銑刀數(shù)控加工過(guò)程及磨削中砂輪刀位軌跡算法畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、摘 要 銑刀作為機(jī)械加工的主要切削工具，其用途廣泛，消耗較大，所以銑刀的 批量加工生產(chǎn)尤為重要。由于銑刀材料多為高速鋼或硬質(zhì)合金，硬度較大，而 且銑刀本身作為一種重要的切削刀具，其精度較高，所以銑刀的數(shù)控加工必須 在高精密數(shù)控磨床上進(jìn)行。其關(guān)鍵技術(shù)在于磨削過(guò)程中砂輪刀位軌跡的規(guī)劃， 本文以銑刀的刃部數(shù)控加工過(guò)程及其刀位軌跡規(guī)劃為研究對(duì)象，深入研究了加 工過(guò)程中砂輪的刀位軌跡的算法，本文主要以立銑刀為例，包括以下三個(gè)方面 的研究： (1) 通過(guò)對(duì)銑刀生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐學(xué)習(xí)，研究了銑刀刃部的數(shù)控加工過(guò)程， 按照加工順序一般分為四步：整體開槽、端面齒隙磨削、前端面精磨、外圓精 磨。 (2) 通過(guò)對(duì)曲線曲

2、面知識(shí)的學(xué)習(xí)，深入分析了銑刀典型螺旋槽的形狀結(jié)構(gòu)， 主要研究了四種螺旋槽，并得到這四種螺旋槽的一般幾何方程式，為后續(xù)的數(shù) 控加工過(guò)程做了鋪墊。 (3) 通過(guò)研究銑刀刃部的數(shù)控加工過(guò)程，對(duì)銑刀刃部形狀在數(shù)控加工中砂 輪刀位軌跡進(jìn)行了規(guī)劃研究，確定了砂輪在銑刀周刃和端刃加工過(guò)程中軸線矢 量和砂輪中心的位置坐標(biāo)矢量，并且研究了平形輪旋轉(zhuǎn)不同角度投影后得到的 仿形曲線的規(guī)律。 關(guān)鍵字：銑刀數(shù)控加工，銑刀幾何特征，刀位軌跡規(guī)劃 ABSTRACT Milling cutter, as the main cutting tool of the mechanical process, have been wi

3、dely applied, consume larger, so milling cutters batch process production is particularly important. Because milling cutter always use high speed steel or cemented carbide as their materials, hardness is larger. As an important kind of cutting tools, milling cutter has a high precision. So machining

4、 milling cutters grinding process must be in the high-precision CNC grinding machine, and its key technology lies in the cutting process grinding wheel tool path planning, this article in order to milling cutters blade of the NC machining process and its cutter location tool path planning as the res

5、earch object, in-depth study the machining the process of grinding wheel of the tool path planning, this paper mainly use the vertical milling cutter as an example, including the following three aspects of the research: (1) Through to the milling cutter production field practice learning. Studying t

6、he NC machining process of the milling cutter blade, according to the processing order there are generally divided into four steps: Overall grooving, End face grinding tooth gap, End face fine grinding, Cylindrical fine grinding. (2) Through the study of knowledge of the curve surface, In-depth anal

7、ysis the shape structure of the typical spiral flute of the milling cutter, mainly studied the four helical groove, and get the general geometry equations for the four helical groove, do set the stage for subsequent NC machining process. (3) Through the study of milling cutter blades NC machining pr

8、ocess, researching the shape of edge of milling cutter grinding wheel in the NC machining tool path planning ,determine the grinding wheel in the week of cutter blade and the blade machining process central axis vector and the center of the wheel location coordinates vector and studying the law of t

9、he contour curve when flat wheel get on the different rotation angles and projecting to coordinate plane. KEY WORDS：NC process of the milling cutter，Geometric features of the milling cutter，tool path planning 目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論.1 1.1 數(shù)控加工現(xiàn)狀.1 1.1.1 數(shù)控加工的概念.1 1.1.2 數(shù)控加工編程的研究現(xiàn)狀.1 1.2 國(guó)內(nèi)刀具制造行業(yè)現(xiàn)狀.2 1.2.1

10、 國(guó)內(nèi)數(shù)控刀具的發(fā)展現(xiàn)狀.2 1.3 論文研究?jī)?nèi)容和意義.3 1.3.1 研究?jī)?nèi)容.3 1.3.2 研究意義.3 1.4 本章小結(jié).4 第二章第二章 銑刀數(shù)控加工過(guò)程分析銑刀數(shù)控加工過(guò)程分析.5 2.1 銑刀的設(shè)計(jì)依據(jù).5 2.1.1 技術(shù)要求.5 2.1.2 技術(shù)資料.5 2.2 銑刀的部分特殊制造技術(shù).5 2.2.1 銑刀的熱處理技術(shù).5 2.2.2 銑刀的焊接技術(shù).6 2.2.3 銑刀的涂層技術(shù).7 2.3 銑刀數(shù)控加工過(guò)程分析.7 2.3.1 整體開槽.7 2.3.2 端面齒隙磨削.9 2.3.3 前端面精磨.9 2.3.4 外圓精磨.10 2.4 本章小結(jié).12 第三章第三章 銑刀幾

11、何特征研究銑刀幾何特征研究.13 3.1 銑刀螺旋刃線模型.13 3.1.1 定義螺旋角的兩種方式.13 3.1.2 定義螺旋線的導(dǎo)程.14 3.1.3 螺旋線幾何模型.15 3.2 螺旋槽截面幾何形狀研究.18 3.2.1 立銑刀螺旋面三坐標(biāo)系的建立.18 3.2.2 立銑刀端截面螺旋槽曲線方程.19 3.3 本章小結(jié).26 第四章第四章 銑刀數(shù)控加工刀位軌跡規(guī)劃銑刀數(shù)控加工刀位軌跡規(guī)劃.29 4.1 砂輪軌跡綜述.29 4.1.1 砂輪仿形研究.30 4.1.2 端刃磨削砂輪軌跡研究.33 4.1.2 外圓后刀面磨削砂輪軌跡研究.37 4.2 本章小結(jié).39 第五章第五章 軟件界面設(shè)計(jì)軟件

12、界面設(shè)計(jì).41 5.1 基于 UG 的二次開發(fā).41 5.1.1 UG 簡(jiǎn)介.41 5.1.2 NX 二次開發(fā)概述.41 5.2 界面內(nèi)容.42 5.2.1 主界面.42 5.2.2 刀具參數(shù)設(shè)置.43 5.2.3 切削參數(shù)設(shè)置.43 5.2.4 砂輪設(shè)置.45 5.2.5 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置.45 5.2.6 機(jī)床設(shè)置.45 5.3 在 UG 上實(shí)現(xiàn)窗口調(diào)用.45 5.3.1 準(zhǔn)備工作.45 5.3.2 實(shí)現(xiàn)過(guò)程.45 5.4 本章小結(jié).46 第六章第六章 全文總結(jié)全文總結(jié).47 6.1 論文總結(jié).47 6.2 展望.47 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).49 致致 謝謝.51 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié).53

