一种参数化数控立铣刀实际作用切削角度的计算方法
【专利摘要】本发明涉及一种参数化数控立铣刀实际作用切削角度的计算方法，属于计算机辅助机械加工领域。其步骤如下：(1)开始；(2)选择加工特征：平面加工或曲面加工；(3)输入刀具参数及其切削加工参数；(4)参数计算与模拟：根据刀具参数及其切削加工参数及相关信息，完成参数计算与模拟；(5)参数化数控立铣刀实际作用切削角度计算结束。采用本方法可以准确地计算出刀具实际作用前角、后角以及其他相关加工参数。应用该发明技术只需10～15秒的时间就可以计算出刀具实际作用前角、后角以及其他相关加工参数，对提高数控切削加工质量和效率以及数控切削加工的研究有着极其重要的意义。
【专利说明】一种参数化数控立铣刀实际作用切削角度的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明创造提供一种参数化数控立铣刀实际作用切削角度的计算方法，该方法适用于参数化数控立铣刀实际作用切削角度计算，属于计算机辅助机械加工领域。
【背景技术】
[0002]随着数控加工技术的发展，数控机床已经普遍地被应用到加工制造业，尤其是数控铣削加工。而数控立铣刀的结构参数对数控加工的质量和效率有着直接的影响，尤其是影响刀具的最主要参数——前角和后角，而且准确的说应当是刀具的在切削加工过程中的实际作用前角和后角，而不是设计前角和后角。因此，准确的计算出数控立铣刀实际作用切削角度是十分重要的。而传统的刀具使用与研究一般只考虑刀具的设计前角和后角，对数控切削加工质量和效率分析与研究有一定的误差，也不利于提高数控切削加工质量和效率，因而急需改进。
【发明内容】
[0003]本发明创造的目的是提出一种参数化数控立铣刀图纸设计方法；
[0004]本发明创造的目的是通过下述技术方案实现的:
[0005]一种参数化数控立铣刀实际作用切削角度的计算方法，其特征在于，步骤如下:
[0006](1)开始
[0007](2)选择加工特征:平面加工或曲面加工；
[0008](3)输入刀具参数及其切削加工参数，具体包括:刀具直径；切削刃数量；刀具设计前角；刀具设计后角；刀具转速；进给速度；径向切削余量；曲面的曲率半径；
[0009](4)参数计算与模拟:根据刀具参数及其切削加工参数及相关信息,完成参数计算与模拟；
[0010](5)参数化数控立铣刀实际作用切削角度计算结束。
[0011]所述的参数计算过程包括:计算参数有实际作用前角、实际作用后角、单齿切削厚度、最大作用前角、最小作用后角；
[0012]具体计算方法如下:
[0013]①实际作用前角=设计(或静态)前角+前角变化量
[0014]Y = Υ0+Δ y
[0015]其中，Y为实际作用前角，Y。为设计(或静态)前角，Δ y为前角变化量；
[0016]所述的Λ Y = arcos ((Vc2+V02-f2) / (2VC2V02))
[0017]其中，V。为切削的线速度，f为切削的进给速度，V。为V。与f的合成进给速度；且
[0018]Vc = 31 XdXn
[0019]V02 = f2+Vc2-2fV0Cos ( α ^
[0020]Cos(Ct1) = (r~ae) /r
[0021]其中，r为刀具半径，d为刀具直径，η为刀具的转速，ae径向切削厚度；[0022]②实际作用后角=设计(或静态)后角-后角变化量
[0023]α = α 0+ Δ α
[0024]其中，α为实际作用后角，α0为设计(或静态)后角，Δ α为后角变化量,而且，Δα = Δ Y ；
[0025]③单齿切削厚度
[0026]对于平面加工，单齿切削厚度t为:
[0027]单齿切削厚度=进给速度+转速+刀具齿数X Cos (实际作用前角)
[0028]t = f + n + z X Cos ( Δ Y )
[0029]其中，z为刀具的齿数；
[0030]对于曲面加工，单齿切削厚度t为:
[0031]t = f + n + z X Sin (ω)
[0032]ω = arcos [ (r2+Δ r2-(R_ae)2) + (2X Δ r Xr)]
[0033]其中，R为曲面曲率半径，Ar为曲面曲率半径与刀具半径之差的绝对值；
[0034]④最大作用前角:最大作用前角就是当径向切削厚度等于刀具半径时的实际作用前角；
