、a 13、b 13、c 13、a 14、b 14、c 14、a 15、b 15、c 15都表示为拟合系数, 表示为基准采样点和磨损采样点在X轴上的坐标值。
优选的,所述S5中,磨损量包括磨损面积,获取磨损面积的方法为:运用matlab对铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线和铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线进行积分,两条曲线围成的面积即为铣刀刀片底刃后刀面磨损面积。。
本发明所带来的有益的技术效果:
1)本发明提供一种铣刀刀面磨损量测量方法,根据铣刀使用前后相应位置的轮廓曲线获取铣刀的磨损量,实施简单,且结果可靠,能够更加准确的揭示沿切削刃长度范围,后刀面磨损宽度的变化特性,以便于后期通过磨损面积与后刀面的磨损宽度变化趋势对刀具的使用寿命进行精确的控制。
2)本发明提供一种铣刀刀面磨损量测量方法,包含了切削刃原始轮廓曲线方程和后刀面磨损轮廓方程的构建以及铣削钛合金铣刀刀片后刀面磨损宽度和面积的测量,采用该方法能够揭示出在一定切削行程下,参与切削的刀具切削刃长度范围内不同位置处后刀面磨损宽度的大小以及后刀面的磨损面积,可用于定量描述铣削钛合金铣刀刀片后刀面磨损状态,精确计算刀具的使用寿命,有利于提高所加工结构件的表面质量。
附图说明
图1为未磨损铣刀刀片的前、后刀面示意图;
图2为铣刀刀片底切削刃上各基准采样点距水平基准线距离统计表;
图3为铣刀刀片轴向结构图;
图4为铣刀刀片径向剖视结构示意图;
图5为修正后的铣刀刀片底切削刃上各基准采样点距水平基准线距离统计表;
图6为铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线示意图;
图7为铣刀刀片底切削刃原始轮廓线方程系数统计表;
图8为铣刀刀片底切削刃后刀面磨损示意图;
图9为铣刀刀片底切削刃上磨损轮廓区域的磨损采样点距水平基准线距离统计表;
图10为修正后的铣刀刀片底切削刃上磨损轮廓区域的磨损采样点距水平基准线距离统计表;
图11为铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线示意图;
图12为铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线方程系数统计表;
图13为铣刀刀片底刃原始轮廓曲线与磨损轮廓曲线相对位置关系示意图;
图14为磨损宽度的计算结果示意图。
图中:
1、底角轮廓线;2、底切削刃轮廓线;3、底刃;4、底刃后刀面;5、底刃前刀面;6、水平基准线;7、垂直辅助线。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、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。
因此,以下对在附图中提供的本发明的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例公开一种铣刀刀面磨损量测量方法,作为本发明一种优选的实施方案,以型号为P26339R14WSP45S的铣刀刀片为例,具体包括以下步骤:
S1,使用超景深显微镜对未磨损铣刀刀片的前、后刀面进行观测,并获取未磨损铣刀刀片的前、后刀面图像,如图1所示。
S2,基于S1获取的前、后刀面图像,构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线,具体的:
基于S1获取的前、后刀面图像,将铣刀刀片底刃前刀面处的底刃原始轮廓线与底角原始轮廓线的交点F作为测量起始点,并沿切削刃方向等间距选取37个基准采样点(p 1,p 2, ..., p 37);
在距离第37个基准采样点正上方1500µm处画一条水平线,并以此作为水平基准线OE;
以O为原点,OE为X轴建立坐标系,在各基准采样点与水平基准线之间分别建立垂直辅助线;
基于垂直辅助线,度量各基准采样点与水平基准线的距离,测量结果如图2所示;
基于如图3和图4所示的铣刀刀片结构,根据铣刀刀片后角对距离数据进行修正,以构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线。图中,r为铣刀刀片底角圆角半径,d为铣刀刀片内圆半径,α为铣刀刀片底刃后角,s为铣刀刀片厚度。图2中的数据是真实数据在水平面上的投影,故修正公式为: ;其中,为测量值,为修正值,为铣刀刀片底刃后角。由于高铣刀刀片(P26339R14WSP45S)底切削刃的后角 =14°,则修正公式为,修正后的距离数据如图5所示;
使用matlab对修正后的距离数据(图5中的数据)进行拟合,以获得原始轮廓曲线方程:
其中,a 1、b 1、c 1、a 2、b 2、c 2、a 3、b 3、c 3、a 4、b 4、c 4、a 5、b 5、c 5、a 6、b 6、c 6、a 7、b 7、c 7都表示为拟合系数,在本实施例中,前述各拟合系数取值如图7所示;表示为基准采样点和磨损采样点在X轴上的坐标值;
根据原始轮廓曲线方程构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线,如图6所示。