13、第 1 章 緒論 1.1 數(shù)控加工現(xiàn)狀 1.1.1 數(shù)控加工的概念 數(shù)控加工25（numerical control machining），是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件 加工的一種工藝方法，數(shù)控機(jī)床加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工的工藝規(guī)程從總體上說(shuō)是 一致的，但也發(fā)生了明顯的變化。數(shù)控加工是用數(shù)字信息控制零件和刀具位移 的機(jī)械加工方法，它是解決零件品種多變、批量小、形狀復(fù)雜、精度高等問(wèn)題 和實(shí)現(xiàn)高效化和自動(dòng)化加工的有效途徑。 1.1.2 數(shù)控加工編程的研究現(xiàn)狀 數(shù)控編程的核心任務(wù)是計(jì)算刀位軌跡，然后經(jīng)過(guò)后置處理產(chǎn)生數(shù)控加工程 序，目前刀位軌跡生成方法有兩種，一種是基于點(diǎn)、線、面和體的刀位軌跡生 成方法，另一種

14、是基于特征的刀位軌跡生成方法。 (1) 基于點(diǎn)、線、面和體的刀位軌跡生成方法16 CAD 技術(shù)從二維繪圖起步，經(jīng)歷了三維線框、曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段， 一直到現(xiàn)在的參數(shù)化特征造型。在二維繪圖與三維線框階段，數(shù)控加工主要以 點(diǎn)、線為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，如孔加工，輪廓加工，平面區(qū)域加工等。這種加工要求操 作人員的水平較高，交互復(fù)雜。在曲面和實(shí)體造型發(fā)展階段，出現(xiàn)了基于實(shí)體 的加工。實(shí)體加工的加工對(duì)象是一個(gè)實(shí)體，它由一些基本體素經(jīng)集合運(yùn)算（并、 交、差運(yùn)算）而得。實(shí)體加工不僅可用于零件的粗加工和半精加工，大面積切 削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的數(shù)控編程系統(tǒng)的研究與開發(fā)， 是特征加工的基礎(chǔ)。 (2

15、) 基于特征的刀位軌跡生成方法18 參數(shù)化特征造型已有了一定的發(fā)展時(shí)期，但基于特征的刀具軌跡生成方法 的研究才剛剛開始。特征加工使數(shù)控編程人員不在對(duì)那些低層次的幾何信息 （如：點(diǎn)、線、面、實(shí)體）進(jìn)行操作，而轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訉?duì)符合工程技術(shù)人員習(xí)慣 的特征進(jìn)行數(shù)控編程，大大提高了編程效率。 零件的每個(gè)加工過(guò)程都可以看成對(duì)組成該零件的形狀特征組進(jìn)行加工的總 和。那么對(duì)整個(gè)形狀特征或形狀特征組分別加工后即完成了零件的加工。而每 一形狀特征或形狀特征組的 NC 代碼可自動(dòng)生成。 Lee and Chang 開發(fā)了一種用虛擬邊界的方法自動(dòng)產(chǎn)生凸自由曲面特征刀具 軌跡的系統(tǒng)24。這個(gè)系統(tǒng)的工作原理是：在凸自由曲面

16、內(nèi)嵌入一個(gè)最小的長(zhǎng)方 塊，這樣凸自由曲面特征就被轉(zhuǎn)換成一個(gè)凹特征6。最小的長(zhǎng)方塊與最終產(chǎn)品 模型的合并就構(gòu)成了被稱為虛擬模型的一種間接產(chǎn)品模型。刀具軌跡的生成方 法分成三步完成：切削多面體特征；切削自由曲面特征；切削相交特征。 Jong-Yun Jung 研究了基于特征的非切削刀具軌跡生成問(wèn)題18。文章把基 于特征的加工軌跡分成輪廓加工和內(nèi)區(qū)域加工兩類，并定義了這兩類加工的切 削方向，通過(guò)減少切削刀具軌跡達(dá)到整體優(yōu)化刀具軌跡的目的。文章主要針對(duì) 幾種基本特征（孔、內(nèi)凹、臺(tái)階、槽），討論了這些基本特征的典型走刀路徑、 刀具選擇和加工順序等，并通過(guò) IP（Inter Programming）技術(shù)避

17、免重復(fù)走刀， 以優(yōu)化非切削刀具軌跡。 1.2 國(guó)內(nèi)刀具制造行業(yè)現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)內(nèi)數(shù)控刀具的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)數(shù)控刀具的研制從20世紀(jì)80年代初開始，最早為幾個(gè)機(jī)床附件廠為加 工中心配套生產(chǎn)。但由于其技術(shù)、資金、設(shè)備和人力資源的投入不夠，對(duì)現(xiàn)代 金屬切削工具認(rèn)識(shí)不足，起點(diǎn)低，多年來(lái)發(fā)展緩慢，甚至已經(jīng)面臨被淘汰出局 的威脅。從近幾年的發(fā)展情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)刀具制造企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新方面整體上 與國(guó)外著名企業(yè)差距較大，主要表現(xiàn)在： (1) 刀具制造企業(yè)技術(shù)研發(fā)不足。我國(guó)的數(shù)控刀具產(chǎn)業(yè)總體技術(shù)處于中低 端水平，高技術(shù)產(chǎn)品市場(chǎng)基本被國(guó)外企業(yè)壟斷。大多數(shù)中小企業(yè)研發(fā)能力不足， 只能是部分引進(jìn)來(lái)改進(jìn)產(chǎn)品，在市場(chǎng)處于

18、追隨和補(bǔ)缺地位。 (2) 我國(guó)數(shù)控刀具質(zhì)量不高。我國(guó)刀具產(chǎn)品在質(zhì)量方面還存在著不足：產(chǎn) 品可靠性低、精度和外觀質(zhì)量不好。 (3) 品牌維護(hù)能力不足。我國(guó)刀具品牌一直保持著性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)。但是 營(yíng)銷和服務(wù)實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)方面存在很大不足，缺乏與國(guó)際知名品牌挑戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)。 體現(xiàn)在：銷售和服務(wù)過(guò)程中，缺乏客戶就是效益的理念；營(yíng)銷服務(wù)部門與企業(yè) 內(nèi)部各價(jià)值鏈（如研發(fā)與生產(chǎn)部門）溝通不及時(shí)，導(dǎo)致市場(chǎng)需求和生產(chǎn)變化不 能及時(shí)報(bào)告給相關(guān)部門；營(yíng)銷和服務(wù)隊(duì)伍不夠健全，服務(wù)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和技 術(shù)水平參差不齊，誠(chéng)信意識(shí)淡薄，缺乏對(duì)企業(yè)整體品牌的維護(hù)。 (4) 品牌成長(zhǎng)后勁不足。主要體現(xiàn)在企業(yè)文化基礎(chǔ)不牢和人力資源開發(fā)不

