工件材料最小切削厚度的確定方法
【專利摘要】本發(fā)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(jié)果不夠準(zhǔn)確。本發(fā)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(qū)域、犁耕區(qū)域和滑擦區(qū)域，測量犁耕區(qū)域-滑擦區(qū)域的總長度l；取犁耕區(qū)域-切削區(qū)域分界面與第一刀齒于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O(shè)1點為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系，過點O2與點A做垂直于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'中采用余弦定理求得hD＝R-|O2C|。本發(fā)明用于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(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種工件材料最小切削厚度的確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]切削刀具在制造過程中都會存在一定的切削刃鈍圓半徑，由于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(dāng)實際加工中切削厚度小于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(yán)重影響加工工件表面質(zhì)量及精度，甚至造成刀具與工件的損傷，實際加工中應(yīng)當(dāng)避免。當(dāng)切削加工中其他切削參數(shù)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(dá)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(shù)、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(shù)方法及以往切削實驗方法過程麻煩、且獲得的計算結(jié)果不夠準(zhǔn)確。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)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(dǎo)致工件表面加工質(zhì)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(shù)控銑床的工作臺上對工件材料進(jìn)行直線路徑的銑削加工；
[0006]步驟二:采用超景深顯微鏡觀察所述工件材料的銑削痕跡，依據(jù)所述銑削痕跡的表面微觀形貌特征將其劃分為切削區(qū)域、犁耕區(qū)域和滑擦區(qū)域，并測量犁耕區(qū)域一滑擦區(qū)域的總長度I ;
[0007]步驟三:利用步驟二獲得的所述犁耕區(qū)域一滑擦區(qū)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后于表面形成邊界線，取犁耕區(qū)域一切削




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




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O(shè)1點為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系，Z軸方向豎直向上，Y軸方向沿刀具進(jìn)給方向，X軸方向與Y-Z軸構(gòu)成右手系，則O2點坐標(biāo)為(O, fz,0), fz為所述刀具每齒進(jìn)給量；
[0010]步驟三3:過點O2與點A做垂直于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中采用余弦定理有:
[0011]
\0；02f + |0,cf - 2\0；02\\02c\COSiWu + φ) =網(wǎng)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(fā)明的有益效果為:本發(fā)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(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)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(qū)域的總長度I進(jìn)行測量即可。省去了人工目測、估計計算數(shù)值的過程，利用本方法確定的工件材料最小切削厚度，對于提高工件表面加工質(zhì)量具有實質(zhì)作用，且加工精度提高了 50%?60%。
[0016]本發(fā)明方法適用于不同材質(zhì)工件的最小切削厚度的確定，設(shè)定不同的切削參數(shù):刀具每齒進(jìn)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(qū)域一滑擦區(qū)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(fā)明方法對工件材料進(jìn)行的銑削方案圖，圖中I為工件材料，2為切削區(qū)域圖；
[0018]圖2為圖1中標(biāo)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(jìn)給量；
[0019]圖3為圖2的俯視圖，為本發(fā)明銑削加工走刀路徑示意圖，圖中η為主軸轉(zhuǎn)速，3為刀具路徑，4為刀具；
[0020]圖4為銑削區(qū)域表面形貌圖，圖中5為切削區(qū)域，6為犁耕區(qū)域，7為滑擦區(qū)域；
[0021]圖5為最小切削厚度計算圖，其中BC段為預(yù)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(shù)控銑床的工作臺上對工件材料進(jìn)行直線路徑的銑削加工；
[0025]步驟二:采用超景深顯微鏡觀察所述工件材料的銑削痕跡，依據(jù)所述銑削痕跡的表面微觀形貌特征，將刀具旋轉(zhuǎn)時遠(yuǎn)離刀尖至刀尖的區(qū)域劃分為切削區(qū)域、犁耕區(qū)域和滑擦區(qū)域，并測量犁耕區(qū)域一滑擦區(qū)域的總長度I ;
[0026]步驟三:利用步驟二獲得的所述犁耕區(qū)域一滑擦區(qū)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后于表面形成邊界線，取犁耕區(qū)域一切削


