專利名稱：球頭立銑刀s形刃曲線的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及刃具制造領(lǐng)域，特別是一種用于數(shù)控機(jī)床加工的球頭立銑刀S形刃曲線造型方法。
背景技術(shù)：
球頭立銑刀是加工模具和復(fù)雜型面的重要刀具，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，對數(shù)控刀具的要求也越來越高，對刀具結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。自1981年S形刃球頭立銑刀問世以來，國內(nèi)外不少學(xué)者對球頭S形刃曲線進(jìn)行過研究，目前比較成熟的S形刃線理論主要有球頭等螺旋角刃口曲線和正交螺旋形刃口曲線兩種，然而這兩種理論均有其局限性，等螺旋角刃口曲線無法達(dá)到球頭頂部，需要另外設(shè)計一條與其光滑連接且到達(dá)球頭頂點(diǎn)的刃口曲線；正交螺旋形刃口曲線雖然能到達(dá)球頂，且具有良好的S形，但不能在球頂處形成齒偏中心量。傳統(tǒng)的球頭S形刃線建模方法已經(jīng)無法滿足新型刀具設(shè)計與制造的需求，無法滿足新型刀具設(shè)計與制造的需求。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是本發(fā)明建立了一種球頭立銑刀S形刃曲線的形成方法，用來建立S形刃球頭立銑刀的數(shù)學(xué)模型及控制加工。本發(fā)明的目的是通過如下手段實現(xiàn)的球頭立銑刀S形刃曲線的形成方法，刀具制造單元根據(jù)數(shù)據(jù)控制單元建立的數(shù)學(xué)模型和輸出的參數(shù)數(shù)據(jù)加工成型球頭立銑刀，其S 形刃曲線成型中，數(shù)據(jù)控制單元采用如下的步驟建立數(shù)學(xué)模型和輸出的參數(shù)數(shù)據(jù)1)輸入刀具基本設(shè)計參數(shù)；2)建立周刃刃線數(shù)學(xué)模型；3)建立S形刃線數(shù)學(xué)模型，包括順序執(zhí)行以下步驟包括建立柱面等螺旋角螺旋曲線、求解球面緯度角與螺旋運(yùn)動回轉(zhuǎn)角度的關(guān)系、確定S刃線回轉(zhuǎn)角度與球面緯度角的關(guān)系，最后得到球面刃口螺旋角；4)球頭刃線模型包括確定投影螺旋線螺旋角和確定S形刃線起始角度；以實現(xiàn) S形刃線與周齒刃線的光滑連接；5)將獲得的球頭刃線模型參數(shù)數(shù)據(jù)的輸出。本發(fā)明方法首先根據(jù)廣義螺旋運(yùn)動的概念推導(dǎo)了圓柱面上和圓錐面上的廣義等螺旋角刃線方程。并用圓柱面上的等螺旋角刃線曲線用來作為形成S形刃線的引導(dǎo)線， 通過過引導(dǎo)螺旋線上的點(diǎn)作與球頭共中心軸的圓柱面的一系列切線，與球面形成一系列交點(diǎn)，過這些交點(diǎn)的曲線即形成球面上的S形曲線，且球頭S形刃線與周刃刃線光滑連接。與球頭共中心軸的圓柱面半徑取為S形刃球頂偏中心量，當(dāng)球頂偏中心量為0時，形成的S形刃即為傳統(tǒng)的過中心正交S形刃線。本發(fā)明還考慮了球頂偏中心量，即能形成具有偏中心量的S形刃線，而又不失一般性，形成的S刃線模型能與傳統(tǒng)正交S形刃線相統(tǒng)一，且S形刃線與周刃刃線光滑連接，對球頭立銑刀的數(shù)字化建模及控制制造加工有重要意義。


如下附圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)流程圖。附圖2為S形刃線形成原理示意圖。附圖3為S形刃線與正交螺旋刃線的回轉(zhuǎn)角度及緯度角度的關(guān)系圖。圖3a為S 形刃形緯度角與正交螺旋線緯度角關(guān)系示意圖；圖北為S形刃線回轉(zhuǎn)角度與正交螺旋線回轉(zhuǎn)角度的關(guān)系示意圖。附圖4為S形刃線起始角度位置圖。圖如為S形刃線起始緯度角示意圖；圖4b 為S形刃線起始回轉(zhuǎn)角度與正交螺旋線回轉(zhuǎn)角度的關(guān)系圖。附圖5為形成的帶錐度球頭立銑刀實例。附圖6為齒偏中心量為0時球頂S刃形狀。附圖7為齒偏中心量為1時球頂S刃形狀。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)流程，主要包括五個步驟1.分析球頭刀基本設(shè)計參數(shù)，包含刀具直徑、刃長、螺旋角、前角、后角等；2.根據(jù)球頭刀基本設(shè)計參數(shù)建立周齒刃線的數(shù)學(xué)模型，包括兩類圓柱周齒刃線建模和帶錐度周齒刃線建模；3.