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CN104959667A - 一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法 - Google Patents

一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，所述刀具能够减小加工不同硬度的淬硬钢拼接模具过程中引起的振动，提高刀具寿命和工件表面质量，改变后刀面的形状提高刀具刀尖强度。所述为整体式硬质合金端铣刀。该铣刀包括刀柄(1)和圆弧头(2)，圆弧头包括大曲率圆弧(2-1)，小曲率圆弧(2-2)。齿间角分别为87°，93°，87°，93°，齿间对等角相等。螺旋角(r)为38°，螺旋角(v)为40°，刀具端刃后刀面(10)和周刃后刀面(6)为偏心形。前角大小范围：0~3°，第一后角的范围：8°~10°，第二后角的范围：15°~22°。刀具中心位置有冷却通道(3)，所述的为4条冷却通道，分别位于4条切削刃端齿容屑槽(7)。本发明同时为该类型的刀具磨削提供了参考。

Description

一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法
技术领域
本发明涉及一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法。
背景技术
针对具有小曲率自由曲面的模具，例如汽车覆盖件，其结构形状复杂。汽车覆盖件加工主要使用球头铣刀和环形铣刀。在三轴加工小曲率自由曲面时，球头铣刀加工带宽窄，步距小，效率低，精度低。特别对于具有不同硬度的淬硬钢拼接模具加工引起的振动带来的刀具的磨损和破损和工件表面精度低等问题制约着汽车覆盖件的发展。近年来，为了提高加工效率出现了用非球头铣刀（椭球头铣刀和双曲线球头铣刀）加工小曲率自由曲面模具，虽然提高了加工效率但是由于是刀头部分是规律曲线（椭圆、双曲线），造成机床加工曲面加工编程点难以确定，增加了编程的难度。在磨削刀具方面，传统的刀具磨削常采用机床自带的软件和经验式加工方法，降低了铣刀磨削精度，最终降低模具的加工精确度，缩短刀具寿命，降低数控加工设备性能的充分发挥。
发明内容
本发明的目的是提供一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，能够实现小曲率自由曲面铣削，减小加工不同硬度的淬硬钢拼接模具切削过程中引起的刀具振动，提高刀具寿命和工件表面加工质量。解决了铣刀在切入工件时，切削刃易发生破损的问题。解决了球头铣刀加工带宽窄，步距小，效率低的问题。解决了非球头铣刀（椭球头铣刀和双曲线球头铣刀）在加工小曲率自由曲面时，编程加工点难以确定的问题。在磨削方面，利用设计的刀具刃线和螺旋线方程，通过坐标转换确定磨削砂轮中心的矢量方向和砂轮中心点坐标得出砂轮的磨削点轨迹，解决了砂轮的磨削过程中的损耗，同时提高的铣刀的制造精度。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法， 所述铣削刀具为整体式硬质合金铣削刀具，它包括刀柄，圆弧头其特征在于有两段圆弧组成分别是小圆弧，直径为2mm大圆弧，直径为10mm，两端圆弧光滑连接组成圆弧头。实现了在相同的步距下，提高加工带宽，同时减小了加工表面的残留高度。
一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征：所述的圆弧头铣刀的不等齿距，螺旋角分别为38°，40°，齿间角分别为87°，93°，87°，93°，齿间对等角相等。减小了在铣削过程中因为铣削不同硬度的淬硬钢模具引起的刀具振动，这样的结构减振性能较好，同时提高了刀具寿命和加工工件表面加工质量。
一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，对于加工不同硬度的拼接硬钢拼接模具其特征：所述的刀具端刃前角为0°~3°，周刃前角为0°~10°，第一后角范围：8°~10°，第二后角范围：15°~20°。
