[发明专利]一种共轭刃面碎断剪设计方法

摘要

一种共轭刃面碎断剪设计方法，步骤是先建立固定坐标系与固结下、上滚筒的两动坐标系；构造镶在下、上滚筒上的剪切刀具的剪刃副共轭刃形；将剪切刀具前刀面用柱面截形螺旋线和端面截形曲线表示，建立与其共轭的上滚筒的刀具前刀面的共轭模型；以剪切重叠区域为共轭区，求解上滚筒刀具前刀面的端面截形共轭曲线；建立刀具坐标系，以共轭副的端面截形曲线的法向最大误差最小为目标，建立刀具前刀面端面共轭截形优化模型。应用该方法设计的剪切刀具，下、上滚筒上的刀具前刀面的端面截形曲线相同；根据剪切的钢板厚度和工艺侧隙的要求，调整下、上滚筒刀具起始相位保证切削间隙一致，避免刀刃干涉，刀具耐用度好。

主权项

一种共轭刃面碎断剪设计方法，其特征在于包括步骤1至步骤10：步骤1：建立坐标系：动坐标系S1(O1:x1,y1,z1)和S2(O2:x2,y2,z2)，分别与下、上滚筒固联,z1和z2为回转轴的轴线；固定坐标系S(O:x,y,z)，在起始位置与S1重合；步骤2：构造镶在下、上滚筒上刀具的剪刃副共轭刃形；下、上滚筒轴线平行，分别以顺时针和逆时针方向转动且传动比为1；剪刃副的刃形为一对旋向相反的螺旋线，设其分别为左旋和右旋螺旋线，螺旋角为β1＝‑β2；步骤3：以剪切重叠区域为共轭区，确定滚筒的转角范围，非重叠区域为过渡区，共轭区对应滚筒的一个截面的转角范围：下滚筒为上滚筒为其中：R为下、上滚筒刀刃半径,A为两滚筒的中心距；步骤4：用曲线坐标表示剪切刀具前刀面，θ为表示端面截形曲线参变量，ψ为表示柱面截形曲线螺旋线参变量；一对共轭螺旋面的前刀面分别在S1、S2中表达为：r1,2＝r1,2(θ,ψ)＝r1,2(θ)cos(θ+ψ)i+r1,2(θ)sin(θ+ψ)j+hψk   (1)其中：r1,2(θ)为表示端面截形曲线，h为旋螺旋线参数；0≤|ψ|≤Ltan(|β1,2|)R,h=R/tanβ1,2---(2)]]>其中：L为滚筒轴向尺度；步骤5：给定下滚筒的刀具端面截形简单曲线r1(θ,ψ0)，与其共轭的上滚筒刀具的端面截形为：(dr1(θ,ψ0)dθ×k)·v121=0r2(θ,ψ0)=M21r1(θ,ψ0)---(3)]]>其中：k为z1轴的单位向量，其中，和为上下滚筒刀盘角速度矢量、ω1和ω2为其大小”；步骤6：确定端面截形曲线的共轭范围：截形曲线r1(θ,ψ0)始末两点的矢径与x轴夹角确定共轭范围为θs≤θ≤θe，或用θs、θe对应的圆弧半径确定共轭范围为rs≤|r1|≤re；在其共轭范围θs≤θ≤θe(rs≤|r1|≤re)，求解式(3)，得上滚筒刀具端面截形曲线r2(θ,ψ0)；0<rs≤R‑δ，re＝R  (4)其中：δ为重叠量；步骤7：建立一对刀具坐标系Sd1(Oe2:xe2,ye2,ze2)和Sd2(Oe3:xe3,ye3,ze3)分别与动坐标系S1和S2固结，Sd1的坐标原点沿S1的y1轴平移rO；Sd2的坐标原点沿S2的y2轴平移rO，绕z2轴逆时针转180度；步骤8：建立一对刀具前刀面在坐标系Sd1和Sd2中的表达式：rd1=r1(θ)cos(θ+ψ)i+[r1(θ)sin(θ+ψ)-rO]j+hψkrd1=-r2(θ)cos(θ+ψ)i+[-r2(θ)sin(θ+ψ)-rO]j+hψk---(5)]]>其中：r2(θ)满足共轭条件式(3)；当r2(θ)＝‑r1(θ)时，式(5)表示一对刀具前刀面的端面截形相同；步骤9：以共轭副的端面截形曲线的法向最大误差最小为目标，建立刀具前刀面端面共轭截形优化模型，优化模型为：{minmaxfi(z)fi(z)=|[rd2i(θ)-rd1(θ)]·(drd1(θ,ψ0)dθ×k1)|/|drd1(θ,ψ0)dθ||θs≤θ≤θez=[r1,r1(θ)]T,i=1,2,...N---(6)]]>其中：r1和r1(θ)是优化参数；步骤10：设定许用误差ε，用梯度法对式(6)求解，优化前刀面的端面截形曲线，使下、上滚筒刀具共轭副的前刀面的端面截形曲线相同，小于许用误差ε为优化评价。