建立S形刃線的數(shù)學(xué)模型，包括建立柱面等螺旋角螺旋曲線、求解球面緯度角與螺旋運(yùn)動回轉(zhuǎn)角度的關(guān)系、確定S刃線回轉(zhuǎn)角度與球面緯度角的關(guān)系，最后得到球面刃口螺旋角等幾個步驟；4.實現(xiàn)S形刃線與周齒刃線的光滑連接，包括確定投影螺旋線螺旋角和確定S形刃線起始角度等步驟；5.將獲得的球頭刃線模型輸出給刀具幾何造型系統(tǒng)可支持刀具的幾何建模，將其輸出給刀具磨削仿真系統(tǒng)和刀具制造系統(tǒng)，有助于提高球頭刀的加工質(zhì)量。其具體處理過程為建立周齒刃線的數(shù)學(xué)模型根據(jù)廣義螺旋運(yùn)動的概念推導(dǎo)得到廣義等螺旋角刃線方程為
權(quán)利要求
1.球頭立銑刀S形刃曲線的形成方法，刀具制造單元根據(jù)數(shù)據(jù)控制單元建立的數(shù)學(xué)模型和輸出的參數(shù)數(shù)據(jù)加工成型球頭立銑刀，其S形刃曲線成型中，數(shù)據(jù)控制單元采用如下的步驟建立數(shù)學(xué)模型和輸出的參數(shù)數(shù)據(jù)1)輸入刀具基本設(shè)計參數(shù)；2)建立周刃刃線數(shù)學(xué)模型；3)建立S形刃線數(shù)學(xué)模型，包括順序執(zhí)行以下步驟包括建立柱面等螺旋角螺旋曲線、 求解球面緯度角與螺旋運(yùn)動回轉(zhuǎn)角度的關(guān)系、確定S刃線回轉(zhuǎn)角度與球面緯度角的關(guān)系， 最后得到球面刃口螺旋角；4)球頭刃線模型包括確定投影螺旋線螺旋角和確定S形刃線起始角度；以實現(xiàn)S形刃線與周齒刃線的光滑連接；5)將獲得的球頭刃線模型參數(shù)數(shù)據(jù)的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之球頭立銑刀S形刃曲線的形成方法，其特征在于，所述周刃刃線數(shù)學(xué)模型，對于圓柱周齒，柱面上的等螺旋角刃線方程為χ = RwCO^0+φ)/ = kc(p
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之球頭立銑刀S形刃曲線的形成方法，其特征在于，所述周刃刃線數(shù)學(xué)模型，對于帶錐度周齒，錐面等螺旋角刃線方程為 ω==-ztan a:) cosy = {RW- ztdin κ) ηZ = Ztan β sin a:tan β sin a:InIn1--tan a:R1--tan a:RJ J J J
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之球頭立銑刀S形刃曲線的形成方法，其特征在于，所述S形刃線數(shù)學(xué)模型的刃曲線方程式及單位切矢量分別為r = h"X"Rs cos θ cos φ8Y-Rs cos 沒 sin 外ZRs sin θθ0<θ < arccos 禾口Rs
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之球頭立銑刀S形刃曲線的形成方法，其特征在于，所述與周刃光滑連接的S形刃線有投影螺旋線螺旋角ω和S形刃線起始角度％。確定，其中 投影螺旋線起始角度為
全文摘要
本發(fā)明公開了球頭立銑刀S形刃曲線的形成方法，刀具制造單元根據(jù)數(shù)據(jù)控制單元建立的數(shù)學(xué)模型和輸出的參數(shù)數(shù)據(jù)加工成型球頭立銑刀，其S形刃曲線成型中，數(shù)據(jù)控制單元采用如下的步驟建立數(shù)學(xué)模型和輸出的參數(shù)數(shù)據(jù)1)輸入刀具基本設(shè)計參數(shù)。2)建立周刃刃線數(shù)學(xué)模型。3)建立S形刃線數(shù)學(xué)模型。4)球頭刃線模型包括確定投影螺旋線螺旋角和確定S形刃線起始角度。5)將獲得的球頭刃線模型參數(shù)數(shù)據(jù)的輸出。本發(fā)明建立了一種球頭立銑刀S形刃曲線的形成方法，用來建立環(huán)形立銑刀的數(shù)學(xué)模型及指導(dǎo)制造加工，以實現(xiàn)S形刃線與周齒刃線的光滑連接。
文檔編號G05B13/04GK102331714SQ20111015273
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者丁國富, 劉建軍, 江磊, 程雪峰, 鄒益勝, 馬術(shù)文, 黎榮 申請人:成都頂為科技有限公司, 西南交通大學(xué)