[发明专利]一种圆弧头立铣刀刀刃曲线的参数化建模方法

说明书

本发明公开一种圆弧头立铣刀刀刃曲线的参数化建模方法，首先对圆弧头立铣刀刀刃曲线进行分段并定义其几何参数；然后定义了刀刃曲线建模所需坐标系；最后给出各段刀刃曲线上刀刃点计算表达式。本发明定义了满足建模要求的圆弧头立铣刀刀刃曲线各个几何参数，确保了几何参数的完整性；以各段曲线之间的一阶光滑连续为条件，推导曲线上刀刃点坐标的表达式，保证了各段曲线之间连接的光滑性；以公式的形式给出了刀刃点的计算式，避免了方程求解带来的结果不稳定。

技术领域

本发明涉及整体立铣刀加工技术领域，具体为一种圆弧头立铣刀刀刃曲线的参数化建模方法。

背景技术

圆弧头立铣刀是较常用的高速切削刀具，具有制造成本低、材料切除率大的特点。在加工工件圆弧时，圆弧头立铣刀比球头立铣刀刚性大，加工效率高；在高硬材料加工、高速大进给加工、深雕三维加工时，比直角头立铣刀的抗缺损性能更高。然而，圆弧头立铣刀的设计和刃磨一直是刀具制造领域的难点。

整体式立铣刀数学模型是对其进行参数化建模的基础，其建立方法和精度决定了参数化建模的效率和精度。此外，龚志辉等提出将“刀刃点跟踪CNC磨削法”运用在立铣刀加工中，使整体式立铣刀刃磨的难点集中在刀刃点计算方法上。因此，建立一种通用的、满足各项几何参数的圆弧头立铣刀刀刃曲线建模方法是十分必要的。

现有圆弧头立铣刀刀刃曲线建模方法存在的几何参数不完整和求解结果不稳定等问题，具体在于：部分曲线参数方程未考虑刀具锥度角；球头刀具曲线方程未考虑端齿直线刃；采用平面与圆弧回转面求交法方程十分复杂，计算过程繁琐且结果不稳定，部分初始参数下方程无解。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种弥补圆弧头立铣刀刀刃曲线建模方法存在的不足的圆弧头立铣刀刀刃曲线的参数化建模方法，能够确保几何参数的完整性，保证各段曲线之间连接的光滑性，避免方程求解带来的结果不稳定。技术方案如下：

一种圆弧头立铣刀刀刃曲线的参数化建模方法，包括以下步骤：

步骤1：定义刀刃曲线分段及几何参数

·定义刀刃曲线沿轴线方向的长度为刀刃长度l；其中，周齿刃线沿轴线方向的长度为周齿长度l_w，端齿刃线沿轴线方向的长度为端齿长度l_r；

·定义刀刃曲线起点处的刀具起始回转半径为R_w；

·定义螺旋线切矢量与刀具回转体母线的夹角为螺旋角β；

·定义刀具回转体外轮廓与刀具回转中心轴线的夹角为刀具锥度角κ；

·定义端齿直线刃到端面中心点的距离为齿偏中心量h；

·定义端齿直线刃沿着直线刃方向超过端面中心点的距离为齿过中心量l_h；

·定义端齿圆弧回转面半径为r；

·定义端齿直线刃与垂直于刀具回转轴线的平面的夹角为端齿直线刃内倾角η；

步骤2：定义坐标系

·工件坐标系O_w-X_wY_wZ_w以刀具回转中心轴为Z_w轴，以周齿螺旋刃线起点所在端面为X_wO_wY_w平面；

·端齿坐标系O_d-X_dY_dZ_d以刀具回转轴为Z_d轴，以圆弧回转体底面为X_dO_dY_d平面；

步骤3：刀刃曲线建模