CN1415448A - 球头铣刀加工时工件表面凹凸模样控制方法 - Google Patents

Abstract

一种球头铣刀加工时工件表面凹凸模样控制方法属于机械加工工艺领域。本发明对于没有周向定位功能的数控机床，在主轴转速和移动速度不变的条件下，通过控制数控铣床铣刀的移动距离，来控制加工中铣刀的刀刃相位差，从而得到理想的加工表面凹凸模样。采用本发明方法能够得到有规律的加工表面凹凸模样，对于加工表面来说，可以延长表面使用寿命，降低表面的摩擦阻力，降低表面粗糙度，尤其当刀刃相位差为0°时，表面粗糙度将达到最小值，比没有规律的表面粗糙度下降30％～40％。

Description

球头铣刀加工时工件表面凹凸模样控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种工件表面凹凸模样控制方法，特别是一种球头铣刀加工时工件表面凹凸模样控制方法，属于机械加工工艺领域。

背景技术

在数控铣削加工中，为了提高加工效率，在不断加大主轴转速的同时，也不断的提高进给速度，即提高主轴每一转的进给量(以下将主轴每一转的进给量简称为“进给率”)。国外在切削时采用的进给率有时甚至达到0.4-0.5mm/r。经文献检索发现，趙晓明等人在《精密工学会誌》(日本)，1998，64(12)1826-1830，上撰文“5軸制御ボ一ルエンドミル加工におけゐ表面粗さ生成機構(使用球头铣刀的5坐标数控加工时表面粗糙度生成机理)”，该文提出如果使用球头铣刀，而且当主轴的进给率较大时，迄今为止的加工方法的加工表面在主轴进给方向上表现为一个个的凹坑相连，而从间歇进给方向上看，凹坑犬牙交错，排列无序，也就是说加工表面的凹凸模样没有规律。这样的表面不仅表面粗糙度高，而且表面的接触性能也不好。

铣刀某个刃在第i次进给的起始位置时的相位角_i与前一次进给时的相位角_i-1的差(_i-_i-1)称为刀刃相位差，用ω_i表示。文献还通过理论解析和计算机仿真证明了每次进刀时的“刀刃相位差”是影响加工表面凹凸模样排列方法的主要因素。在进给方向上出现按大—小—大—小规律变化的凹坑，是由于主轴在加工过程中存在回转偏心的结果。如果主轴的回转偏心很小，在进给方向上的凹坑大小也会趋于相同。加工过程中如果能适当的控制刀刃相位差，则会加工出整齐划一、有规律的凹凸模样，则该加工表面将具有延长使用寿命、降低表面摩擦力和粗糙度的优点。但是，实际加工中使用的数控铣床，一般都不具备周向定位功能，也就是说在加工过程中不能设定每次进给的刀刃相位差。

发明内容

本发明的目的在于填补现有技术的空缺，提供一种球头铣刀加工时工件表面凹凸模样控制方法，对于没有周向定位功能的数控机床，通过控制数控铣床铣刀的移动距离，来控制在加工中的刀刃相位差，从而得到理想的加工表面凹凸模样。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明方法如下：刀刃相位差由加工过程中的主轴转速、移动速度和铣刀的移动距离来决定。对于没有周向定位功能的数控机床，在主轴转速和移动速度不变的条件下，通过控制数控铣床铣刀的移动距离，来控制加工中铣刀的刀刃相位差，从而得到理想的加工表面凹凸模样。

以下对本发明方法进一步描述具体如下：

加工过程中铣刀完成了一个周期运动的轨迹为：铣刀首先送进距离L_a，在这段送进过程中，铣刀是切削工件的，然后铣刀抬起距离L_b、后退距离L_c、向旁边移动进给行距L_d、再落下距离L_e，设铣刀在两次进给时的起始点为A和B，则A、B之间的移动距离为L_amm、L_bmm、L_cmm、L_dmm与L_emm之和，当铣刀在这5个移动段的移动速度分别为v_amm/min、v_bmm/min、v_cmm/min、v_dmm/min和v_emm/min，主轴转速为nrpm时，

铣刀在两次进给之间所需要的时间T为： $T=\frac{L_a}{v_a}+\frac{L_b}{v_b}+\frac{L_c}{v_c}+\frac{L_d}{v_d}+\frac{L_e}{v_e}\left(\min \right)---\left(1\right)$

铣刀在两次进给之间所转过的转数为：

       M＝T·n＝M₁.M₂(r)                              (2)

铣刀转过的转数M为一个正实数，其中小数部分M₂则为前后两次进给时同一刀刃的相位差。

因此，前后两次进给时的刀刃相位差ω为：

       ω＝360*M₂(°)                                  (3)

由以上所述可知，在主轴转速n和进给速度v_a、v_b、v_c、v_d和v_e不变的条件下，通过调整铣刀的移动距离L_a、L_b、L_c、L_d和L_e，即可调整加工过程的刀刃相位差ω，其结果即可得到所需要的加工表面的凹凸模样。