一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征：刀具中心位置有冷却通道，所述的冷却通道出口位于刀头部分，4条冷却通道分别位于4条切削刃端齿容屑槽。利于将产生热量的切屑带走，降低了过程产生的热量，保护了刀具切削的切削刃，延长了刀具寿命。
一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征：刀具端刃和周刃部分后刀面为偏心形。这样刀尖强度，延长刀具寿命，解决了刀具在切入工件已发生破损的问题。
结合图7一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其前刀面的磨削方法：不等距圆弧头铣刀前刀面磨削方法，确定平砂轮磨削铣刀圆弧头切削刃与槽螺旋切削刃的前刀面时，根据不同切削刃螺旋角的大小确定砂轮的安装角后，刀具坐标系、砂轮坐标系和磨削点坐标系。砂轮从切削刃上端点开始，建立磨削起始点的砂轮中心点在磨削点坐标系的坐标，砂轮的轴线矢量平行于磨削点所在的顶刃前刀面的法矢量，磨削方向为切削刃的切线方向。磨削下一点的砂轮中心点坐标通过上一点的砂轮中心点坐标、砂轮旋转角度和刀具旋转角度和磨削点坐标系的坐标转换建立，砂轮的轴线矢量平行于磨削点所在的前刀面的法矢量，磨削方向为该段刃线的切线方向。这样的方法运动到切削刃的端点时，进行另一条切削刃磨削，砂轮的轴线矢量始终平行于磨削点所在的前刀面的法矢量运动，磨削方向为该切削刃的切线方向。当运动到该切削刃的端点时，进行周刃磨削，砂轮轴线矢量平行于周刃的前刀面法矢量，磨削方向为周刃的切线方向，由各点的磨削砂轮中心点的坐标和砂轮轴线矢量确定砂轮的磨削轨迹。三段切削刃的光滑连接确保砂轮磨削形成光顺螺旋面以及准确前刀面。
一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其后刀面的磨削方法：确定平型砂轮磨削铣刀圆弧头切削刃与槽螺旋切削刃的后刀面时，确定砂轮的倾角μ后，倾斜角度为刀具的第一后角砂轮的安装角，根据切削刃方程砂轮从切削刃端点开始，建立磨削起始点的砂轮在磨削点坐标系的中心点的坐标，砂轮的轴线矢量平行于顶刃后刀面的法矢量，砂轮磨削方向为切削刃的切线方向。磨削下一点的砂轮中心点坐标通过上一点砂轮的中心点的坐标、砂轮旋转角度和刀具旋转角度和磨削点坐标系的坐标转换建立，方向是刀刃曲线的切矢量方向。这样运动到切削刃的端点时，砂轮会沿着另一个切削刃的切矢量方向运动，当运动到其的端点时，砂轮将沿着周刃的切线矢量方向磨削，砂轮的轴线矢量平行于周刃后刀面的法线矢量，由各点的磨削砂轮中心点的坐标和砂轮轴线矢量确定砂轮的磨削轨迹。三段切削刃的光滑连接确保砂轮磨削形成光顺第一后刀面，同样的方法进行第二后刀面的磨削。
一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其圆弧头铣刀的不等距磨削方法：砂轮磨削铣刀不等距时，根据当磨削完一条切削刃时，根据齿间角的大小，刀具绕着坐标系Z轴对应旋转相应的齿间角角度进行第二条切削刃的磨削，同样的方法进行第三条、第四条切削刃的磨削。
一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，所述的铣刀磨削完成后通过G3刀检仪进行刃线的检测和万能工具显微镜进行前角、 后角、螺旋角精度检测，证实所采用加工方法精准可靠。
本发明相对于现代技术的有益效果：
1、本发明一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，该刀具采用不等距刀具设计，解决了刀具在加工不同硬度淬硬钢拼接模具的引起的刀具振动，加工质量不高，同时提高了刀具寿命。
2、本发明一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，所述的圆弧头铣削刀头包括刀具端刃的小曲率球头，半径为5mm，所述的小曲率球头和刀具周刃之间是大曲率球头，大曲率半径为1mm，两端圆弧光滑连接。解决了球头铣刀在加工小曲率平面，加工带宽窄，加工行距小，加工精度低的问题。