19、足，尤其是我國(guó)刀具企業(yè)缺乏以客戶為中心的組織文化和營(yíng)銷文化。雖然我國(guó) 刀具制造企業(yè)開展是以顧客為中心的運(yùn)營(yíng)機(jī)制轉(zhuǎn)換，但缺乏深厚的組織氛圍和 文化支撐，從而削弱了企業(yè)抵御競(jìng)爭(zhēng)者侵襲和企業(yè)自身向前發(fā)展的能力；在這 樣文化背景下，大多數(shù)科技人員和營(yíng)銷人員雖然已具備一定水準(zhǔn)的科研開發(fā)能 力和營(yíng)銷能力，但固有的企業(yè)運(yùn)營(yíng)機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制方面做得不足，影響員工的 積極性和創(chuàng)造力的施展。 (5) 缺少材料基礎(chǔ)性研究，高端數(shù)控刀具制造水平大大受限。由于國(guó)內(nèi)缺 乏相關(guān)的材料基礎(chǔ)研究，大量原材料需要進(jìn)口。在材料性能缺少系統(tǒng)了解的情 況下，難以采用最優(yōu)的制造工藝，生產(chǎn)的效率和質(zhì)量難以保證。 綜上所述，我國(guó)金屬切削刀具與

20、國(guó)外相比從刀具的精度、刀具材料、涂層 技術(shù)、設(shè)計(jì)思路等諸多方面差距還很大，大量的技術(shù)難題有待突破。 1.3 論文研究?jī)?nèi)容和意義 1.3.1 研究?jī)?nèi)容 論文主要針對(duì)銑刀的數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行研究，分析了銑刀螺旋槽的幾何特 征，根據(jù)加工需要，對(duì)開槽用的平形輪投影曲線進(jìn)行研究，得到投影曲線形狀 與砂輪旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系式，對(duì)立銑刀各個(gè)部位加工中砂輪的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了研 究，并得到?jīng)Q定砂輪位置的矢量的方程式，主要研究?jī)?nèi)容如下： (1) 銑刀的數(shù)控加工過(guò)程分析 銑刀的數(shù)控加工，以立銑刀為例，主要分為整體開槽；端面齒隙磨削；前 端面精磨；外圓精磨這四步。所謂整體開槽，就是整體加工出銑刀的螺旋槽， 因?yàn)槁菪凼且恍螤?/p>

21、復(fù)雜的螺旋面，所以論文描述了三種加工方法，分析比較 各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)以供參考。外圓精磨實(shí)際上就是對(duì)銑刀周刃的第一、第二后 刀面進(jìn)行磨削，磨削采用了一種砂輪、銑刀共同運(yùn)動(dòng)的方式。 (2) 銑刀幾何特征研究 銑刀最為復(fù)雜的部分便是它的螺旋槽，螺旋槽的形狀決定了周刃切削力和 切削熱的大小以及排屑的難易程度，螺旋槽實(shí)則是由銑刀端截面的輪廓曲線通 過(guò)螺旋線掃掠獲得，所以論文對(duì)螺旋線和銑刀端截面輪廓曲線進(jìn)行了研究，從 而得到螺旋槽的幾何方程。 (3) 銑刀數(shù)控加工刀位軌跡規(guī)劃 銑刀開槽所用平形輪，通過(guò)旋轉(zhuǎn)不同角度，改變與銑刀接觸的切削部分的 大小，便得到不同的槽形，論文研究了砂輪每轉(zhuǎn)過(guò) 5 度，在平面上的

22、投影得到 一系列投影曲線，并研究了轉(zhuǎn)過(guò)度數(shù)與曲線的關(guān)系，通過(guò) MATLAB 擬合得到 方程式。 論文研究了銑刀數(shù)控加工的四大部分過(guò)程中砂輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，因?yàn)闆Q定砂 輪位置的矢量為砂輪軸線矢量和砂輪輪心點(diǎn)坐標(biāo)矢量，所以只要確定這兩個(gè)矢 量的方程式，砂輪的位置就唯一確定了，加工不同部位砂輪的旋轉(zhuǎn)角度和平移 距離也就隨之確定，從而得到砂輪運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算方法。 1.3.2 研究意義 隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在銑刀的生產(chǎn)加工行業(yè)，我國(guó)還處在比較落后 的狀態(tài)，目前國(guó)內(nèi)使用的用來(lái)加工銑刀的數(shù)控磨床大多是從國(guó)外引進(jìn)的，數(shù)控 加工的關(guān)鍵在于加工過(guò)程中切削刀具的刀位軌跡計(jì)算，由于銑刀的幾何結(jié)構(gòu)復(fù) 雜多樣，磨削時(shí)，砂

23、輪的位置軌跡變化較多，所以一套系統(tǒng)的計(jì)算砂輪位置軌 跡的數(shù)控系統(tǒng)會(huì)大大縮短銑刀的生產(chǎn)加工時(shí)間，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文研究了銑 刀的數(shù)控加工過(guò)程以及如何通過(guò)砂輪旋轉(zhuǎn)角度變化和平移位置變化來(lái)加工出銑 刀的各個(gè)特征型面，在保證銑刀各個(gè)型面尺寸的基礎(chǔ)上得到最短最有效的砂輪 運(yùn)動(dòng)軌跡，減少了人工調(diào)試與修改的時(shí)間，從而也杜絕了人為的生產(chǎn)加工誤差， 便于管理和實(shí)現(xiàn)銑刀的一體化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，提高了銑刀的生產(chǎn)加工效率和磨 削精度。 1.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了數(shù)控加工的概念以及目前比較成熟的兩種刀位軌跡生成方 法，通過(guò)對(duì)比，得出不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)。簡(jiǎn)要介紹了目前國(guó)內(nèi)刀具制造行業(yè)的 現(xiàn)狀，主要在技術(shù)創(chuàng)新和數(shù)控加工方

24、面略顯不足，針對(duì)這些不足，介紹了論文 研究的內(nèi)容和意義，主要研究了銑刀數(shù)控加工過(guò)程和銑刀的幾何特性以及加工 銑刀時(shí)砂輪運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃。 第 2 章 銑刀數(shù)控加工過(guò)程分析 2.1 銑刀的設(shè)計(jì)依據(jù) 2.1.1 技術(shù)要求 (1) 客戶提供被加工零件圖：根據(jù)需要，客戶提供相應(yīng)的被加工銑刀的零 件圖紙，然后設(shè)計(jì)者根據(jù)零件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)出相應(yīng)銑刀； (2) 提供使用該刀具的設(shè)備情況：客戶提供該銑刀的使用環(huán)境，安裝銑刀 的機(jī)床的情況等； (3) 被加工零件的材料：根據(jù)銑刀材料的不同，設(shè)計(jì)不同參數(shù)的銑刀； (4) 刀具的使用環(huán)境：設(shè)備主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給量及相關(guān)情況； (5) 是否冷卻及冷卻方式； (6) 是否有其他特殊

25、要求； 2.1.2 技術(shù)資料 (1) 根據(jù)被加工零件的材料進(jìn)行刀具材料的選擇； (2) 根據(jù)客戶設(shè)備情況進(jìn)行刀具連接部分的設(shè)計(jì)：柄部類型、參數(shù)的選擇 等； (3) 進(jìn)行冷卻參數(shù)的選擇：冷卻液類型、牌號(hào)、成分等； (4) 根據(jù)被加工零件圖進(jìn)行刀具截形的設(shè)計(jì)：刀具截形曲線的形狀、尺寸 等； (5) 根據(jù)刀具的使用環(huán)境進(jìn)行刀具切削參數(shù)的選擇和優(yōu)化； (6) 滿足客戶的其他特殊要求； 2.2 銑刀的熱工藝 銑刀的熱工藝包括銑刀的熱處理技術(shù)、銑刀的焊接技術(shù)、銑刀的涂層技術(shù)， 這些特殊技術(shù)能夠明顯改善銑刀材料的組織性能和工藝性能，根據(jù)不同的需要， 進(jìn)行不同的特殊處理，以期實(shí)現(xiàn)特定的加工要求。 2.2.1

