工件材料最小切削厚度的確定方法

2023-05-31 09:08:01

工件材料最小切削厚度的確定方法
【專利摘要】本發明涉及一種工件材料最小切削厚度的確定方法。目前工件材料的最小切削厚度值獲得過程中理論分析方法較繁瑣、適用性差，獲得的計算結果不夠準確。本發明組成包括：超景深顯微鏡下觀察工件材料銑削痕跡，將表面劃分為切削區域、犁耕區域和滑擦區域，測量犁耕區域-滑擦區域的總長度l；取犁耕區域-切削區域分界面與第一刀齒於工件表面邊界線的交點A，取刀具第一刀齒、第二刀齒開始切入工件材料時的中心位置為點O1、O2，以O1點為坐標原點建立坐標系，過點O2與點A做垂直於XO1Y得切削斷面，獲得點O1在剖面上的投影點O1'；再過點A做XO1Y的垂線，垂線與切削斷面下端輪廓的交點為點B，O2B與切削斷面上端輪廓的交點為點C，在三角形O2CO1'中採用餘弦定理求得hD＝R-|O2C|。本發明用於刀具加工時工件材料最小切削厚度的確定。
【專利說明】工件材料最小切削厚度的確定方法

【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種工件材料最小切削厚度的確定方法。

【背景技術】
[0002]切削刀具在製造過程中都會存在一定的切削刃鈍圓半徑，由於切削刃鈍圓半徑的存在，使得材料在加工過程中存在一個最小切削厚度，當實際加工中切削厚度小於所加工材料的最小切削厚度時，將造成刀具與工件之間主要以滑擦的形式接觸卻不能夠正常切肖|J，嚴重影響加工工件表面質量及精度，甚至造成刀具與工件的損傷，實際加工中應當避免。當切削加工中其他切削參數確定的情況下，工件材料的最小切削厚度決定著加工所能達到的最小單元，目前工件材料的最小切削厚度值是通過理論分析、切削過程仿真技術、切削實驗方法來獲得，其中理論分析方法較繁瑣、適用性差，切削過程仿真技術方法及以往切削實驗方法過程麻煩、且獲得的計算結果不夠準確。


【發明內容】

[0003]本發明的目的是為了解決現有刀具切削工件材料時，無法確定加工最小切削厚度的問題，導致工件表面加工質量差，而提出一種工件材料最小切削厚度的確定方法。
[0004]—種工件材料最小切削厚度的確定方法，所述確定方法具體為，
[0005]步驟一:在數控銑床的工作檯上對工件材料進行直線路徑的銑削加工；
[0006]步驟二:採用超景深顯微鏡觀察所述工件材料的銑削痕跡，依據所述銑削痕跡的表面微觀形貌特徵將其劃分為切削區域、犁耕區域和滑擦區域，並測量犁耕區域一滑擦區域的總長度I ;
[0007]步驟三:利用步驟二獲得的所述犁耕區域一滑擦區域的總長度1，計算所述工件材料的最小切削厚度值hD，具體為:
[0008]步驟三1:第一刀齒銑削所述工件材料後於表面形成邊界線，取犁耕區域一切削




Xa = —/
區域分界面與所述邊界線的交點A,則點A坐標表示為:、νΛ =^(1 + %)2 -12 ，其中，R為統




Zh' = -^R - (l + ee)
削加工時所用刀具的半徑，ae為刀具的徑向切削深度；
[0009]步驟三2:取所述刀具第一刀齒開始切入所述工件材料時，所述刀具的中心位置為點O1，取所述刀具第二刀齒開始切入所述工件材料時，所述刀具的中心位置為點02，以O1點為坐標原點建立坐標系，Z軸方向豎直向上，Y軸方向沿刀具進給方向，X軸方向與Y-Z軸構成右手系，則O2點坐標為(O, fz,0), fz為所述刀具每齒進給量；
[0010]步驟三3:過點O2與點A做垂直於XO1Y的剖面，獲得未變形切削斷面，獲得點O1在所述剖面上的投影點0/ ;再過點A做XO1Y的垂線，所述垂線與所述切削斷面下端輪廓的交點為點B，連接O2B, O2B與切削斷面上端輪廓的交點為點C，在三角形O2CCV中採用餘弦定理有:
[0011]
\0；02f + |0,cf - 2\0；02\\02c\COSiWu + φ) =網2 ?
[0012]已知，|θ ' 1O2I = f z s i η ε
\p[C\ = -sjn2 -(/^ COSf)2 , = afceos~j==L== j
丨 +〔知lj2—/2—/,j
+^(/ + Cic)"j
φ: arcsin J-,