[0035]⑤最小作用后角:最大作用后角就是当径向切削厚度等于刀具半径时的实际作用后角。
[0036]所述的参数模拟是依据输入刀具、切削加工参数以及计算出的动态参数与切屑厚度等实现切削状态模拟。
[0037]本发明创造的优点:参数化数控立铣刀实际作用切削角度计算方法可以准确地计算出刀具实际作用前角、后角以及其他相关加工参数。应用该发明技术只需10?15秒的时间就可以计算出刀具实际作用前角、后角以及其他相关加工参数，因此，对提高数控切削加工质量和效率以及数控切削加工的研究有着极其重要的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是参数化数控立铣刀实际作用切削角度计算方法的总流程图。
【具体实施方式】
[0039]本发明的设计思想是，刀具数控加工编程人员只要通过计算机界面，从键盘输入刀具及其切削加工参数，那么计算机将自动计算出数控立铣刀实际作用切削角度，并且自动完成单齿切削厚度、最大作用前角、最小作用后角、单齿切削厚度、最大作用前角、最小作用后角等相关参数的计算。
[0040]一种参数化数控立铣刀实际作用切削角度的计算方法，如图1所示，包括如下步骤:
[0041](I)参数化数控立铣刀实际作用切削角度计算开始；
[0042](2)选择加工特征:平面加工或曲面加工；
[0043](3)输入刀具参数及其切削加工参数；
[0044]包括:刀具直径；切削刃数量；刀具设计前角；刀具设计后角；刀具转速；进给速度；径向切削余量；曲面的曲率半径；[0045](4)参数计算与模拟:根据刀具参数及其切削加工参数及相关信息，完成参数计算与模拟。
[0046]其中参数计算包括:主要计算参数有实际作用前角、实际作用后角、单齿切削厚度、最大作用前角、最小作用后角。
[0047]具体计算方法如下:
[0048]①实际作用前角=设计(或静态)前角+前角变化量
[0049]y = Y0+Δ y
[0050]其中，Y为实际作用前角，Y C1为设计(或静态)前角，Δ y为前角变化量。
[0051 ]Ay= arcos ((Vc2+V02-f2) / (2VC2V02))
[0052]其中，V。为切削的线速度，f为切削的进给速度，Vtl为V。与f的合成进给速度。且
[0053]Vc = 31 XdXn
[0054]V02 = f2+Vc2-2fV0Cos ( α 1)
[0055]Cos(Ct1) = (r~ae) /r
[0056]其中，r为刀具半径，d为刀具直径，η为刀具的转速，ae径向切削厚度。
[0057]②实际作用后角=设计(或静态)后角-后角变化量
[0058]α = α 0+ Δ α
[0059]其中，α为实际作用后角，α0为设计(或静态)后角，Δ α为后角变化量,而且，Δα =Δ Y ；
[0060]③单齿切削厚度
[0061]对于平面加工，单齿切削厚度t为:
[0062]单齿切削厚度=进给速度+转速+刀具齿数X Cos (实际作用前角)
[0063]t = f + n + z X Cos ( Δ Y )
[0064]其中，z为刀具的齿数。
[0065]对于曲面加工，单齿切削厚度t为:
[0066]t = f + n + z X Sin (ω)
[0067]ω = arcos [ (r2+Δ r2-(R_ae)2) + (2X Δ r Xr)]
[0068]其中，R为曲面曲率半径，Ar为曲面曲率半径与刀具半径之差的绝对值。
[0069]④最大作用前角
[0070]最大作用前角就是当径向切削厚度等于刀具半径时的实际作用前角。
[0071]⑤最小作用后角
[0072]最大作用后角就是当径向切削厚度等于刀具半径时的实际作用后角。
[0073]参数计算后的模拟过程包括:切削模拟主要依据输入刀具、切削加工参数以及计算出的动态参数与切屑厚度等实现切削状态模拟。
[0074](5)参数化数控立铣刀实际作用切削角度计算结束。
[0075]具体应用例:本例是应用一把直径为20mm的数控立铣刀粗加工一种优质结构钢的参数计算，具体计算过程如下:
[0076](I)平面加工参数计算
[0077]A)被加工刀具参数及相关信息
[0078]刀具直径=20mm[0079]切削刃数量=4
[0080]刀具设计前角=10°
