非线性螺旋刃圆柱立铣刀的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种非线性螺旋刃圆柱立锐刀，属于机械加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 在传统螺旋刃圆柱立锐刀中，加大锐刀螺旋刃的螺旋角可减小切削力，但会消弱 刀具本身的强度。减小锐刀螺旋刃的的螺旋角虽可增强刀具本身的强度，但会增大切削力。 另一方面，锐刀上传统的螺旋刃的线型在沿锐刀最大回转圆柱面的母线展开时为一直线， 直线的二价导数及高阶导数均不连续，因此冲击大，同时对直线方程作傅里叶级数展开时 有无穷多项，因此直线具有高的谐量，所W很容易产生振动和多频率响应。
[0003] 理论和实践均表明传统螺旋刃圆柱立锐刀运种由于自身结构造成的缺陷当锐刀 直径小于1毫米时尤为突出，运种直径小于1毫米的锐刀又称作微细锐刀，
[0004] 实际上，随着科学技术的发展，在航空、生物、电子、环境、通信W及汽车等工业领 域对高精度的微机械产品的需求日益增加，对产品小型化和加工精度提出了更高的要求。 而微细切削因具有=维加工能力强、适合于多种工程材料的加工、加工尺度小、加工精度较 高、材料去除效率相对较高、单件小批量生产成本低、在加工过程中能够对产品加工质量进 行实时监测和实时修正等独特的技术优势而成为世界各国研究的热点。由于材料去除和表 面形成是通过刀具与工件的直接作用实现的，微细切削刀具的设计、制造、安装和工作状态 将直接影响微细切削的工艺效果，而微细切削刀具的尺寸精度也直接决定了微小型结构件 的特征尺寸和精度的极限。然而，微细切削刀具整体尺度小的特点，出现了刀具失效方面的 新的问题，其中，传统螺旋刃微细圆柱立锐刀的"断裂失效"是一个一直困扰技术界的重大 难题。在传统螺旋刃微细圆柱立锐刀中加大锐刀螺旋刃的螺旋角可减小切削力，但会消弱 刀具本身的强度。减小锐刀螺旋刃的的螺旋角虽可增强刀具本身的强度，但会增大切削力。 现有的减小传统螺旋刃微细圆柱立锐刀断裂失效的方法主要集中在通过减小锐刀螺旋刃 的的螺旋角来提高刀具的强度上。例如，为了减少圆柱立锐刀的断裂失效，有人提出了W直 刃（即螺旋角为零）代替螺旋刃的方案，运种方案虽然增强刀具本身的强度，但由于实际切 削力和冲击的增大，立锐刀的断裂失效问题还是没有解决。
[0005] 为此本发明提出了一种能降低切削力、减小冲击、减小振动和减小多频率响应和 解决传统螺旋刃圆柱立锐刀的刀断裂失效问题的非线性螺旋刃圆柱立锐刀。运种非线性螺 旋刃圆柱立锐刀螺旋刃的线型在沿锐刀最大回转圆柱面的母线展开时的方程为非线性函 数。通过综合考虑和优化得出非线性螺旋刃圆柱立锐刀螺旋刃的线型，W运个线型为导线， W非线性螺旋刃锐刀的截形上的各段线段（直线、圆弧）为母线得出非线性螺旋刃锐刀的 前刀面、后刀面和螺旋槽面等刀具的各非线性螺旋面，最终得出能有效地降低切削力、减小 冲击、减小振动、减小多频率响应和减小刀具的断裂失效的非线性螺旋刃圆柱立锐刀。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是通过综合考虑和优化非线性螺旋刃的线型，W运个优化线型为导 线，W非线性螺旋刃锐刀的截形上的各段线段（直线、圆弧）为母线得出非线性螺旋刃锐刀 的前刀面、后刀面和螺旋槽面等刀具的各非线性螺旋面，最终得出非线性螺旋刃圆柱立锐 刀。运种全新的刀具能有效地降低切削力、减小冲击、减小振动、减小多频率响应和减小刀 具的断裂失效。