R
[0013]得到hD = R-|02C| ;
[0014]其中，ε為O2O1與0/ O1之間的夾角V力過點O2且與面XO1Y垂直的垂線與O2C之間的夾角。
[0015]本發明的有益效果為:本發明方法與以往研究工件材料最小切削厚度的試驗方法相比，具有測量過程簡單、計算結果準確的優點，對工件材料最小切削厚度確定所需的計算公式中，只有犁耕與滑擦的總長度為未知量，只需利用超景深顯微鏡的測量模塊對銑削痕跡中犁耕-滑擦區域的總長度I進行測量即可。省去了人工目測、估計計算數值的過程，利用本方法確定的工件材料最小切削厚度，對於提高工件表面加工質量具有實質作用，且加工精度提高了 50%?60%。
[0016]本發明方法適用於不同材質工件的最小切削厚度的確定，設定不同的切削參數:刀具每齒進給量、刀具軸向切削深度、刀具徑向切削深度及刀具半徑，由測得的不同犁耕區域一滑擦區域的總長度I最終均可計算得到hD。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明方法對工件材料進行的銑削方案圖，圖中I為工件材料，2為切削區域圖；
[0018]圖2為圖1中標號2處的局部放大圖，圖中ap為刀具軸向切削深度，fz為每個刀齒進給量；
[0019]圖3為圖2的俯視圖，為本發明銑削加工走刀路徑示意圖，圖中η為主軸轉速，3為刀具路徑，4為刀具；
[0020]圖4為銑削區域表面形貌圖，圖中5為切削區域，6為犁耕區域，7為滑擦區域；
[0021]圖5為最小切削厚度計算圖，其中BC段為預求的最小切削厚度值hD ；

【具體實施方式】
[0022]【具體實施方式】一:
[0023]本實施方式的工件材料最小切削厚度的確定方法，所述確定方法具體為，
[0024]步驟一:在數控銑床的工作檯上對工件材料進行直線路徑的銑削加工；
[0025]步驟二:採用超景深顯微鏡觀察所述工件材料的銑削痕跡，依據所述銑削痕跡的表面微觀形貌特徵，將刀具旋轉時遠離刀尖至刀尖的區域劃分為切削區域、犁耕區域和滑擦區域，並測量犁耕區域一滑擦區域的總長度I ;
[0026]步驟三:利用步驟二獲得的所述犁耕區域一滑擦區域的總長度1，計算所述工件材料的最小切削厚度值hD，具體為:
[0027]步驟三1:第一刀齒銑削所述工件材料後於表面形成邊界線，取犁耕區域一切削


