[发明专利]一种基于数字图形扫描的整体立铣刀开槽方法

说明书

一种基于数字图形扫描的整体立铣刀开槽方法，1)确定刀具的结构几何参数；2)确定磨削加工用砂轮的结构几何参数；3)对刀具与砂轮进行空间坐标转换，并按照相应的安装参数调整；4)根据砂轮磨削刀具工件的加工轨迹及仿真，完成包络图的绘制；5)利用DSG扫描法对容屑槽曲面的包络图像进行像素提取，获得刀具容屑槽的廓形曲线；6)对所提取的刀具容屑槽廓形曲线进行拟合，拟合后计算刀具前角；7)重复3)～6)，获得安装位置与刀具前角的数据点，再使用最小二乘法进行拟合；8)加工时，依据生产需求的前角，代入步骤7)获得的拟合曲线方程，计算出安装位置，即进行开槽加工的NC代码生成，由NC程序控制磨床进行开槽磨削加工。

技术领域

本发明涉及立铣刀开槽方法，尤其是涉及适用于圆柱立铣刀、钻头等类型产品螺旋槽的设计和加工的一种基于数字图形扫描(英文缩写：DSG)的整体立铣刀开槽方法。

背景技术

整体式立铣刀因其具有良好的切削加工性能和加工表面质量，在模具、汽车零部件、航空整体结构件、复杂曲面的高速加工中得到广泛应用。然而，由于螺旋立铣刀结构形状复杂、规格尺寸繁多，应用数学模型对其结构特点进行精确描述和加工控制存在较大困难。在整体立铣刀磨削加工工序中，开槽是极为困难的，原因在于开槽过程中需要依据容屑槽的前刀面、前角、槽型、芯径等参数([1]刘杰华.刀具精确设计理论与实践[M].第2版.国防工业出版社出版,2005)，所以开槽加工成为刀具加工的一个重要研究课题。

许多学者在刀具容屑槽螺旋面的设计和加工上做出了许多深入研究，柳克辛([2]Liukexin B C.Helicoid theory for design of cutting tools[M].Peng Xiangzen,Tian Peitang,et al,Translate.Beijing:Publish House of Mechanical Industry,1984:22-40)基于螺旋运动概念和螺旋面理论，论述了螺旋线、线性螺旋面和圆螺旋面几何方程的建立方法。在某加工瞬时，砂轮表面与容屑槽曲面相交形成一条曲线，称为接触线。传统的解析法是通过砂轮回转面与工件螺旋面接触条件求解接触线的方法([3]吴序堂.齿轮啮合原理[M].第2版.西安:西安交通大学出版社,2009)，但这种螺旋面设计方法是基于复杂的数学方程式，其约束条件用数学模型描述并且求解过于复杂，计算量大。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于圆柱立铣刀、钻头等类型产品螺旋槽的设计和加工的一种基于数字图形扫描的整体立铣刀开槽方法。

本发明的主要实现方式是获取砂轮和刀具的参数后，首先建立砂轮和刀具工件的实体模型，并确定两者之间的相对运动关系，其次通过仿真获取包络轨迹，然后通过DSG法对像素提取，获得廓形。不断改变砂轮安装位置重复以上操作，可以得到不同安装参数对应的刀具前角，从而避开解析法求解接触线的过程，直接获得前角和安装位置参数。这样将计算机图解法运用到刀具加工上，能有效避免传统解析的缺点(计算量大，有奇异点)。

本发明包括以下步骤：

1)确定刀具的结构几何参数；

在步骤1)中，所述刀具的结构几何参数可包括直径、芯径、前角、螺旋角等。

2)确定磨削加工用砂轮的结构几何参数；

在步骤2)中，所述砂轮的结构几何参数可包括砂轮直径、砂轮厚度等。

3)对刀具与砂轮进行空间坐标转换，并按照相应的安装参数调整；

在步骤3)中，所述安装参数可包括中心距、偏心距、安装角等。

4)根据砂轮磨削刀具工件的加工轨迹及仿真，完成包络图的绘制；

5)利用DSG扫描法对容屑槽曲面的包络图像进行像素提取，获得刀具容屑槽的廓形曲线；

6)对所提取的刀具容屑槽廓形曲线进行拟合，拟合后计算刀具前角；