[0081]刀具设计后角=12°
[0082]刀具转速=IOOOrpm
[0083]进给速度=10OOmm/miη
[0084]径向切削余量(ae) = 5mm
[0085]B)计算结果
[0086]实际作用前角=10.783°
[0087]实际作用后角=11.217°
[0088]单齿切削厚度=0.215mm
[0089]最大作用前角=10.796 °
[0090]最小作用后角=11.204°
[0091](2)曲面加工参数计算
[0092]A)被加工刀具参数及相关信息
[0093]刀具直径=20mm
[0094]切削刃数量=4
[0095]刀具设计前角=10°
[0096]刀具设计后角=12°
[0097]刀具转速=600rpm
[0098]进给速度=500mm/min
[0099]径向切削余量(ae) = 5mm
[0100]表面曲率半径=50mm
[0101]B)计算结果
[0102]实际作用前角=10.691°
[0103]实际作用后角=11.309°
[0104]单齿切削厚度=0.19mm
[0105]最大作用前角=10.662 °
[0106]最小作用后角=11.338°
[0107]输入上述被加工刀具参数及相关信息后，该参数化数控立铣刀实际作用切削度计算方法软件将自动完成数控立铣刀实际作用切削角度计算，而且，只需5?10秒的时间。该方法不仅提髙了数控立铣刀实际作用切削角度计算效率，而且，对提高数控切削加工质量和效率以及数控切削加工的研究有着极其重要的意义。
【权利要求】
1.一种参数化数控立铣刀实际作用切削角度的计算方法，其特征在于，步骤如下: (1)开始 (2)选择加工特征:平面加工或曲面加工； (3)输入刀具参数及其切削加工参数，具体包括:刀具直径；切削刃数量；刀具设计前角；刀具设计后角；刀具转速；进给速度；径向切削余量；曲面的曲率半径； (4)参数计算与模拟:根据刀具参数及其切削加工参数及相关信息，完成参数计算与模拟； (5)参数化数控立铣刀实际作用切削角度计算结束。
2.根据权利要求1所述的一种参数化数控立铣刀实际作用切削角度的计算方法，其特征在于: 所述的参数计算过程包括:计算参数有实际作用前角、实际作用后角、单齿切削厚度、最大作用前角、最小作用后角； 具体计算方法如下: ①实际作用前角=设计前角+前角变化量 Y = Υ0+Δ Y 其中，Y为实际作用前角，Y O为设计前角，Δ Y为前角变化量；
所述的 Λ Y = arcos((Vc2+V02-f2)/(2Vc2V02)) 其中，V。为切削的线速度，f为切削的进给速度，V。为V。与f的合成进给速度；且
Vc = Ji XdXn
V02 = f2+Vc2-2fV0Cos ( a i)
Cos (O1) = (r_ae) /r 其中，r为刀具半径，d为刀具直径，η为刀具的转速，ae径向切削厚度； ②实际作用后角=设计后角-后角变化量 α = α 0+ Δ α其中，Ct为实际作用后角，α O为设计(或静态)后角，Δ α为后角变化量,而且，Δ α=A Y ； ③单齿切削厚度 对于平面加工，单齿切削厚度t为: 单齿切削厚度=进给速度+转速+刀具齿数XCos(实际作用前角)
t = f + n + zXCos(A Y) 其中，z为刀具的齿数； 对于曲面加工，单齿切削厚度t为:
t = f + n + z X Sin (ω)
ω = arcos [ (r2+ Δ r2-(R-ae)2) + (2X ArXr)] 其中，R为曲面曲率半径，ΛI为曲面曲率半径与刀具半径之差的绝对值； ④最大作用前角:最大作用前角就是当径向切削厚度等于刀具半径时的实际作用前角； ⑤最小作用后角:最大作用后角就是当径向切削厚度等于刀具半径时的实际作用后角。
3.根据权利要求1所述的一种参数化数控立铣刀实际作用切削角度的计算方法，其特征在于:所述的参数模拟是依据输入刀具、切削加工参数以及计算出的动态参数与切屑厚度等实现切削状态模拟。
【文档编号】G05B19/4097GK104007704SQ201410264556
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】唐臣升, 翟南, 苏万强, 刘舒红, 于江, 康秋, 李妍, 王玉娇 申请人:沈阳飞机工业（集团）有限公司