S3,采用直径为32mm的高进给铣刀在大连VDL-1000E铣床上进行顺铣铣削实验。铣削参数为转速1154(r/min)、进给速度为501.6(mm/min)、切削深度0.5mm、切削宽度17mm。实验结束即表示铣刀加工零件结束。待铣刀加工零件以后,使用超景深显微镜获取磨损铣刀刀片的前、后刀面图像(如图8所示,与铣刀刀片的相应图像在同一投影面内)。
S4,基于S3获取的前、后刀面图像,构建铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线。具体的:在如图1所示的测量基础之上,延长各基准采样点对应的垂直辅助线至铣刀刀齿后刀面磨损区域的外轮廓,令各垂直辅助线与外轮廓的交点为磨损采样点,如图8所示;
基于延长后的垂直辅助线,获得水平基准线到各磨损采样点的距离(q 1, q 2, ...,q 37),测量结果如图9所示;
使用matlab对修正后的距离数据(图10中的数据)进行拟合,以获得磨损轮廓曲线方程:
其中,a 8、b 8、c 8、a 9、b 9、c 9、a 10、b 10、c 10、a 11、b 11、c 11、a 12、b 12、c 12、a 13、b 13、c 13、a 14、b 14、c 14、a 15、b 15、c 15都表示为拟合系数,在本实施例中,前述各拟合系数取值如图12所示;表示为基准采样点和磨损采样点在X轴上的坐标值;
根据磨损轮廓曲线方程构建铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线,如图11所示。
S5,基于铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线和铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线获取铣刀刀面磨损量。其中,磨损量包括磨损宽度和磨损面积。
获取磨损面积的方法为:运用matlab对铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线和铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线进行积分,两条曲线围成的面积即为铣刀刀片底刃后刀面磨损面积,则有:3.6580×107-3.3132 ×107=3.448 ×106(µm2)。
Claims (10)
1.一种铣刀刀面磨损量测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,获取未磨损铣刀刀片的前、后刀面图像;
S2,基于S1获取的前、后刀面图像,构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线;
S3,待铣刀加工零件以后,获取磨损铣刀刀片的前、后刀面图像;
S4,基于S3获取的前、后刀面图像,构建铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线;
S5,基于铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线和铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线获取铣刀刀面磨损量。
2.如权利要求1所述一种铣刀刀面磨损量测量方法,其特征在于:所述S1和S3中,是通过超景深显微镜拍摄获取铣刀刀片的前、后刀面图像。
3.如权利要求1所述一种铣刀刀面磨损量测量方法,其特征在于:所述S2中,构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线包括以下步骤:
基于S1获取的前、后刀面图像,在铣刀的切削刃上等间距获取若干基准采样点;
在铣刀刀片上方画出一条水平基准线;
在各基准采样点与水平基准线之间分别建立垂直辅助线;
基于垂直辅助线,度量各基准采样点与水平基准线的距离;
根据铣刀刀片后角对距离数据进行修正,以构建铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线。
4.如权利要求3所述一种铣刀刀面磨损量测量方法,其特征在于:所述S4中,构建铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线包括以下步骤:
延长各基准采样点对应的垂直辅助线至铣刀刀齿后刀面磨损区域的外轮廓,令各垂直辅助线与外轮廓的交点为磨损采样点;
基于延长后的垂直辅助线,获得水平基准线到各磨损采样点的距离;
根据铣刀刀片后角对距离数据进行修正,构建铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线。
10.如权利要求6所述一种铣刀刀面磨损量测量方法,其特征在于,所述S5中,磨损量包括磨损面积,获取磨损面积的方法为:运用matlab对铣刀刀片切削刃原始轮廓曲线和铣刀刀片切削刃后刀面磨损轮廓曲线进行积分,两条曲线围成的面积即为铣刀刀片底刃后刀面磨损面积。
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