[发明专利]球头立铣刀S形刃曲线的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及刃具制造领域，特别是一种用于数控机床加工的球头立铣刀S形刃曲线造型方法。

背景技术

球头立铣刀是加工模具和复杂型面的重要刀具，随着数控技术的发展，对数控刀具的要求也越来越高，对刀具结构提出了更高的要求。自1981年S形刃球头立铣刀问世以来，国内外不少学者对球头S形刃曲线进行过研究，目前比较成熟的S形刃线理论主要有球头等螺旋角刃口曲线和正交螺旋形刃口曲线两种，然而这两种理论均有其局限性，等螺旋角刃口曲线无法达到球头顶部，需要另外设计一条与其光滑连接且到达球头顶点的刃口曲线；正交螺旋形刃口曲线虽然能到达球顶，且具有良好的S形，但不能在球顶处形成齿偏中心量。传统的球头S形刃线建模方法已经无法满足新型刀具设计与制造的需求，无法满足新型刀具设计与制造的需求。

发明内容

鉴于现有技术的缺点，本发明的目的是本发明建立了一种球头立铣刀S形刃曲线的形成方法，用来建立S形刃球头立铣刀的数学模型及控制加工。

本发明的目的是通过如下手段实现的：球头立铣刀S形刃曲线的形成方法，刀具制造单元根据数据控制单元建立的数学模型和输出的参数数据加工成型球头立铣刀，其S形刃曲线成型中，数据控制单元采用如下的步骤建立数学模型和输出的参数数据：

1)输入刀具基本设计参数；

2)建立周刃刃线数学模型；

3)建立S形刃线数学模型，包括顺序执行以下步骤：包括建立柱面等螺旋角螺旋曲线、求解球面纬度角与螺旋运动回转角度的关系、确定S刃线回转角度与球面纬度角的关系，最后得到球面刃口螺旋角；

4)球头刃线模型：包括确定投影螺旋线螺旋角和确定S形刃线起始角度；以实现S形刃线与周齿刃线的光滑连接；

5)将获得的球头刃线模型参数数据的输出。

本发明方法首先根据广义螺旋运动的概念推导了圆柱面上和圆锥面上的广义等螺旋角刃线方程。并用圆柱面上的等螺旋角刃线曲线用来作为形成S形刃线的引导线，通过过引导螺旋线上的点作与球头共中心轴的圆柱面的一系列切线，与球面形成一系列交点，过这些交点的曲线即形成球面上的S形曲线，且球头S形刃线与周刃刃线光滑连接。与球头共中心轴的圆柱面半径取为S形刃球顶偏中心量，当球顶偏中心量为0时，形成的S形刃即为传统的过中心正交S形刃线。本发明还考虑了球顶偏中心量，即能形成具有偏中心量的S形刃线，而又不失一般性，形成的S刃线模型能与传统正交S形刃线相统一，且S形刃线与周刃刃线光滑连接，对球头立铣刀的数字化建模及控制制造加工有重要意义。

附图说明如下：

附图1为本发明的总体结构流程图。

附图2为S形刃线形成原理示意图。

附图3为S形刃线与正交螺旋刃线的回转角度及纬度角度的关系图。图3a为S形刃形纬度角与正交螺旋线纬度角关系示意图；图3b为S形刃线回转角度与正交螺旋线回转角度的关系示意图。

附图4为S形刃线起始角度位置图。图4a为S形刃线起始纬度角示意图；图4b为S形刃线起始回转角度与正交螺旋线回转角度的关系图。

附图5为形成的带锥度球头立铣刀实例。

附图6为齿偏中心量为0时球顶S刃形状。

附图7为齿偏中心量为1时球顶S刃形状。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的总体结构流程，主要包括五个步骤：

1.分析球头刀基本设计参数，包含刀具直径、刃长、螺旋角、前角、后角等；

2.根据球头刀基本设计参数建立周齿刃线的数学模型，包括两类：圆柱周齿刃线建模和带锥度周齿刃线建模；

3.建立S形刃线的数学模型，包括建立柱面等螺旋角螺旋曲线、求解球面纬度角与螺旋运动回转角度的关系、确定S刃线回转角度与球面纬度角的关系，最后得到球面刃口螺旋角等几个步骤；

4.实现S形刃线与周齿刃线的光滑连接，包括确定投影螺旋线螺旋角和确定S形刃线起始角度等步骤；

5.将获得的球头刃线模型输出给刀具几何造型系统可支持刀具的几何建模，将其输出给刀具磨削仿真系统和刀具制造系统，有助于提高球头刀的加工质量。

其具体处理过程为：

建立周齿刃线的数学模型

根据广义螺旋运动的概念推导得到广义等螺旋角刃线方程为：