26、銑刀的熱處理技術(shù) 由于傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的銑刀在高負(fù)荷使用后容易折斷或變形，所以銑刀的熱 處理就顯得尤為重要了，可以很好地改善銑刀材料的力學(xué)和工藝性能，使之更 好地用于生產(chǎn)。 對(duì)于材料為高速鋼的刀具，熱處理對(duì)于提高刀具硬度，增強(qiáng)刀具耐磨性 是必不可少而且是十分關(guān)鍵的技術(shù)。熱處理工藝也是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。熱 處理工藝的工藝參數(shù)在不斷的實(shí)驗(yàn)與優(yōu)化中，對(duì)于某種材料的熱處理最適宜的 加熱溫度和時(shí)間等等工藝參數(shù)的確定從理論上是很難得到的，基本上是通過(guò)實(shí) 驗(yàn)獲得。下面總結(jié)的是比較具有代表意義的一種熱處理過(guò)程。 刀具熱處理加工主要步驟大致可分為：預(yù)熱，加熱，冷卻，后處理。對(duì)于 預(yù)熱采用箱式電阻爐(或井式爐)和中

27、溫鹽浴爐，最后加熱在高溫鹽浴爐中進(jìn)行。 在硝鹽爐或電阻爐中回火。 (1) 預(yù)熱 按銑刀的直徑大小可分為一次預(yù)熱和二次預(yù)熱，目的是消除加工應(yīng)力，使 內(nèi)外溫度一致，減小銑刀的形變。 (3) 冷卻 采用分級(jí)或等溫淬火，分級(jí)溫度為 580620，鹽浴成分為 50% BaCl2+30% KCl+ 20%NaCl(簡(jiǎn)稱 2-3-5 鹽)，當(dāng)表面溫度到 650700時(shí)，轉(zhuǎn)入 220250的硝鹽中保溫 3040min。 (4) 熱校直 快速?gòu)南觖}爐中取出，將銑刀放在螺旋壓力機(jī)上進(jìn)行校直，考慮到冷速太 快，要在不低于 20的溫度下進(jìn)行校直，采取校過(guò)的措施，以防止其反彈。 (5) 清洗回火 開水槽煮凈銑刀表面的殘

28、鹽，銑刀垂直向上插入圓形回火筐中擠緊回火， 介質(zhì)為 100%KNO3,溫度為 540560，保溫 80100min，回火 3 次。 (6) 柄部處理 柄部在 850的鹽浴爐中加熱到表面顏色與鹽浴一致時(shí)，挑出油冷或空冷。 2.2.2 銑刀的焊接技術(shù) 銑刀的焊接技術(shù)可以分為兩部分：一部分是刀齒的焊接；另一部分是柄部 與刃部的焊接?？悸缘饺胁渴侵饕庸で邢鞑糠?，對(duì)材料的要求比較高，一般 為硬質(zhì)合金，而柄部等部分是非切削部分，硬度強(qiáng)度要求不高，為了節(jié)省成本， 選擇不同材料，并將其焊接起來(lái)得到完整銑刀。 (1) 鑲齒合金刀片的焊接 硬質(zhì)合金上的焊接裂紋是焊接應(yīng)力過(guò)大而引起的。在充分加熱后，刀具開 始冷卻

29、，焊料凝固，由于鋼的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金大23倍，在鋼與硬質(zhì)合 金上產(chǎn)生不同的收縮，達(dá)到室溫后，鋼的收縮是硬質(zhì)合金的兩倍。逐漸收縮的 結(jié)果，在硬質(zhì)合金上產(chǎn)生拉應(yīng)力，而產(chǎn)生焊接開裂現(xiàn)象。此外，硬質(zhì)合金在 9501100 就會(huì)產(chǎn)生劇烈氧化，所形成的氧化膜存在許多空隙而使硬質(zhì)合金變脆，從而 降低合金的機(jī)械性能。因此，在焊接時(shí)，必須避免焊接區(qū)域的氧化現(xiàn)象。 (2) 刀頭刀柄的焊接 因?yàn)闉榱斯?jié)省成本，對(duì)于主要用于切削的刃部，采用硬質(zhì)合金等較為貴重 的材料，而柄部對(duì)于強(qiáng)度硬度等要求沒(méi)有刃部高，一般可采用比較經(jīng)濟(jì)的工具 鋼等材料，然后通過(guò)焊接技術(shù)將刃部跟柄部焊接起來(lái)，一般采用銅釬焊，銅及 其合金在釬焊前要采

30、用機(jī)械清理或砂紙打磨的辦法清除工件表面的氧化物，用 化學(xué)清理的辦法去除油脂及其他污物。刃部跟柄部的焊接，有兩種連接方式， 一種是平底連接，一種是 V 形連接，后者更加緊固穩(wěn)定。 2.2.3 銑刀的涂層技術(shù) 目前已有許多種刀具涂層方法，包括 PVD 涂層、CVD 涂層以及交替涂覆 PVD 和 CVD 的復(fù)合涂層等，從刀具制造商或涂層供應(yīng)商那里可以十分容易地 獲得這些涂層。本文將介紹一些刀具涂層共有的屬性以及一些常用的 PVD、CVD 涂層選擇方案。在確定選用哪種涂層對(duì)于切削加工最為有利時(shí)，涂 層的每一種特性都起著十分重要的作用。常用的涂層如下所述： (1)氮化鈦涂層(TiN) TiN 是一種通用

31、型 PVD 涂層，可以提高刀具硬度并具有較高的氧化溫度。該涂 層用于高速鋼切削刀具或成形工具可獲得很不錯(cuò)的加工效果。 (2)氮碳化鈦涂層(TiCN) TiCN 涂層中添加的碳元素可提高刀具硬度并獲得更好的表面潤(rùn)滑性，是高 速鋼刀具的理想涂層。 (3)氮鋁鈦或氮鈦鋁涂層(TiAlN/AlTiN) TiAlN/AlTiN 涂層中形成的氧化鋁層可以有效提高刀具的高溫加工壽命。 主要用于干式或半干式切削加工的硬質(zhì)合金刀具可選用該涂層。根據(jù)涂層中所 含鋁和鈦的比例不同，AlTiN 涂層可提供比 TiAlN 涂層更高的表面硬度，因此 它是高速加工領(lǐng)域又一個(gè)可行的涂層選擇。 2.3 銑刀數(shù)控加工過(guò)程分析 由

32、于刀具材料多為高速鋼和硬質(zhì)合金，且以硬質(zhì)合金居多，硬度較高，普 通的數(shù)控加工方法難以實(shí)現(xiàn)其加工，一般只能通過(guò)數(shù)控磨削來(lái)完成，并且磨削 精度較高。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料， 如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率 的磨削，如強(qiáng)力磨削等。加工精度較高。刀具的數(shù)控加工，以整體立銑刀為例， 砂輪實(shí)現(xiàn)四軸的聯(lián)動(dòng)，工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)，共五軸，砂輪有 X、Y、Z 方向 的移動(dòng)和 A 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，加上夾持銑刀的工作臺(tái)軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)，數(shù)控加工中實(shí)際上 是四軸聯(lián)動(dòng)，砂輪三軸的移動(dòng)和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，不過(guò)砂輪有時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角 度來(lái)完成各個(gè)齒隙的磨削。

