本發(fā)明涉及刀具磨床加工球頭銑刀的優(yōu)化方法，具體的說，是涉及一種球頭立銑刀前刀面新型加工算法。

背景技術：

近年來，國內(nèi)對刀具磨削技術的發(fā)展，使得國內(nèi)對球頭銑刀的磨削加工有很大程度上的進步，但是在加工精度和磨削方式上還是存在很大問題，刀具的磨削方式很大程度上機床的結構相關，本文采用wbs五軸聯(lián)動機床(參見圖1)，進行加工刀具，但是用原始的加工方法加工磨削時，球頭立銑刀的圓柱部分會被整體切除，這種方法不再使用此類機床，因此需要設計研究新型加工方法，以此來滿足切削要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種適用于五軸聯(lián)動機床的更方便、更高效的球頭立銑刀前刀面新型加工算法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種球頭立銑刀前刀面s形刃線的加工算法，包括以下步驟：

(1)確定s形刃線公式；

(2)根據(jù)s形刃線公式，求出刃線上任意一點的法向量(n)、切向量(t)和密切向量(s)，同時求出和法向量(n)、切向量(t)、密切向量(s)分別垂直的法平面、密切平面、從切平面；

(3)求出在x-z平面內(nèi)前刀面溝槽曲線公式，以此求出由s形刃線上的點到法平面與溝槽曲線公式交點的距離l1；

(4)求出砂輪的磨削深度l；

(5)對刀具坐標系、活動坐標系和機床坐標系進行轉(zhuǎn)換，進行后置處理，轉(zhuǎn)換成機床坐標系的運動參數(shù)，進行加工；

(6)將后置處理完成的數(shù)據(jù)，進行編程，轉(zhuǎn)換為機床能夠識別的nc代碼進行加工。

s形刃線的方程為：

其中r為球頭立銑刀的半徑，此公式在θ接近90°時依然成立，w為螺旋角，θ為刀刃曲線上點p在x-y平面投影與z軸的夾角的余角，為刀刃曲線上點p在x-y平面投影與軸x的夾角。

步驟(3)中在x-z平面內(nèi)，前刀面溝槽曲線公式：

x＝a*z²+b；(0＜b＜r)

其中a為二次項系數(shù)，其決定了溝槽部分曲線的形狀，b決定了球頭立銑刀在球頭和圓

柱的交點處切削的深度；

其中(x，z)為刀刃曲線上的坐標值，(xr，zr)為溝槽曲線上的坐標值，以此來計算出在x-z平面上l1的值。

步驟(4)中砂輪的磨削深度：

其中δ為砂輪的軸線在垂直于x-z平面時，砂輪相對于x-z平面所旋轉(zhuǎn)的角度。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案所帶來的有益效果是：

該方法解決了對球頭立銑刀加工前刀面時，對圓柱部分過切的問題，更加簡單，方便高效的對前刀面進行成型加工，也為加工前刀面提出一種新型的加工方法和算法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明適用的五軸聯(lián)動機床的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明球頭銑刀前刀面所建立的坐標系示意圖。

圖3是本發(fā)明砂輪磨削深度的的示意圖。

圖4是本發(fā)明球頭銑刀和砂輪相對的空間位姿示意圖。

圖5是本發(fā)明球頭立銑刀所需要建立的后置處理坐標轉(zhuǎn)換關系圖。

圖6是本發(fā)明加工前刀面的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

本發(fā)明的一種球頭立銑刀前刀面s形刃線的加工算法，它包括以下步驟：

步驟一、本發(fā)明采用的是五軸聯(lián)動數(shù)控機床，如圖1所示，x,y,z為坐標軸，a,c為轉(zhuǎn)動軸，在加工前刀面時，五軸會已聯(lián)動的方式進行加工；

步驟二、根據(jù)球頭立銑刀球球頭部分的曲線公式，曲線不同，加工的方式也不相同，本實施例是關于一種基于“s”形刃線的球頭立銑刀前刀面的加工算法。

“s”形刃線的方程為：

其中r為球頭立銑刀的半徑，此公式在θ接近90°時依然成立，w為螺旋角，θ為刀刃曲線上點p在x-y平面投影與z軸的夾角的余角，為刀刃曲線上點p在x-y平面投影與軸x的夾角；