[0007] 在传统螺旋刃圆柱立锐刀中加大锐刀螺旋刃的的螺旋角可减小切削力，但会消弱 刀具本身的强度。减小锐刀螺旋刃的螺旋角虽可增强刀具本身的强度，但会增大切削力。另 一方面，锐刀上传统的螺旋刃在沿锐刀最大回转圆柱面的母线展开时为一直线（如图1)， 直线的二价导数及高阶导数均不连续因此冲击大，同时对直线方程作傅里叶级数展开时有 无穷多项，因此直线具有高的谐量，所W很容易产生振动和多频率响应，而刀具的振动和多 频率响应也是刀具断裂失效的重要原因之一。基于上述分析提出了一种通过综合考虑和优 化非线性螺旋刃和非线性螺旋面来降低切削力、减小冲击、减小振动和减小多频率响应和 解决传统螺旋刃圆柱立锐刀的刀断裂失效问题的非线性螺旋刃圆柱立锐刀。
[0008] 非线性螺旋刃圆柱立锐刀通过选择合适的非线性螺旋刃线型，并通过在刀尖处 (如图2的0点）加大锐刀螺旋刃的螺旋角W减小切削力、通过在螺距终点处（如图2的S 点）或其更远处减小锐刀螺旋刃的螺旋角W增强刀具本身的强度。通过非线性螺旋刃线型 的高阶导数连续W减小冲击、通过对非线性螺旋刃线性的高次谐波的控制来减小振动和多 频率响应。
[0009] 非线性螺旋刃圆柱立锐刀的设计
[0010] 1)根据高阶导数连续及控制高次谐波W减小振动和多频率响应的要求，选择合理 的带有待定系数非线性函数的线型作为非线性螺旋刃圆柱立锐刀的螺旋刃的线型，列出该 带有待定系数非线性函数的线型的方程，运里的方程是指锐刀螺旋刃在沿锐刀最大回转圆 柱面的母线展开时的方程。
[0011] 2)根据提高刀具整体的强度和减小切削力的要求，对螺旋线初始条件（即如图2 的0点刀尖处的条件）、边界条件（即如图2的S点螺距终点处或其更远处的条件）进行合 理的设置，将设置好的初始条件、边界条件的参数带入1)中的有待定参数非线性函数的线 型的方程。
[001引 3)解出带有待定系数非线性函数的线型的方程里的待定系数，得到非线性函数的 线型的方程，即得到非线性螺旋刃圆柱立锐刀的螺旋刃的线型的方程。
[0013] 4)检查非线性螺旋刃圆柱立锐刀的螺旋刃的线型的方程的合理性及是否达到了 设计要求，如非线性螺旋刃圆柱立锐刀的螺旋刃的线型的方程不合理没有达到了设计要 求，则返回1)重新选择带有待定系数非线性函数的线型作为非线性螺旋刃圆柱立锐刀的 螺旋刃的线型，并重新设计。
[0014] 5)如非线性螺旋刃圆柱立锐刀的螺旋刃的线型的方程既合理性又达到了设计要 求，则W运个优化线型为导线，W非线性螺旋刃锐刀的截形上的各段线段（直线、圆弧）为 母线得出非线性螺旋刃锐刀的"非线性螺旋前刀面"、"非线性螺旋后刀面"和"非线性螺旋 槽面"等刀具的各非线性优化的螺旋面，并根据运些非线性优化的螺旋面方程加工出非线 性螺旋刃圆柱立锐刀
[0015] 非线性螺旋刃圆柱立锐刀通过选择合适、合理的带有待定系数非线性函数的线型 作为非线性螺旋刃圆柱立锐刀的螺旋刃的线型，并通过对螺旋线初始条件、边界条件进行 合理的设置，解出带有待定系数非线性函数的线型的方程里的待定系数，可通过在刀尖处 加大锐刀螺旋刃的螺旋角W减小切削力、通过在螺距终点或其更远处减小锐刀螺旋刃的螺 旋角W增强刀具本身的强度。通过非线性螺旋刃线型的高阶导数连续W减小冲击、通过对 非线性螺旋刃线性的高次谐波的控制来减小振动和多频率响应。运种非线性螺旋刃圆柱立 锐刀包含了更多的关于切削方面优化的信息从而可W有效地降低切削力、减小冲击、减小 振动和减小多频率响应、减小刀具的断裂失效。运种刀具的待定系数优化方法不但适用于 非线性螺旋刃圆柱立锐刀的螺旋刃的线型的设计而且适用于刀具其他部分线性的设计。
【附图说明】
[0016] 图1是传统螺旋刃的原理图。
[0017] 图2是非线性螺旋刃圆柱立锐刀的非线性螺旋刃优化过程图。
[0018] 图3是非线性螺旋刃圆柱立锐刀的非线性螺旋刃的导数图。
[0019] 图4是非线性螺旋面优化图