33、一把標(biāo)準(zhǔn)銑刀的磨削過(guò)程一般包括： (1) 整體開槽； (2) 外圓精磨； (3) 端面齒隙磨削； (4) 前端面精磨。 2.3.1 整體開槽 銑刀槽型一般由以下參數(shù)決定：槽型角，芯徑，齒寬，砂輪現(xiàn)狀等共同決 定，還有立銑刀的螺旋角，周齒法向徑向前角等。整體開槽選用平行輪，根據(jù) 不同的銑刀材料，選擇不同粒度硬度的平行輪，平行輪尺寸根據(jù)銑刀槽形尺寸 來(lái)確定，平行輪開槽有兩種方法： 方法一：砂輪尺寸較大時(shí)，銑刀不動(dòng)，通過(guò)特征造型，得到銑刀槽型的特 征模型，多為二次曲面，然后計(jì)算平行輪加工此二次曲面的軌跡路線，砂輪實(shí) 現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，砂輪可以相對(duì)于銑刀軸線偏移一個(gè)角度，也可以相對(duì)于砂輪軸線 偏移一個(gè)角度，

34、然后通過(guò)螺旋線走刀，獲得不同形狀的槽形，多次走刀，最終 達(dá)到要求尺寸。 采用較小尺寸的砂輪磨削時(shí)可以采用行磨方法，如圖2-1所示，對(duì)于槽型弧 線的每段，采用逐步行切的方法，依次通過(guò)多次走刀加工出不同弧線，依然是 銑刀旋轉(zhuǎn)，砂輪直線進(jìn)給，不同弧線連接成整個(gè)槽型曲線，由于這種加工方法 可以細(xì)致地仿照每段弧線的形狀進(jìn)行切削，所以加工精度較高，但加工效率因 為走刀次數(shù)過(guò)多，銑刀每次旋轉(zhuǎn)到一定角度后需要抬刀（砂輪抬起），然后銑 刀再轉(zhuǎn)到初始位置，然后再繼續(xù)加工，整個(gè)過(guò)程耗費(fèi)時(shí)間較多。 方法二：銑刀安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)可以繞著銑刀的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)速 度跟砂輪的前進(jìn)速度有關(guān)，這樣可以將加工銑刀螺旋槽轉(zhuǎn)換為

35、砂輪的直線走刀， 當(dāng)然，砂輪需要偏轉(zhuǎn)合適的角度，也就是說(shuō)將螺旋槽二次曲面通過(guò)復(fù)合運(yùn)動(dòng)展 成一次平面，考慮到工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)并不是360度方向任意轉(zhuǎn)動(dòng)，假設(shè)它有一個(gè)轉(zhuǎn) 動(dòng)角度范圍，工作臺(tái)配合砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)，砂輪由銑刀端部向柄部運(yùn)動(dòng)，到達(dá)極限位 置，砂輪抬起，工作臺(tái)恢復(fù)初始位置，砂輪移動(dòng)到銑刀端部初始位置，重復(fù)從 端部到柄部磨削過(guò)程完成第二次磨削，最終達(dá)到要求尺寸。銑刀刃部又分為圓 柱形和圓錐形，當(dāng)然，這兩種形狀開槽砂輪所轉(zhuǎn)角度有差異，圓柱形刃部，砂 輪只需繞著垂直于水平面的軸旋轉(zhuǎn)一定角度，而圓錐形刃部砂輪還需要繞著平 行于水平面的軸旋轉(zhuǎn)一定角度。這種方法也可以讓砂輪靜止不動(dòng)，偏轉(zhuǎn)合適的 角度，然后工作臺(tái)既

36、軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)由軸向進(jìn)給。如圖2-2所示整體開槽： 圖2-1 行切砂輪位置 圖 2-2 整體開槽 2.3.2 端面齒隙磨削 端面齒隙磨削，分為兩部分，第一端面齒隙用縱磨法，選擇碟形輪，此端 面為平面特征，加工時(shí)通過(guò)調(diào)整砂輪，使之與此平面平行，然后由邊到心進(jìn)行 磨削，達(dá)到尺寸精度要求，關(guān)鍵是碟形輪的位置轉(zhuǎn)角的確定。第二齒隙用橫磨 法，實(shí)際為擴(kuò)齒磨削，此面呈一個(gè)錐形，用碟形輪加工，通過(guò)調(diào)整碟形輪的角 度位置，使之剛好能滿足第二齒隙的形狀要求，而且端面長(zhǎng)齒跟短齒的齒隙擴(kuò) 齒切削深度不同，短齒部分切削較深，使對(duì)角短齒不相連，長(zhǎng)齒部分則保證其 對(duì)心（有些要求不對(duì)心），有些刃部都是長(zhǎng)齒，即所有刃都過(guò)心，在磨削

37、這種 刃的齒隙時(shí)要求不能過(guò)切，保證所有刃中心相連，當(dāng)人也有所有刃都不過(guò)心的， 需要在各個(gè)刃之間切出空隙。采用由邊到心進(jìn)行磨削，以達(dá)到尺寸精度要求。 如圖2-3所示： 圖2-3 端面齒隙磨削 2.3.3 前端面精磨 前端面精磨實(shí)際上是選用碟形輪精磨端齒后刀面，后刀面與端面夾角較小， 后刀面實(shí)則為一斜平面，可以通過(guò)設(shè)置碟形輪軸向與法向的角度，來(lái)與后刀面 斜平面成一水平面，從而對(duì)其進(jìn)行磨削，端面長(zhǎng)齒后刀面與短齒后刀面是同一 角度面，只是面積不同，長(zhǎng)齒后刀面較大，短齒較小，磨削時(shí)要保證碟形輪有 足夠的進(jìn)給，能磨削完整個(gè)后刀面，每磨削完一個(gè)后刀面，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角 度，然后磨削下一個(gè)后刀面。 因?yàn)殂姷抖?/p>

38、面刃數(shù)的不同，需要合理分配旋轉(zhuǎn)角度，以及調(diào)整砂輪位置角 度，避免因?yàn)槿袛?shù)過(guò)多而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，設(shè)置合適的切削參數(shù)，以達(dá)到尺寸精 度要求。 銑刀端面并不是完全垂直于刀軸，有時(shí)候端面會(huì)與出之于刀軸水平面有一 個(gè)較小夾角，一般為2度，稱為蝶形角。加工時(shí)蝶形角對(duì)碟形輪的偏轉(zhuǎn)角度的影 響較小。端齒磨削方法有兩種，根據(jù)機(jī)床實(shí)際情況及工件夾持角度選擇。如圖 2-4所示兩種方法： 圖2-4 端齒磨削方法 2.3.4 外圓精磨 外圓精磨選用碟形輪或者碗型輪，這里選用碗型輪，碗型輪用來(lái)磨削銑刀 側(cè)刃部分的后刀面，銑刀后刀面有兩個(gè)，呈不同角度，一般銑刀后刀面通過(guò)圓 弧連接，所以兩后刀面難以分辨，也有兩后刀面呈一定角度

