一種微細(xì)銑刀螺旋曲面的無(wú)瞬心包絡(luò)磨削方法
【專(zhuān)利摘要】微細(xì)螺旋立銑刀的側(cè)刃螺旋曲面是一種形狀復(fù)雜的難加工結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的磨削加工方法難以保證此類(lèi)細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)零件的加工精度。本申請(qǐng)涉及一種微細(xì)銑刀螺旋曲面的無(wú)瞬心包絡(luò)磨削方法。磨削刀具時(shí)，砂輪的形狀與安裝角度直接影響微細(xì)銑刀側(cè)刃前角、后角和排屑槽形狀。本發(fā)明中應(yīng)用無(wú)瞬心包絡(luò)原理和齊次坐標(biāo)變換方法，獲得標(biāo)準(zhǔn)錐形砂輪包絡(luò)展成的螺旋曲面端截形的數(shù)學(xué)模型；可用于分析砂輪安裝角度和形狀對(duì)微細(xì)銑刀側(cè)刃幾何角度和槽型形狀的影響；模型中砂輪擺角大于螺旋角余角，可以減小接觸面積，降低磨削力；分多次包絡(luò)展成前刀面、后刀面和排屑槽的磨削，可保證微細(xì)銑刀幾何參數(shù)的準(zhǔn)確性。本申請(qǐng)適用于高長(zhǎng)徑比的微細(xì)螺旋結(jié)構(gòu)的精密加工。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種微細(xì)銑刀螺旋曲面的無(wú)瞬心包絡(luò)磨削方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微細(xì)銑刀螺旋曲面的無(wú)瞬心包絡(luò)磨削方法。針對(duì)高長(zhǎng)徑比圓柱結(jié)構(gòu)上螺旋槽型結(jié)構(gòu)加工特點(diǎn)，通過(guò)無(wú)瞬心包絡(luò)原理與齊次坐標(biāo)變換方法，應(yīng)用砂輪與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和空間關(guān)系，建立標(biāo)準(zhǔn)砂輪包絡(luò)展成微小直徑圓柱上螺旋曲面的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)此類(lèi)零件的高精度加工。
[0002]本發(fā)明主要用于高長(zhǎng)徑比結(jié)構(gòu)上螺旋曲面的精密加工，可以為精確加工微細(xì)鉆銑刀螺旋曲面提供數(shù)值模擬，指導(dǎo)砂輪選型和磨削工藝規(guī)劃。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著精密機(jī)械、儀器儀表、光纖通訊、信息電子、生物醫(yī)療等高科技領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)于尺度微小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料多樣的三維精密零件的需求越來(lái)越多。微細(xì)切削技術(shù)因適合于多種工程材料加工、三維加工能力強(qiáng)、材料去除效率高等特點(diǎn)，其發(fā)展越來(lái)越具有優(yōu)勢(shì)。微細(xì)刀具作為微細(xì)切削加工系統(tǒng)中與這類(lèi)零件直接接觸的執(zhí)行單元，其切削性能與使用壽命影響加工效率與成本 。
[0004]近年來(lái)，隨著大量微細(xì)刀具需求的增加，出現(xiàn)出了許多針對(duì)微細(xì)刀具制造的新技術(shù)，如激光加工、FIB、電火花加工等技術(shù)。隨著新技術(shù)的融入，傳統(tǒng)磨削工藝也產(chǎn)生了巨大變化，如線電火花磨削、超聲振動(dòng)磨削等技術(shù)，技術(shù)的進(jìn)步可以減少微細(xì)刀具刃口的破損，獲得更高的長(zhǎng)徑比。同時(shí)，伴隨刀具材料(超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金材料)技術(shù)的進(jìn)步、機(jī)床自由度的增加和定位精度的提高等，復(fù)雜形狀的微細(xì)刀具的制造不再是難題。但微細(xì)螺旋結(jié)構(gòu)鉆銑刀的精確制造依然面臨巨大挑戰(zhàn)，提高微細(xì)刀具形狀精度的加工方法有待進(jìn)一步研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種微細(xì)銑刀螺旋曲面的磨削方法，用于實(shí)現(xiàn)高長(zhǎng)徑比微細(xì)結(jié)構(gòu)上螺旋曲面的高效精密加工，提高成形幾何精度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容主要包括:
[0007]1、針對(duì)微細(xì)銑刀螺旋槽型特征，提出了砂輪無(wú)瞬心運(yùn)動(dòng)包絡(luò)展成螺旋槽型的數(shù)學(xué)方法。
[0008]2、針對(duì)微細(xì)銑刀的實(shí)際前角、后角和排屑槽型的精確成形問(wèn)題，提出采用砂輪擺角小于螺旋角余角的磨削工藝，分多次微進(jìn)給分別加工前刀面、后刀面和刀腹槽，減少砂輪與工件的接觸面積、減小每個(gè)工步去除的材料體積，實(shí)現(xiàn)微細(xì)銑刀的精確加工。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0010]附圖1:本發(fā)明的螺旋曲面的無(wú)瞬心包絡(luò)磨削原理示意圖。圖中(a)為砂輪的無(wú)瞬心包絡(luò)原理，其中I表示砂輪與工件的接觸線，(b)為砂輪與工件的坐標(biāo)系相對(duì)位置。其中ω?，ω分別表示砂輪旋轉(zhuǎn)速度和工件旋轉(zhuǎn)速度、α表示砂輪相對(duì)工件的擺角、a表示工件與砂輪軸之間的截距、M點(diǎn)表示砂輪與工件之間的任意接觸點(diǎn)、r和ι分別表示工件原點(diǎn)和砂輪原點(diǎn)距離接觸點(diǎn)的矢徑。
[0011]附圖2:本發(fā)明的無(wú)瞬心包絡(luò)展成的螺旋溝槽截形。圖中(a)為端截形實(shí)際前角，(b)為分步驟加工原理，(c)為數(shù)值模擬。其中Pi (i=0，l，2，3等)表示砂輪包絡(luò)展成溝槽的端點(diǎn)，Y表示實(shí)際前角，Ci1表示后角，R、分別表示銑刀半徑、前刀面底端圓半徑和芯軸半徑。
[0012]附圖3:本發(fā)明的磨床配置示意圖，其中I和II分別表示多次磨削中對(duì)應(yīng)的砂輪形狀。圖中加工排屑槽的砂輪直徑為DW1、其大徑端面距離砂輪原點(diǎn)距離Lwi，加工后刀面的砂輪直徑為DW2、其大徑端面距離原點(diǎn)距離為L(zhǎng)W2，砂輪套筒原點(diǎn)距離A軸距離為L(zhǎng)2,工件端部距離w軸距離Lt，銑刀刃長(zhǎng)為L(zhǎng)。，w軸原點(diǎn)距離套筒主軸距離為U。
【具體實(shí)施方式】
[0013](I)根據(jù)微細(xì)銑刀螺旋刃的幾何角度參數(shù)，設(shè)計(jì)最佳的砂輪幾何形狀與安裝角度，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，模擬砂輪運(yùn)動(dòng)的無(wú)瞬心包絡(luò)展成螺旋曲面截形，對(duì)磨削工藝進(jìn)行優(yōu)化。
[0014](2)加工溝槽時(shí)，X、y、z和w軸按表1中的位置運(yùn)動(dòng)時(shí)砂輪大端中心從原點(diǎn)位置移動(dòng)到初始位置C。砂輪保持自轉(zhuǎn)，工件進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件沿u軸和A軸從初始位置運(yùn)動(dòng)到結(jié)束位置時(shí)，完整的槽就可以加工出來(lái)。表1中0S和Θ f分別是加工刀腹槽和后刀面時(shí)，相對(duì)于加工排屑槽時(shí)A軸旋轉(zhuǎn)的變化角度，Xfi, Yfi, Zfi (i=l, 2，3)表示各軸的適當(dāng)微小調(diào)整值，β是定義的銑刀螺旋角。
[0015]表1溝槽的磨削加工
【權(quán)利要求】
1. 本發(fā)明涉及一種微細(xì)銑刀螺旋曲面的無(wú)瞬心包絡(luò)磨削方法，其技術(shù)特征主要包括:針對(duì)微細(xì)銑刀螺旋槽型特征，應(yīng)用無(wú)瞬心包絡(luò)原理和齊次坐標(biāo)變換法，分析砂輪與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)空間關(guān)系，提出了砂輪無(wú)瞬心運(yùn)動(dòng)包絡(luò)展成螺旋槽型的數(shù)學(xué)方法。
2.微細(xì)螺旋槽型銑刀的側(cè)刃前刀面的磨削方法和實(shí)際前角的測(cè)量方法。
3.針對(duì)微細(xì)銑刀的實(shí)際前角、后角和排屑槽型的精確加工問(wèn)題，提出采用砂輪擺角小于螺旋角余角的磨削工藝，分多次微進(jìn)給分別加工前刀面、后刀面和刀腹槽，減少砂輪與工件的接觸面積、減小每個(gè)工步 去除的材料體積，實(shí)現(xiàn)微細(xì)銑刀螺旋槽的精確加工。
【文檔編號(hào)】B24B19/02GK103862346SQ201410109878
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】劉志兵, 何理論, 王西彬, 周天豐, 梁志強(qiáng), 解麗靜, 焦黎 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)