3、本发明一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，所述的刀具为硬质合金材料，所述的圆弧头铣削刀头包括刀具端刃的小曲率球头，半径为5mm，所述的小曲率球头和刀具周刃之间是大曲率球头（2-1），半径为1mm。解决了非球头铣刀（椭球头铣刀、双曲线球头铣刀）在加工中编程中心点难以确定的问题。
4、本发明一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征：刀具端刃和周刃后刀面为偏心形。这样可以保护切削刃，减少刀具磨损，延长刀具寿命。
5、本发明一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征：刀具中心位置有冷却通道，4条冷却通道，所述的冷却通道出口在刀头部分，分别位于4条切削刃端齿容屑槽，利于将产生的切屑带走，同时减少了刀具切削刃的热量，保护了刀具切削的切削刃，延长了刀具寿命。
综上所述，本发明的刀具结构对加工小曲率自由曲面不同硬度淬硬钢拼接模具能够减小切削振动，改善加工工件表面质量，同时提高了刀具寿命和加工效率。
本发明一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法通过坐标转换，建立砂轮的磨削轨迹等能精准定位砂轮的方向和位置，在保证刀具几何角度及切削刃强度情况下，缩短了磨削时间，提高了磨削精度。
附图说明
图1是本发明的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法整体结构示意图。
图2是端部切削刃的放大图。
图3是图1的左视图。
图4是图1的右视图。
图5是加工小曲率自由曲面的刀具对比，虚线轮廓为球头铣刀，实线轮廓为圆弧头铣刀。Δh2为圆弧头铣刀切削表面残留高度图，Δh1为球头铣刀切削表面残留高度图，d1为球铣刀切削带宽，d2为圆弧头铣刀切削带宽。
图6是图1的F-F截面放大图。
图7是图1的K-K截面放大图。
图8是砂轮磨削圆弧头铣刀磨削前刀面和螺旋槽路径图，刀具坐标系O-XYZ，砂轮坐标系O1-X1Y1Z1，磨削点坐标系O2-X2Y2Z2。
图9是砂轮磨削圆弧头铣刀磨削后刀面路径图，刀具坐标系O-XYZ，砂轮坐标系O3-X3Y3Z3，磨削点坐标系O4-X4Y4Z4。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、2、4一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，所述刀具为整体式结构，刀具材料为硬质合金。该铣刀包括刀柄（1）和圆弧头（2），刀柄直径为8mm，圆弧头包括小曲率圆弧（2-2），圆弧半径为5mm，大曲率圆弧（2-1），圆弧半径为1mm。两端圆弧光滑连接构成该铣刀的圆弧头。效果：在相同步距下，提高切削带宽(d2>d1)，提高了加工效率，改善加工质量（Δh2<Δh1）。
具体实施方式二：结合图1、3一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，（A-A）之间的夹角为87°，（B-B）之间的夹角为93°，螺旋角（r）为38°，螺旋角（v）为40°。效果：避免了不同硬度的淬硬钢拼接模具在切削过程中造成加工稳定性造成的影响，减小切削过程中的刀具振动，提高了刀具寿命和加工工件表面质量。
具体实施方式三：结合图6、7一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，刀具端刃后刀面（6）和周刃后刀面（10）为偏心形。效果：可以保护切削刃，减少刀具磨损，延长刀具寿命。
具体实施方式四：结合图6一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，端刃(2)前角m1的范围：0°~3°，端刃(2)后角n1的范围：8°~10°，端刃(2)后角n2的范围：15°~22°。
具体实施方式五：结合图7一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，周刃(8)前角p为0°~10°，周刃（8)后角q1的范围：8°~10°，周刃(12)后角q2的范围：15°~22°。