卜=_,
區(qū)域分界面與所述邊界線的交點A，則點A坐標(biāo)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O(shè)1點為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系，Z軸方向豎直向上，Y軸方向沿刀具進(jìn)給方向，X軸方向與Y-Z軸構(gòu)成右手系，則O2點坐標(biāo)為(O, fz,0), fz為所述刀具每齒進(jìn)給量；
[0029]步驟三3:過點O2與點A做垂直于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中采用余弦定理有:
[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(fù)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，用于銑削加工的所述工件材料為長方體。
[0038]其它步驟及參數(shù)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(qū)域的表面微觀形貌特征為具有一組材料殘留棱條，所述材料殘留棱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(jìn)給量值。[0041 ] 其它步驟及參數(shù)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(qū)域的表面微觀形貌特征是表面形貌光滑。
[0044]其它步驟及參數(shù)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(qū)域的表面微觀形貌特征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于所述材料殘留棱條的寬度。
[0047]其它步驟及參數(shù)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(shù)控銑床的工作臺上對其進(jìn)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_，銑削加工完成后取下工件材料；
[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棱條的區(qū)域劃分為切削區(qū)域，將表面形貌光滑區(qū)域劃分為犁耕區(qū)域，將表面形貌為排列一組間距不相同的刀齒條紋的區(qū)域劃分為滑擦區(qū)，超景深顯微鏡下測量寬度量取犁耕區(qū)域-滑擦區(qū)域的總長度I為600.12ym ；
[0051]取犁耕區(qū)域-切削區(qū)域分界面與第一刀齒銑削后工件表面邊界線的交點Α，則點

Ua = -1
A坐標(biāo)表示為:+ -1-，設(shè)定刀具半徑R為1mm,每個刀齒進(jìn)給量fz為0.1mm/
[zA = -^R- -(! + CiJ1
Z，主軸轉(zhuǎn)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O(shè)1點為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系,Z軸方向豎直向上，Y軸方向沿刀具進(jìn)給方向，X軸方向與Y-Z軸構(gòu)成右手系，則O2點坐標(biāo)為(0，fz，O)，過點O2與點A做垂直于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/中采用余弦定理有:
[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(quán)利要求】
1.一種工件材料最小切削厚度的確定方法，其特征在于:所述確定方法具體為， 步驟一:在數(shù)控銑床的工作臺上對工件材料進(jìn)行直線路徑的銑削加工； 步驟二:采用超景深顯微鏡觀察所述工件材料的銑削痕跡，依據(jù)所述銑削痕跡的表面微觀形貌特征將其劃分為切削區(qū)域、犁耕區(qū)域和滑擦區(qū)域，并測量犁耕區(qū)域一滑擦區(qū)域的總長度I ; 步驟三:利用步驟二獲得的所述犁耕區(qū)域一滑擦區(qū)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后于表面形成邊界線，取犁耕區(qū)域一切削區(qū)域




λ'α = -1.分界面與所述邊界線的交點Α，則點A坐標(biāo)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O(shè)1點為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系，Z軸方向豎直向上，Y軸方向沿刀具進(jìn)給方向，X軸方向與Y-Z軸構(gòu)成右手系，則O2點坐標(biāo)為(O, fz,0), fz為所述刀具每齒進(jìn)給量； 步驟三3:過點O2與點A做垂直于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/中采用余弦定理有: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(jù)權(quán)利要求1所述工件材料最小切削厚度的確定方法，其特征在于:用于銑削加工的所述工件材料為長方體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述工件材料最小切削厚度的確定方法，其特征在于:步驟二中所述切削區(qū)域的表面微觀形貌特征為具有一組材料殘留棱條，所述材料殘留棱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(jìn)給量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述工件材料最小切削厚度的確定方法，其特征在于:步驟二中所述犁耕區(qū)域的表面微觀形貌特征是表面形貌光滑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述工件材料最小切削厚度的確定方法，其特征在于:步驟二中所述滑擦區(qū)域的表面微觀形貌特征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于所述材料殘留棱條的寬度。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】劉獻(xiàn)禮, 馬晶, 岳彩旭, 張安山, 劉強 申請人:哈爾濱理工大學(xué)