本发明方法所采用机床是高精度的数控铣床，如果所用数控铣床不能正确按照设定的主轴转速和进给速度运动的话，即使按照前述方法调整了铣刀的移动距离，也可能得不到想要凹凸模样。因此，所用机床必须是高精度的。

本发明具有实质性特点和显著进步，采用本发明方法能够得到有规律的加工表面凹凸模样。这对于加工表面来说，有如下3个优点：(1)延长表面使用寿命：如果该表面为模具表面，则可使模具表面在结合时更趋均匀，因而增加模具表面的耐磨性，延长使用寿命；(2)降低表面的摩擦阻力：如果该表面为导轨面，除增加结合的均匀性外，还可利用这些凹坑存储润滑油，降低导轨的摩擦阻力；(3)降低表面粗糙度：当切削条件完全相同时，整齐划一的、有规律的凹凸模样比没有规律的凹凸模样的表面粗糙度小，尤其当刀刃相位差为0°时，表面粗糙度将达到最小值，比没有规律的表面粗糙度下降30％～40％。

附图说明

图1为本发明工作原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，在实际加工中，由于铣刀1的送进距离L_a、后退距离L_c以及进给行距L_d是固定不变的，所以，只能用抬刀距离L_b和进刀距离L_e来调整铣刀的移动距离，而抬刀距离L_b和进刀距离L_e是相等的，也就是说可以利用调整抬刀距离的大小来得到想要的凹凸模样。

工件2材料：黄铜；铣刀1材料：整体硬质合金、铣刀1半径5mm；吃刀深度0.2mm；主轴转速n＝250rpm；铣刀1倾斜角度15°；顺铣；进给速度v_a＝v_b＝v_c＝v_d＝v_e＝250mm/min；L_a＝L_c＝100mm，L_d＝0.5mm。

(a)当L_b＝L_e＝0.750mm时，由公式(1)-公式(3)求得刀刃相位差ω＝0°，根据实际加工结果，加工面的凹坑上下对应整齐，该种加工表面的粗糙度最小。

(b)当L_b＝L_e＝0.875mm时，由公式(1)-公式(3)求得刀刃相位差ω＝90°，根据实际加工结果，加工面的凹坑向前有一个错位，表面粗糙度比刀刃相位差ω＝0°的大。

(c)当L_b＝L_e＝1.000mm时，由公式(1)-公式(3)求得刀刃相位差ω＝180°，根据实际加工结果，前后两次进给时凹坑的排列刚好相反。也就是说，当前一次为“大→小→大→小”排列时，后一次即是“小→大→小→大”排列。当然，当主轴不存在回转偏心时，凹坑将是一样大小，这时，刀刃相位差ω＝180°的凹凸模样与ω＝0°的凹凸模样是一样。

(d)当L_b＝L_e＝1.125mm时，由公式(1)-公式(3)求得刀刃相位差ω＝270°，根据实际加工结果，加工面的凹坑向后有一个错位。

Claims (2)

1、一种球头铣刀加工时工件表面凹凸模样控制方法，其特征在于对于没有周向定位功能的数控机床，在主轴转速和移动速度不变的条件下，通过控制数控铣床铣刀(1)的移动距离，来控制加工中铣刀(1)的刀刃相位差，从而得到理想的加工表面凹凸模样。

2、根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于方法具体如下：加工过程中铣刀(1)完成了一个周期运动的轨迹为：铣刀(1)首先送进距离L_a，然后铣刀(1)抬起距离L_b、后退距离L_c、向旁边移动进给行距L_d、再落下距离L_e，设铣刀(1)在两次进给时的起始点为A和B，则A、B之间的移动距离为L_amm、L_bmm、L_cmm、L_dmm与L_emm之和，当主轴在这5个移动段的移动速度分别为v_amm/min、v_bmm/min、v_cmm/min、v_dmm/min和v_emm/min，主轴转速为nrpm时，

铣刀(1)在两次进给之间所需要的时间T为： $T=\frac{L_a}{v_a}+\frac{L_b}{v_b}+\frac{L_c}{v_c}+\frac{L_d}{v_d}+\frac{L_e}{v_e}\left(\min \right)---\left(1\right)$

铣刀(1)在两次进给之间所转过的转数为：

       M＝T·n＝M₁.M₂(r)                           (2)

铣刀(1)转过的转数M为一个正实数，其中小数部分M₂则为前后两次进给时同一刀刃的相位差。

前后两次进给时的刀刃相位差ω为：

        ω＝360*M₂(°)                               (3)

在主轴转速n和进给速度v_a、v_b、v_c、v_d和v_e不变的条件下，通过调整铣刀(1)的移动距离L_a、L_b、L_c、L_d和L_e，即可调整加工过程的刀刃相位差ω，其结果即可得到所需要的加工表面的凹凸模样。

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