[发明专利]抑制多刃微齿铣刀切削刃边缘破损的微齿排布设计方法

说明书

本发明属于难加工材料切削加工技术领域，提供了一种抑制多刃微齿铣刀切削刃边缘破损的微齿排布设计方法，将三维立体铣刀沿轴向剖开后展开，形成以切向和轴向为坐标系的二维铣刀微齿布局图，通过确定铣刀结构参数，确定微齿上下边缘重叠排布的设计方法，微齿两边缘重叠排布方式能有效降低尖角点处的切削厚度，在长切削行程下，保证微齿的优秀切削性能。同时，保证微齿切削厚度相对均匀，降低高速铣削碳纤维复合材料时的刀具颤振，从而避免在薄弱尖角点处出现易崩刃的现象，此外，基于三维建模软件SolidWorks，验证了该排布设计方法的准确性，实现碳纤维复合材料大切削用量下高速平稳有效的加工。

技术领域

本发明属于难加工材料的切削加工技术领域，涉及一种抑制多刃微齿铣刀切削刃边缘破损的微齿排布设计方法，通过对微齿进行排布设计，降低微齿切削刃边缘的切削厚度，能够有效解决切削刃边缘破损的问题。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)相比于其它金属材料而言，具有比强度高、耐疲劳性、耐腐蚀性和承载能力强等性能优势，因此，CFRP已成为航空航天交通等领域运载装备及减重增效的优选材料。对于航空航天装备中使用的碳纤维复合材料构件，在其铺放固化成型后，为满足装配尺寸要求，需进行二次加工，铣削成为主要加工方式之一。然而，碳纤维复合材料属于典型的难加工材料，其材料中增强纤维和树脂基体的线膨胀系数不同，增强纤维极易发生脆性断裂，切削刃不断受到基体和纤维的冲击载荷作用，且载荷集中在刀屑接触点附近很小的面积上，而硬质合金铣刀的韧性较差，导致切削刃边缘极易产生破损，此外，在铣削加工时，瞬时切削厚度是不断变化的，导致切削刃承受的切削力呈波动性变化，若切削刃强度不足，将导致切削刃发生破损，从而引起加工表面质量差、刀具寿命低等问题。特别是带有微齿结构的铣刀，微齿呈一定规则交错排布，微齿排布能够确定相邻两微齿的重叠部分，若相邻微齿中间部分重叠，而微齿边缘部分未重叠，则导致微齿边缘部分比微齿中间部分切削厚度大，致使边缘部分所受切削力大，同时由于切削刃边缘比较尖锐，强度较低，因此边缘部分更易产生破损。相反，若切削刃边缘部分重合，而微齿中间不重合，则可以减小微齿边缘部分的切削厚度，从而有效保护微齿边缘。因此考虑微齿排布对提高微齿铣刀的刀具寿命具有重要意义。

唐臣升等人发明的“整体硬质合金鱼鳞铣刀”，专利申请号200910013142.0，它涉及一种用于碳纤维、玻璃纤维等复合材料的铣削加工的铣刀，采用左、右旋螺旋槽对称交错构成切削单元，切削刃数增至24条，在一定程度上相对于双刃、四刃等铣刀提高了切削效率和加工质量，降低了铣削力。同时为了增加微齿切削的切削深度、提高加工效率，大连理工大学王福吉等人发明的“用于碳纤维复合材料高速铣切的多刃微齿铣刀”，申请专利号201610806761.5，通过负前角及大副偏角设计，辅以微齿切削刃长度的增加，提高了单个微齿的强度。然而上述发明专利的微齿铣刀设计未考虑微齿排布对切削刃边缘破损的影响，若微齿排布不合理，将导致微齿边缘易破损，从而降低了加工质量和刀具寿命。

发明内容

本发明要解决的难题是抑制高性能碳纤维复合材料高速铣削加工时微齿薄弱边缘处的崩刃和磨损，以提高铣刀刀具寿命和切削性能。为此，发明了一种抑制复材加工时切削刃边缘破损的铣刀多刃排布设计方法。通过确定铣刀关键结构参数，通过刀具结构几何关系计算得到微齿边缘处前后重叠，微齿两边缘重叠排布方式能有效降低边缘处的切削厚度，从而避免在薄弱边缘处出现易崩刃的现象，并且基于三维建模软件SolidWorks，验证该排布设计方法的准确性，实现碳纤维复合材料大切削用量下高速平稳有效的加工。

本发明的技术方案：