39、的，磨削外圓后刀 面，也可以應(yīng)用開槽的那種方法二，銑刀夾持在工作臺(tái)上，通過(guò)工作臺(tái)的軸向 轉(zhuǎn)動(dòng)，然后碗型輪可以直線進(jìn)給，將側(cè)刃后刀面曲面通過(guò)復(fù)合運(yùn)動(dòng)展成一平面， 這樣可以減少砂輪的旋轉(zhuǎn)，先磨削第一后刀面，即遠(yuǎn)離側(cè)刃的那個(gè)面，再磨削 第二后刀面，即挨著側(cè)刃的那個(gè)面，磨削后刀面采用從柄部到端部的走刀方向， 一次磨削走刀完成，砂輪抬起并移動(dòng)到初始位置，然后工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)至初始位置， 然后砂輪逼近，接觸，完成第二次磨削，多次磨削達(dá)到所要求尺寸和精度為止。 由于圓周刃與端刃連接部分有三種連接方式：清根連接（即無(wú)過(guò)渡直角連 接）、過(guò)渡 R 連接、球頭形連接（球頭銑刀），如圖，則在磨削完側(cè)刃后刀面， 根據(jù)此圓弧大

40、小和砂輪直徑，補(bǔ)償算出砂輪中心所走圓弧軌跡，如圖為 R 連接， 弧度較小，而球頭形弧度較大，需要調(diào)整砂輪的位置和角度，確定圓的圓心， 加上圓半徑和砂輪半徑，得到砂輪軸心的運(yùn)動(dòng)軌跡。 對(duì)于球頭形連接，需要根據(jù)銑刀直徑得到圓弧半徑，通過(guò)砂輪刀位點(diǎn)，補(bǔ) 償砂輪半徑，得到砂輪中心繞球形中心旋轉(zhuǎn)軌跡。 對(duì)于直角連接，在磨削完周刃后刀面后，砂輪可以直線退出，抬刀到安全 高度，不需要對(duì)端面進(jìn)行磨削即可。如圖2-5所示： 圖2-5 外圓精磨 周齒磨削方法有三種，如圖2-6所示： 圖2-6 周齒磨削的三種方法 2.4 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要介紹了銑刀的設(shè)計(jì)依據(jù)，主要研究了銑刀的熱加工工藝和冷加工 工藝，熱加工工藝主

41、要包括熱處理、焊接、涂層等，冷加工工藝主要是銑刀的 數(shù)控磨削工藝，分析了銑刀的數(shù)控磨削過(guò)程，按步驟分為整體開槽、端面齒隙 磨削、前端面精磨、外圓精磨，并介紹了各個(gè)步驟的磨削方法，分析了各個(gè)磨 削方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并總結(jié)了常用的方法。 第三章 銑刀幾何特征研究 本章主要研究了銑刀螺旋角的兩種定義方式以及銑刀四種典型螺旋槽的幾 何特征，并介紹了銑刀各個(gè)截面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系以及各種轉(zhuǎn)換矩陣的表達(dá)式。 3.1 銑刀螺旋刃線模型 3.1.1 定義螺旋角的兩種方式 一把整體立銑刀不是由單一的幾何曲線曲面構(gòu)成，而是由圓柱、圓錐、圓 弧、球面等多種回轉(zhuǎn)曲面構(gòu)成，立銑刀的螺旋刃線部分是其重要組成部分，刃 線螺旋的表

42、達(dá)式對(duì)于螺旋角的大小有決定意義，而螺旋角的大小又決定著銑刀 周刃切削力的大小。螺旋溝槽的存在，有利于減少切削熱，并且使切屑能夠順 利地排出。銑刀的螺旋刃線是通過(guò)一點(diǎn)繞著固定軸的軸向運(yùn)動(dòng)和徑向運(yùn)動(dòng)合成 出來(lái)的，下面討論兩種螺旋角和導(dǎo)程的定義方法19。 銑刀螺旋槽螺旋線是周刃前后刀面與回轉(zhuǎn)外輪廓的交線，螺旋線的定義與 螺旋運(yùn)動(dòng)有關(guān)，繞固定軸做螺旋運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)的速度 V 按照極坐標(biāo)方式可分解為三 部分：軸向速度 V、徑向速度 V、切向速度 V。如圖 3-1 所示： 圖 3-1 螺旋線速度分解 螺旋曲線上任意一點(diǎn) N 的速度，按照極坐標(biāo)方式可分解為如圖所示三個(gè)方 向的速度的矢量和，即： (3-1) VVV

43、V 螺旋角的定義方式有兩種，第一種將其定義為回轉(zhuǎn)面母線與螺旋線的夾角，如 圖所示，此時(shí)回轉(zhuǎn)面母線的方向即軸向速度 V與徑向速度 V的矢量和，定義 為 V0，則： (3-2) VVV 0 定義螺旋角為 則，由螺旋角第一種定義方式得： (3-3) V VV V V 0 cos 為了用于以下推導(dǎo)簡(jiǎn)化，將其改寫為余切值得： (3-4) V VV cot 第二種定義方式是將螺旋角定義為回轉(zhuǎn)軸與螺旋線的夾角，此時(shí)由 N 點(diǎn)的 速度 V 和軸向速度 V得螺旋角表達(dá)式： (3-5) V V cos 同樣化為余切值得： (3-6) VV V cot 3.1.2 定義螺旋線的導(dǎo)程 因?yàn)橐话懔姷痘剞D(zhuǎn)體都是圓柱或者

44、球體，則螺旋線導(dǎo)程19各段相等，即 為等導(dǎo)程螺旋線，由上文螺旋角的第一種定義方式，以及導(dǎo)程 P 的性質(zhì)，可定 義導(dǎo)程 P 為回轉(zhuǎn)體母線與回轉(zhuǎn)角速度 的比值，即： (3-7) VV V P 0 設(shè)回轉(zhuǎn)體上 N 點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑為 R(Z)，繞 Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為 ，沿著 Z 軸移 動(dòng)距離為 Sz ，由以上數(shù)據(jù)得： (3-8) z zz S t S t S V (3-9) )( )()( z z z SZR t S S ZR t ZR V (3-10) )()(ZR t ZRV 以上三個(gè)式子中帶上撇的表示導(dǎo)數(shù)，其中 dt d 將(3-8)、(3-9)、(3-10)代入(3-7)中得等導(dǎo)程 P 的表達(dá)式

45、： (3-11)(1 2 ZRS VV P z 同理，若螺旋角由第二種方式定義，則得到等導(dǎo)程表達(dá)式： (3-12) z S V P 3.1.3 螺旋線幾何模型 對(duì)于等螺旋角螺旋線，采用上述兩種方式得到的螺旋線方程有所差異，用 第二種定義方式得到的螺旋角方程略微復(fù)雜，求得的螺旋線方程相對(duì)于第一種 定義方式較為繁瑣，并且方式二在對(duì)刀具性能的影響上與定義方式一差距不大， 故以下采用定義方式一來(lái)計(jì)算螺旋線幾何方程19。 按照方式一定義的螺旋角方程，將(3-8)、(3-9)、(3-10)式代入到(3-4)中得： (3-13) )( )(1 cot 2 ZR ZRS V VV z 因?yàn)橐舐菪€上點(diǎn)的在三