具体实施方式六：结合图4一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，刀具中心位置有冷却通道，分别为（3-1），（3-2），（3-3），（3-4）。所述的冷却通道为4条冷却通道，出口在圆弧头部分，分别位于4条切削刃端齿容屑槽(7)。效果：将产生的切屑带走，同时减少了刀具切削刃的热量，保护了刀具切削的切削刃，延长了刀具寿命。
具体实施方式七：结合图8一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其前刀面的磨削方法：不等距圆弧头铣刀前刀面磨削方法，确定平砂轮磨削铣刀圆弧头切削刃（2-1）和（2-2）的前刀面时，根据不同切削刃螺旋角的大小确定砂轮的安装角α后，刀具坐标系O-XYZ，砂轮坐标系O1-X1Y1Z1，磨削点坐标系O2-X2Y2Z2。砂轮从切削刃（2-2）上端点开始，建立磨削起始点的砂轮中心点在坐标系O2-X2Y2Z2的坐标，砂轮的轴线矢量平行于磨削点所在的顶刃前刀面(13)的法矢量T3，磨削方向为T1。磨削下一点的砂轮中心点坐标通过上一点的砂轮中心点坐标、砂轮旋转ω1角度和刀具旋转ω2角度和磨削点坐标系O2-X2Y2Z2的坐标转换建立，砂轮的轴线矢量平行于磨削点所在的前刀面的法矢量T3，磨削方向为该段刃线的切线方向T1。这样的方法运动到切削刃（2-2）的端点时，砂轮的轴线矢量始终平行于磨削点所在的前刀面的法矢量T3运动，磨削方向为T2。当运动到切削刃（2-1）的端点时，砂轮轴线矢量平行于周刃（8）的前刀面(14)法矢量T4，磨削方向为周刃（8）的切线方向T，由各点的磨削砂轮中心点的坐标和砂轮轴线矢量确定砂轮的磨削轨迹。三段切削刃的光滑连接确保砂轮磨削形成光顺螺旋面以及准确前刀面。
具体实施方式八：结合图9一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其偏心形后刀面的磨削方法：确定平型砂轮磨削铣刀圆弧头切削刃（2-1）和（2-2）的后刀面（6）、（10）时，确定砂轮的倾角μ后，倾斜角度为刀具的第一后角（n1）砂轮的安装角β，刀具坐标系O-XYZ，砂轮坐标系O3-X3Y3Z3，磨削点坐标系O4-X4Y4Z4。根据切削刃方程砂轮从切削刃（2-2）上端点开始，建立磨削起始点的砂轮在磨削点坐标系O4-X4Y4Z4的中心点的坐标，砂轮的轴线矢量平行于顶刃后刀面(11)的法矢量T5，砂轮磨削方向为T1。磨削下一点的砂轮中心点坐标通过上一点砂轮的中心点的坐标、砂轮旋转ω3角度和刀具旋转ω4角度和磨削点坐标系O4-X4Y4Z4的坐标转换建立，方向是刀刃曲线的切矢量T1方向。这样运动到切削刃（2-2）的端点时，砂轮会沿着切削刃（2-1）的切矢量T2方向运动，当运动到切削刃（2-1）的端点时，砂轮将沿着周刃（8）的切线矢量T方向磨削，砂轮的轴线矢量平行于周刃（8）后刀面(6)的法线矢量T6，由各点的磨削砂轮中心点的坐标和砂轮轴线矢量确定砂轮的磨削轨迹。三段切削刃的光滑连接确保砂轮磨削形成光顺第一后刀面（6）、（10），同样的方法进行第二后刀面（5）、（9）的磨削。
具体实施方式九：结合实施方式七和实施方式八一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其圆弧头铣刀的不等距磨削方法：砂轮磨削铣刀不等距时，当磨削完一条切削刃（2-3）时，刀具绕着坐标系Z轴旋转角度（A-A）进行第二条切削刃（2-4）的磨削，同样的方法进行第三条、第四条切削刃的磨削。
具体实施方式十：结合一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，所述的铣刀磨削完成后通过G3刀检仪进行刃线的检测和万能工具显微镜进行前角、 后角、螺旋角精度检测，证实所采用加工方法精准可靠。

Claims (10)

1.一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法， 所述铣削刀具为整体式硬质合金铣削刀具，它包括刀柄（1），刀头（2）其特征在于有两段圆弧组成分别是小圆弧（2-1）、大圆弧（2-2）,4条切削刃，所述的刀具中心位置有冷却液通道，所述的冷却液通道出口位于刀具端部。