卜=_,
區域分界面與所述邊界線的交點A，則點A坐標表示為:7，其中，R為銑



I2A = -扣^ ~(l + atY
削加工時所用刀具的半徑，ae為刀具的徑向切削深度；
[0028]步驟三2:取所述刀具第一刀齒開始切入所述工件材料時，所述刀具的中心位置為點O1，取所述刀具第二刀齒開始切入所述工件材料時，所述刀具的中心位置為點02，以O1點為坐標原點建立坐標系，Z軸方向豎直向上，Y軸方向沿刀具進給方向，X軸方向與Y-Z軸構成右手系，則O2點坐標為(O, fz,0), fz為所述刀具每齒進給量；
[0029]步驟三3:過點O2與點A做垂直於XO1Y的剖面，獲得未變形切削斷面，獲得點O1在所述剖面上的投影點0/ ;再過點A做XO1Y的垂線，所述垂線與所述切削斷面下端輪廓的交點為點B，連接O2B, O2B與切削斷面上端輪廓的交點為點C，在三角形O2CCV中採用餘弦定理有:
[0030]
1iUl^12Cf - 2|；<A||ac|cos(P0e + |?) = |o；cf,
[0031]已知，IO' !O21 = fzsin ε，
\(XC'j = R' - (f, cost.)' ， ε =....................................................................................................?......................................................................................Jl2+[^(/ + ?J2-12
[0032]
J/2 +(^(/ + acf -12 -/z)
φ = arcsin 圖復圖丨，
R
[0033]得到hD = R-|02C| ;
[0034]其中，ε為O2O1與(VO1之間的夾角，-為過點O2且與面XO1Y垂直的垂線與O2C之間的夾角。
[0035]【具體實施方式】二:
[0036]本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:
[0037]所述工件材料最小切削厚度的確定方法，用於銑削加工的所述工件材料為長方體。
[0038]其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。
[0039]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:
[0040]所述工件材料最小切削厚度的確定方法，步驟二中所述切削區域的表面微觀形貌特徵為具有一組材料殘留稜條，所述材料殘留稜條之間的殘留間距的寬度相同，所述殘留間距的寬度為所述刀具的每齒進給量值。[0041 ] 其它步驟及參數與【具體實施方式】一或二相同。
[0042]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】三不同的是:
[0043]所述工件材料最小切削厚度的確定方法，步驟二中所述犁耕區域的表面微觀形貌特徵是表面形貌光滑。
[0044]其它步驟及參數與【具體實施方式】三相同。
[0045]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】四不同的是:
[0046]所述工件材料最小切削厚度的確定方法，步驟二中所述滑擦區域的表面微觀形貌特徵是表面排列有一組間距不相同的刀齒條紋，所述的刀齒條紋的寬度小於所述材料殘留稜條的寬度。
[0047]其它步驟及參數與【具體實施方式】四相同。
[0048]實施例1:
[0049]工件材料選為淬火硬度為58HRC的淬硬鋼Crl2MoV，工件材料尺寸為長120mm，寬60mm，高50mm，在數控銑床的工作檯上對其進行直線路徑的銑削加工，加工的刀具軸向切削深度ap = 0.3_，刀具徑向切削深度= 0.3_，銑削加工完成後取下工件材料；
[0050]超景深顯微鏡下觀察加工形成的銑削痕跡，將表面形貌為排列一組材料殘留稜條的區域劃分為切削區域，將表面形貌光滑區域劃分為犁耕區域，將表面形貌為排列一組間距不相同的刀齒條紋的區域劃分為滑擦區，超景深顯微鏡下測量寬度量取犁耕區域-滑擦區域的總長度I為600.12ym ；
[0051]取犁耕區域-切削區域分界面與第一刀齒銑削後工件表面邊界線的交點Α，則點

Ua = -1
A坐標表示為:+ -1-，設定刀具半徑R為1mm,每個刀齒進給量fz為0.1mm/
[zA = -^R- -(! + CiJ1
Z，主軸轉速n = 2000r/min，取刀具第一刀齒開始切入工件材料時的中心位置為點O1，取刀具第二刀齒開始切入工件材料時中心位置為點O2,以O1點為坐標原點建立坐標系,Z軸方向豎直向上，Y軸方向沿刀具進給方向，X軸方向與Y-Z軸構成右手系，則O2點坐標為(0，fz，O)，過點O2與點A做垂直於XO1Y的剖面，獲得未變形切削斷面，獲得點O1在剖面上的投影點0/ ;再過點A做XO1Y的垂線，垂線與切削斷面下端輪廓的交點為點B，連接O2B, O2B與切削斷面上端輪廓的交點為點C，在三角形O2CO/中採用餘弦定理有:
[0052]
11O2]1 + (O,Cf -2)0?12Clcos(90w +φ) = |Oicf
[0053]已知，IO' A = fzsin ε，\θ；€\ = ^2 ^(f7mssf \
ε = arccos ^j=.........................................................................................................?................................................................................................................................=28.98365715,
[0054]得^+(J(i+ αJ ^l2 一尤)2
[0055]