46、維坐標(biāo)中的 X、Y、Z 坐標(biāo)值，因?yàn)?Z 值是變 化值，即為公式中的 Sz ，X 與 Y 值跟繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度 還有回轉(zhuǎn)面的 半徑 R(Z)有關(guān)，關(guān)系如下： (3-14)cos)(ZRx (3-15)sin)(ZRy 對(duì)于(3-13)式，方程式上下兩邊同乘以 d 得公式： (3-16) dZR ZdRdSz )( )( cot 22 要得到 X、Y 軸的坐標(biāo)值，必須先得到 的表達(dá)式，為此對(duì)(3-16)兩邊積分得： (3-17)dz dz dR zR z 2 1 )( 1 tan)( 將(3-17)式代入(3-14)、(3-15)得等螺旋角螺旋線方程為： (3-18) dz dz dR

47、zR zRx dz dz dR zR zRy Sz z 2 2 1 )( 1 tancos)( 1 )( 1 tansin)( 由于立銑刀周刃回轉(zhuǎn)體有兩種，一種是圓柱回轉(zhuǎn)體，一種是球體，對(duì)于圓 柱回轉(zhuǎn)體的螺旋線，如圖3-2所示： 圖3-2 圓柱回轉(zhuǎn)體 由圖得 R(z)為定值設(shè)為 r，從而為零，又設(shè)初始轉(zhuǎn)角位，化簡(jiǎn)(3-18)得圓)( zR 0 柱體螺旋線（刃線）方程為： (3-19) )tansin( )tancos( 0 0 r Z rx r Z ry SZz z 對(duì)于球體，以球心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立如圖3-3所示坐標(biāo)系： 圖3-3 球體回轉(zhuǎn)體 設(shè)球的半徑為 r，則球面上任意回轉(zhuǎn)半徑為，并且可求得

48、 22 )(zrzR ，并設(shè)起始角為將這些已知條件代入(3-18)式中得球體的螺旋 22 zr z dz dR 0 線方程為： (3-20) zr zr zry zr zr zrx Sz z lntan 2 1 sin lntan 2 1 cos 0 22 0 22 對(duì)于錐形回轉(zhuǎn)面，設(shè)圓錐低圓半徑為 R，頂圓半徑為 r，圓錐錐角為 ， 以低圓中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系如圖3-4所示： 圖3-4 圓錐回轉(zhuǎn)體 如圖得 代入 (3-18)式得到錐形回轉(zhuǎn)面的螺旋線方程為： 2 tan)( zRzR (3-21) z Sz z RzzRy z RzzRx 2 tan 2 )( 2 cos tan (sin

49、 2 tan 2 tan 2 )( 2 cos tan (cos 2 tan 2 2 3.2 螺旋槽截面幾何形狀研究 立銑刀螺旋槽的形狀主要是由槽型角、芯徑、齒寬、螺旋角、周齒法向徑 向前角、砂輪現(xiàn)狀等參數(shù)共同決定的，前刀面與溝槽連接和后刀面與溝槽連接 部分的光滑銜接是設(shè)計(jì)槽型的關(guān)鍵，因?yàn)榍暗睹媾c溝槽為主要部分，對(duì)銑刀的 切削性能影響較大，而后刀面與溝槽連接部分對(duì)于銑刀的整體性能影響不大， 其形狀主要是由砂輪參數(shù)與幾何位置共同保證的。 3.2.1 立銑刀螺旋面三坐標(biāo)系的建立 不同形狀參數(shù)的空間曲線沿著螺旋線掃掠出來(lái)的曲面就是螺旋面，對(duì)于立銑 刀，有時(shí)候需要研究法截面上的前角和后角，有時(shí)候需要研

50、究端截面上的前角 和后角，前者是在法截面坐標(biāo)系中標(biāo)定的，后者是在端截面坐標(biāo)系中標(biāo)定的， 如圖3-5所示給出法截面坐標(biāo)系跟端截面坐標(biāo)系的定義19。 圖3-5 三個(gè)截面坐標(biāo)系 (1)如圖3-5所示端截面坐標(biāo)系為 Of-XfYfZf ，X 軸為截面與螺旋線交點(diǎn)和截 面圓心連線的延長(zhǎng)線，Y 軸垂直于截面半徑延長(zhǎng)線并與截面相切，Z 軸平行于 工件坐標(biāo)系的 Z 軸并與截面垂直。坐標(biāo)系 Of-XfYfZf 可由坐標(biāo)系 O-XYZ 繞 Z 軸 旋轉(zhuǎn) (z)角度，并經(jīng)過(guò)平移得到，因此由坐標(biāo)軸 O-XYZ 到端截面坐標(biāo)軸 Of- XfYfZf 的變換矩陣為： 1000 0100 00)(cos)(sin 00)(

51、sin)(cos 1000 100 0010 )(001 21 zz zz z zR MMM f 注：M1為平移變換矩陣 M2為繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣 R(z)為 P 點(diǎn)處的端截面半徑 (z)為繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)角度 (2)如圖主截面坐標(biāo)系為 O0-X0Y0Z0 ，可在端截面坐標(biāo)系 Of-XfYfZf的基礎(chǔ)上 繞 Yf軸旋轉(zhuǎn) (z)角度得到，其中 (z)為 P 點(diǎn)處截面母線與回轉(zhuǎn)軸 Z 軸的夾角， 此時(shí) X0與螺旋線相切，所以可得由端截面坐標(biāo)系 Of-XfYfZf到主截面坐標(biāo)系 O0- X0Y0Z0繞 Yf軸的旋轉(zhuǎn)變換矩陣 M3，從而得到由坐標(biāo)系 O-XYZ 到主截面坐標(biāo)系 Of-XfYfZf的

52、變換矩陣 M0=MfM3=M1M2M3，其中 M3為： 1000 0)(cos0)(sin 0010 0)(sin0)(cos 3 zz zz M (3)如圖法截面坐標(biāo)系為 On-XnYnZn ,可在主截面坐標(biāo)系 O0-X0Y0Z0的基礎(chǔ)上 繞 X0軸旋轉(zhuǎn) (z)角度得到，其中 (z)為 P 點(diǎn)處螺旋角，此時(shí) Zn與回轉(zhuǎn)體螺旋線 相切，法截面坐標(biāo)系上研究的是回轉(zhuǎn)體螺旋線法面上的各個(gè)角度關(guān)系，由主截 面坐標(biāo)系 O0-X0Y0Z0到法截面坐標(biāo)系 On-XnYnZn的旋轉(zhuǎn)變換矩陣為 M4，從而得 到由坐標(biāo)系 O-XYZ 到法截面坐標(biāo)系 On-XnYnZn的變換矩陣為 Mn=M0M4=M1M2M3M4