步驟三、根據(jù)s形刃線公式，求出刃線上任意一點的法向量(n)切向量(t)密切向量(s)，同時求出和三個向量分別垂直的平面(法平面，密切平面，從切平面)如圖2所示(圖中og-xgygzg砂輪坐標系，o-xyz為工件坐標系),在進行加工的時候砂輪的位姿(位置和姿態(tài))的確定，需要由每個點的s，n，t共同確定，因此必須求出任意時刻的三個向量；

s＝t×n

步驟四、根據(jù)球頭立銑刀前刀面的設計方案，砂輪在刃磨前刀面的時候，需要將砂輪端面與球頭銑刀的s形刃線在每一刻都要保持固定的位姿，砂輪端面的法向量ag需要與s形刃線上的法平面保持一定的角度，砂輪的姿態(tài)確定后還有確定砂輪的位置，砂輪的位置的確定需要溝槽的曲線公式。求出在x-z平面內(nèi)，前刀面溝槽曲線公式。以此求出由s形刃線上的點到法平面與溝槽曲線公式交點的距離l1；

在坐標x-z平面內(nèi)，球頭銑刀刃線方程為：

溝槽曲線在x-z平面內(nèi)的拋物線方程：

x＝a*z²+b；(0＜b＜r)

a為刀槽曲線的二次項系數(shù)，b為砂輪刃磨時進入的深度；

在x-z平面內(nèi)刃線上任意一點p的位置，根據(jù)圖3、圖4可以看到l1長度表示，圖3、圖4中ag為砂輪坐標系中砂輪的法向量，o為機床坐標系的原點，r為從o點到p點的距離；rog為從o點到og點的距離，rg為從og到p點的距離；

溝槽曲線上任意一點法向的斜率為：

方程組聯(lián)立得到z的表達式：

最終求得l1為：

其中(x，z)為刀刃曲線上的坐標值，(xr，zr)為溝槽曲線上的坐標值，以此來計算出在x-z平面上l1的值；

步驟五、根據(jù)前刀面的設計要求，在砂輪加工前刀面的時候還需要一個偏轉(zhuǎn)角δ，以此來求出砂輪的磨削深度

步驟六、砂輪在對球頭立銑刀前刀面進行磨削時，不僅需要知道磨削的深度l，還需要知道砂輪磨削的空間位姿。需要對工件坐標系o-x5y5z5，砂輪坐標系o-x4y4z4，機床坐標系o-x0y0z0進行轉(zhuǎn)換，進行后置處理，后置處理的坐標系是圖5中的o-x1y1z1至o-x3y3z3轉(zhuǎn)換成機床坐標系的運動參數(shù)，進行加工；其中o-x1y1z1是對xyz三個坐標系進行轉(zhuǎn)換，o-x2y2z2是a軸進行轉(zhuǎn)換，o-x3y3z3是對c軸進行轉(zhuǎn)換，將工件坐標系和砂輪坐標系最終轉(zhuǎn)換為機床坐標系，如圖5(圖中存在六個坐標系，目的是將工件坐標系o-x5y5z5和砂輪坐標系o-x4y4z4最終轉(zhuǎn)換為機床坐標系o-x0y0z0進行加工)；

后置處理的公式：

c＝acos(-agz)

x＝(rogxcos(c)-rogysin(c))-rg

y＝-(-sin(a)-rogzsin(a)+rogycos(a)cos(c)+rogxcos(a)sin(c))

z＝(rogzcos(a)+cos(a)+rogycos(c)sin(a)+rogysin(c)sin(a))-ld

步驟七、將初始數(shù)據(jù)經(jīng)過后置處理轉(zhuǎn)換為機床能夠識別的nc代碼進行加工，圖6為本發(fā)明加工前刀面的簡要的流程示意圖。；

本發(fā)明并不限于上文描述的實施方式。以上對具體實施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術方案，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。