。麗2900 O = 13? 1-H = aM
[9900]
(Ζ?Ρ918￡￡6'€=^-'jr?!SMB =秦
V ^FziI
【權利要求】
1.一種工件材料最小切削厚度的確定方法，其特徵在於:所述確定方法具體為， 步驟一:在數控銑床的工作檯上對工件材料進行直線路徑的銑削加工； 步驟二:採用超景深顯微鏡觀察所述工件材料的銑削痕跡，依據所述銑削痕跡的表面微觀形貌特徵將其劃分為切削區域、犁耕區域和滑擦區域，並測量犁耕區域一滑擦區域的總長度I ; 步驟三:利用步驟二獲得的所述犁耕區域一滑擦區域的總長度1，計算所述工件材料的最小切削厚度值hD，具體為: 步驟三1:第一刀齒銑削所述工件材料後於表面形成邊界線，取犁耕區域一切削區域




λ'α = -1.分界面與所述邊界線的交點Α，則點A坐標表示為:'VA =# + ?e)2^/2 ，其中，R為銑削加



zA = —_^.::.(7+義):工時所用刀具的半徑，ae為刀具的徑向切削深度； 步驟三2:取所述刀具第一刀齒開始切入所述工件材料時，所述刀具的中心位置為點O1，取所述刀具第二刀齒開始切入所述工件材料時，所述刀具的中心位置為點02，以O1點為坐標原點建立坐標系，Z軸方向豎直向上，Y軸方向沿刀具進給方向，X軸方向與Y-Z軸構成右手系，則O2點坐標為(O, fz,0), fz為所述刀具每齒進給量； 步驟三3:過點O2與點A做垂直於XO1Y的剖面，獲得未變形切削斷面，獲得點O1在所述剖面上的投影點0/ ;再過點A做XO1Y的垂線，所述垂線與所述切削斷面下端輪廓的交點為點B，連接O2B, O2B與切削斷面上端輪廓的交點為點C，在三角形O2CO/中採用餘弦定理有:pP.f+p.cf -2|0；a||0,C[cos(90w *φ) = \0；cf，
已知，I 0' A I = fzsin ε，jO,'C| = ^R2 -(/z cosi?)2 , s: arccos-1====￡===^ ?ψ + + ae)' -11 -.// j
Jl2 + F—m = arcsin』-:-fΨR
得到 hD = R-1O2C ； 其中，ε為O2O1與0/O1之間的夾角，-為過點O2且與面XO1Y垂直的垂線與O2C之間的夾角。
2.根據權利要求1所述工件材料最小切削厚度的確定方法，其特徵在於:用於銑削加工的所述工件材料為長方體。
3.根據權利要求1或2所述工件材料最小切削厚度的確定方法，其特徵在於:步驟二中所述切削區域的表面微觀形貌特徵為具有一組材料殘留稜條，所述材料殘留稜條之間的殘留間距的寬度相同，所述殘留間距的寬度為所述刀具的每齒進給量值。
4.根據權利要求3所述工件材料最小切削厚度的確定方法，其特徵在於:步驟二中所述犁耕區域的表面微觀形貌特徵是表面形貌光滑。
5.根據權利要求4所述工件材料最小切削厚度的確定方法，其特徵在於:步驟二中所述滑擦區域的表面微觀形貌特徵是表面排列有一組間距不相同的刀齒條紋，所述的刀齒條紋的寬度小於所述材料殘留稜條的寬度。
【文檔編號】B23C3/00GK104128646SQ201410355542
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】劉獻禮, 馬晶, 嶽彩旭, 張安山, 劉強 申請人:哈爾濱理工大學