53、 其中 M4為圍繞 X0軸的旋轉(zhuǎn)變換矩陣： 1000 0)(cos)(sin0 0)(sin)(cos0 0001 4 zz zz M 對(duì)于立銑刀，圓柱回轉(zhuǎn)體與球體的端截面都是圓形，而法截面各不相同， 對(duì)于螺旋面，可由空間曲線繞著螺旋線掃掠得到，所以需要知道空間曲線的方 程，此處為銑刀端截面上螺旋槽曲線方程。 3.2.2 立銑刀端截面螺旋槽曲線方程 立銑刀端面螺旋槽形狀曲線19主要是由其周刃前角、后角、刃寬、砂輪形 狀等參數(shù)共同確定的，以下討論四種形狀的槽型曲線，分別為：(1)前刀面與溝 槽圓弧連接并且后刀面與溝槽連接部分有一段凸臺(tái)過(guò)渡；(2)前刀面與溝槽呈一 定角度，并且后刀面與溝槽連接部分

54、有一段凸臺(tái)過(guò)渡；(3)前刀面與溝槽圓弧連 接，后刀面與溝槽無(wú)凸臺(tái)過(guò)渡；(4)前刀面與溝槽呈一定槽型角，后刀面與溝槽 無(wú)凸臺(tái)過(guò)渡。 (1)圓弧連接，直線過(guò)渡，如圖3-6所示： 如圖所示，槽型曲線為 ABDPMEGH，其中前刀面與溝槽過(guò)渡部分為半徑 為 RC圓心為 C 點(diǎn)的圓弧，后刀面與溝槽之間有一段凸臺(tái) EM 為直線，MP 小段 直線，其中 HG 為第一后刀面，GE 為第二后刀面。參數(shù)說(shuō)明如表3-1所示： 要得到完整的槽型曲線方程式，需要求出以下各點(diǎn)的坐標(biāo)值 A(xa，ya)、 B(xb，yb)、D(xd，yd)、H(xh，yh)、G(xg，yg)、E(xe，ye)、M(xm，ym)、P(xp，

55、yp) 以及溝槽半徑 Rf的值。 圖3-6 立銑刀端截面 表3-1 銑刀截面參數(shù) 變量名符號(hào) 銑刀大徑D=2r 柱齒深度h1 周刃前角0 周刃第一后角1 周刃第二后角2 第一后刀面寬度L1 第二后刀面寬度L2 凸臺(tái)深度h2 槽底圓弧RC 銑刀齒數(shù)N 如圖3-7所示在 O-XY 坐標(biāo)系中，已知 A 點(diǎn)的坐標(biāo)為(0，r)，r 為大徑的一半。 圖3-7 計(jì)算示意圖 如圖，要求得 B 的坐標(biāo)，需計(jì)算前刀面寬度 L0，由圖3-7可得： (3-22) BSASAB LLLL 0 (3-23) 22 COSCODBS RLRLL (3-24) 2 0 2 100 sincosrLRhrrL OSC 由此得到

56、 B 點(diǎn)坐標(biāo)： (3-25) 00 00 sin cos Ly Lrx b b 由 A 點(diǎn)、B 點(diǎn)坐標(biāo)以及圓弧半徑 RC，可計(jì)算得 C 點(diǎn)坐標(biāo)為： (3-26) ab ab ab ab C bc ab ab C bc yy xx yy xx R yy yy xx R xx 2 2 1 1 其中 ab ab yy xx 0 tan H 點(diǎn)可由 A 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)360/N 度后得到，所以 H 點(diǎn)坐標(biāo)為： (3-27) N y N xy N y N xx aah aah 00 00 360 cos 360 sin 360 sin 360 cos 點(diǎn) E 與點(diǎn) G 的坐標(biāo)可由 H 點(diǎn)坐標(biāo)以及 L1、L2

57、、1、2求得： (3-28) 12 212 1 11 tan , tan LLyy LLxx Lyy Lxx ge ge hg hg M 點(diǎn)的坐標(biāo)與凸臺(tái)寬度 LEM和 E 點(diǎn)坐標(biāo)有關(guān)，首先計(jì)算出 LEM的長(zhǎng)度得： (3-29) 21211 2 2 2 2 tantanLLLLhrrLEM 由此得到 M、P 點(diǎn)的坐標(biāo)為： (3-30) em EMem yy Lxx (3-31) 2 2 cos sin MPmp MPmp Lyy Lxx 溝槽圓弧段 PD 與小段直線 MP 還有小圓弧段 DB 分別相切，所以可得關(guān)系式 (3-30)如下所示： (3-32) Cffcfc ffpfp fp fp m

58、p mp RRyyxx Ryyxx xx yy xx yy 22 222 1 從(3-30)式可求得溝槽圓弧半徑 Rf以及 F 點(diǎn)的坐標(biāo)分別為： (3-33) 22 222 2 1 mpmp mppcmppc C Cpcpc f yyxx yyxxxxyy R Ryyxx R (3-34) 2 2 1 1 mp mp f pf mp mp mp mp f pf xx yy R yy xx yy xx yy R xx D 點(diǎn)為兩圓弧切點(diǎn)，且小圓弧圓心坐標(biāo) C、大圓弧圓心坐標(biāo) F、小圓弧半 徑 RC、大圓弧半徑 Rf已知，由(3-31)、(3-32)得點(diǎn) D 的坐標(biāo)為： (3-35) 22 22

59、22 22 cfcf cfC cd cfcf cff cf cf cd yyxx xxR yy yyxx xxR yy xx xx (2)前刀面與溝槽過(guò)渡部分圓弧較小，并且后刀面與溝槽由較小凸臺(tái)連接， 銑刀溝槽與前后刀面的連接部分為小圓弧或者直線過(guò)渡，過(guò)渡部分的大小取決 于砂輪的尺寸參數(shù)與加工旋轉(zhuǎn)角度，這種銑刀端面截形如圖3-8所示： 對(duì)于此類型銑刀，各尺寸參數(shù)與表3-1參數(shù)相同，只是多了前刀面與溝槽的 夾角 4，前刀面與溝槽過(guò)渡部分是一小半徑圓弧段，整條曲線由前刀面 AB， 小圓弧段 BQ，小段過(guò)渡直線段 QD，溝槽大圓弧段 DP，凸臺(tái)與溝槽過(guò)渡段直 線 PM，凸臺(tái) ME，第二后刀面直線 E

60、G，第一后刀面 GH 組成，要求曲線方程， 仍然是需要求得各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，在3-6圖各坐標(biāo)的基礎(chǔ)上需要加求 Q 點(diǎn)坐標(biāo)，并 且 B 點(diǎn)的求法有差異，如圖3-8所示。 K 點(diǎn)為直線 QD 與 y 軸的交點(diǎn)，要求 B 點(diǎn)坐標(biāo)，需要知道 LAB的長(zhǎng)度與 A 點(diǎn)坐標(biāo)，因?yàn)?A 點(diǎn)坐標(biāo)已知，而 LAB=LAT-LBT，所以需要求出 LAT、LBT的長(zhǎng)度， 如圖3-9在三角形 AKT 中可以利用正弦公式求出 LAT，需知道 LAK的長(zhǎng)度， LAK=LOA-LOK，所以得到如下式子。 (3-36) 0 1 cos hr rLAK 圖3-8 銑刀端截面 圖3-9 計(jì)算示意圖 在三角形 AKT 中計(jì)算得 LAT：