2.根据权利要求1所述的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征:所述的圆弧头铣削刀头包括刀具端部的小曲率球头， 所述的小曲率球头和刀具之间是大曲率球头，两个曲率圆弧相切组成该铣刀的刀头。
3.根据权利要求1所述的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征：所述的不等齿距，螺旋角分别为38°，40°，齿间角分别为87°，93°，87°，93°，齿间对等角相等。
4.根据权利要求1、2、3所述的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征：所述的刀具端齿前角为0°~3°，周刃前角为0°~10°，第一后角范围：8°~10°，第二后角范围：15°~20°。
5.根据权利要求1所述的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征：刀具中心位置有冷却通道，所述的冷却通道出口位于刀头部分，4条冷却通道分别位于4条切削刃端齿容屑槽。
6.根据权利要求1所述的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其特征：刀具端刃、周刃部分后刀面为偏心形。
7.根据权利3、4所述的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其前刀面的磨削方法：不等距圆弧头铣刀前刀面磨削方法，确定平砂轮磨削铣刀圆弧头切削刃与槽螺旋切削刃的前刀面时，根据不同切削刃螺旋角的大小确定砂轮的安装角后，刀具坐标系、砂轮坐标系和磨削点坐标系，砂轮从切削刃上端点开始，建立磨削起始点的砂轮中心点在磨削点坐标系的坐标，砂轮的轴线矢量平行于磨削点所在的顶刃前刀面的法矢量，磨削方向为切削刃的切线方向磨削下一点的砂轮中心点坐标通过上一点的砂轮中心点坐标、砂轮旋转角度和刀具旋转角度和磨削点坐标系的坐标转换建立，砂轮的轴线矢量平行于磨削点所在的前刀面的法矢量，磨削方向为该段刃线的切线方向，这样的方法运动到切削刃的端点时，进行另一条切削刃磨削，砂轮的轴线矢量始终平行于磨削点所在的前刀面的法矢量运动，磨削方向为该切削刃的切线方向，当运动到该切削刃的端点时，进行周刃磨削，砂轮轴线矢量平行于周刃的前刀面法矢量，磨削方向为周刃的切线方向，由各点的磨削砂轮中心点的坐标和砂轮轴线矢量确定砂轮的磨削轨迹，三段切削刃的光滑连接确保砂轮磨削形成光顺螺旋面以及准确前刀面。
8.根据权利4所述的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其后刀面的磨削方法：确定平型砂轮磨削铣刀圆弧头切削刃与周刃的偏心形后刀面时，确定砂轮的倾角，倾斜角度为刀具的第一后角砂轮的安装角，根据切削刃方程砂轮从切削刃端点开始，建立磨削起始点的砂轮在磨削点坐标系的中心点的坐标，砂轮的轴线矢量平行于顶刃后刀面的法矢量，砂轮磨削方向为切削刃的切线方向，磨削下一点的砂轮中心点坐标通过上一点砂轮的中心点的坐标、砂轮旋转角度和刀具旋转角度和磨削点坐标系的坐标转换建立，方向是刀刃曲线的切矢量方向，这样运动到切削刃的端点时，砂轮会沿着另一个切削刃的切矢量方向运动，当运动到其的端点时，砂轮将沿着周刃的切线矢量方向磨削，砂轮的轴线矢量平行于周刃后刀面的法线矢量，由各点的磨削砂轮中心点的坐标和砂轮轴线矢量确定砂轮的磨削轨迹，三段切削刃的光滑连接确保砂轮磨削形成光顺第一后刀面，同样的方法进行第二后刀面的磨削。
9.根据权利3、7所述的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，其圆弧头铣刀的不等距磨削方法：砂轮磨削铣刀不等距时，根据当磨削完一条切削刃时，根据齿间角的大小，刀具绕着坐标系Z轴对应旋转相应的齿间角角度进行第二条切削刃的磨削，同样的方法进行第三条、第四条切削刃的磨削。
10.根据权利3、4所述的一种偏心形后刀面带不等距圆弧头铣刀及磨削方法，所述的铣刀磨削完成后通过G3刀检仪进行刃线的检测和万能工具显微镜进行前角、后角、螺旋角精度检测，证实所采用加工方法精准可靠。
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