加工螺旋槽成形铣刀的CAD

1、第16卷第2期2002年6月Vol, 16 No. 2Jun.2002河海大学常州分校学报JOURNAL OF HOHAI UNIVERSITY CHANGZHOU文章编号：1009-1130(2002)02-0025-04加工螺旋槽成形铳刀的CAD及其加工仿真验算高瞩(常州工学院，江苏常州 213002)摘要寸论了设计加工螺旋槽成形铳刀廓形的方法，采用了包络线法进行成形铳刀轴面截形的设计及加工仿真验算，尤其对仿真过程中時变现象的验证和消除、奇异点处的处理方法进行了大胆探索设计效果较好、既缩短了设计周期，又提高了设计质量 关賞词；成形铳刀f包络线法；加工仿真中图分类号:TG50G；TP391.

2、 72加工螺旋槽的成形铳刀是一种专用刀具不同的工件，所用的成形铳刀并不相同，必须根据工件的螺旋槽形状.尺寸专门设计，其设计工作量很大而成形铳刀结构基本相同，只是廓形 及其结构尺寸有所不同，因此对加工螺旋槽成形铳刀的CAD,关键之处在于铳刀廓形的设计.传统的加工螺旋槽成形铳刀廓形的设计方法有接触线法、最小值法和包络线法前两种方法收敛快，计算所占计算机的内存空间较小但从设计计算到试切的不断反复循环过程来看,一方面求解过程涉及到复杂的超越方程，给仿真验算带来较大的难度，另一方面由于在采用分 段拉格朗日插值计算刀具轴面截形时，各段曲线在连接处常常不光滑易产牛奇异拐点，致使工件螺旋面廓形在转折点处出现过

3、渡曲线，因此这两种方法正逐步失去其应用前景包络线法采用若干点的坐标来描绘工件的端面截形,依据空间啮合原理中的解析法和几何作图法求解成形铳刀截形，不仅可通过逆运算进行仿真验算，而且当工件廓形方程难以获得或者方程太复杂时，仍然可能求出刀具廓形，这就为设计更为复杂 的各种成形铳刀的截形提供了可能，在现代产品的多品 种小批量加工中，体现出较强的实用性.1铳刀轴面截形设计及数学模型X工图1Fig. 1 Sketch map of milling and cutting processK 1坐标系及其变换饶刀加工示意现以给定的工件端截面的截形作为基准面(见1),收稿日期：2OOl-lbO8作耆筒介：高瞩1

4、965 ),男上海人，讲师，机械制造及自动化专业.26河海大学常州分校学报2002年6月建立工件坐标系oxyz,使xoy平面与基准面重合,z轴与工件的轴线一致，同时建立铳刀的 坐标系o“w，使工轴与x轴的方向一致.铳刀中心6相对于工件中心o在工件的y轴方向 的偏心距为S,其正负方向Y轴相同.在实际计算过程中，一般取S = o.铳刀中心S郴对于工 件中心O在工件的X轴方向上距离为C.工件坐标系OXYZ平移变换到。口5引，然后再经过一个旋转变换，变换成铳刀坐标系oyz（见图2）.OXYZ坐标系到ojDG】坐标系的坐标变换为：y=FS（取 S = 0）= X =Z.冋坐标系到。巧2坐标系的坐标变换，

5、对左旋螺旋槽为：jy=_y】cos0十Zisin0,jr=H|. ,2= _yi$in0+ziCOS0,对右旋螺旋槽为：y=MCOS0zisihP,工件坐标系中一点在铳刀坐标系中可以表示为： =12坐标变换数学模型示意图2 Sketch map of changeable coordinate of math model工=丁1，龙= ZSin0+ziCos01-2r = XC,y= （Y S）cos0/!Z$in0,N = 24（y S）sin0+Zcos0其中4= 土 1（左旋时A= 1,右旋时A = + l）上述各式中，&为轴间角，&角的大小一般取为90。一 +A3为螺旋角，为调节量）;

6、C为 轴心距，即铳刀轴线和工件轴线间的最短距离,C = R + Rf,式中R是铳刀最大半径，根据工件 最大截形深度及结构参数进行选择，人/为工件的根圆半径.1.2点的圆弧投影点的圆弧投影是将铳刀坐标系中一点，绕着铳刀轴线旋转到铳刀轴向截面上的过 程.将工件坐标系中点R（X,Y,Z）的坐标转换成铳刀坐标系中坐标，然后进行圆弧投影，其变 换方程为y = （ Y S ）cos& AZsinffR /xz-zz （XC）2 + H（Y S）sin0+Zcos02$13包络线法求锥刀的轴面截形给定工件端面截形上取等分的若干点，在各个轴向位置Z处，铳刀坐标系中其轴面投影 用坐标为（用心的点群表示（见图3.

7、其中i是基准端截面上工件截形点的编码；丿是点在工 件不同轴向位置Z处的编码.将点群以等线（或等j线）连成光滑曲线得到工件截形曲线族在铳刀坐标系中的轴面 投影.如图4所示，工件截形曲线族的包络线，即为铳刀的轴面截形.14分段等距的低次拉格朗日插值计算在求解包络线的过程中，不采用求解包络线的复杂数学公式，而是根据几何包络原理，采 用分段的低次拉格朗日插值法求解.系统运用结果表明，可以得到满意的效果.15共觇接融点初始范围的确定包络线法求解铳刀截形采用数值逼近法.为了快速逼近，在计算前要先进行共觇接触点初 始范围的确定.其原理是将工件外圆柱体与铳刀外径圆柱体相贯,在垂直于铳刀轴线的端截面 内求出其相

8、贯线上极限位置点的2坐标，正负方向的Z坐标值即为初始范围.(1)第16卷第2朋高 瞩 加工缥旋槽成形铳刀的CA1）及其加工仿真验算27图3工件螺旋槽端面截形Fig- 3 Cross section of the workingpiece5s Fig. 4spiral notchv包络线法求解铁刀轴面截形Figure out the cross section of the milling cutter by means of enveloping line图5奇异点处斜率加密方法示意图 Fig. 5 Sketch map of encryption of the odd points slop

9、e2加工仿真及畸变的验证和消除2.1加工仿真及其变换根据铳刀截形求岀工件端面截形的过程称为加工仿真.加工仿真能在CAD中预先验证 是否能加工出合格的工件形状，而且可以预测在加工中可能发生的干涉等畸变现象.设铳刀截形上点的轴面投影坐标为铳刀在加工过程中转过角，则被切削点在 工件坐标系中的坐标值变换为：Xg=z+C Y=ycGs3-Azsin6-S ,Z0=4ysin0+zcos0 被切削点按照螺旋运动移动到工件基准面（端截面）上：0=Z/H= Arctan (y e/% ) 士式中工件螺旋面右旋取负号，左旋取正号.H为螺距.基准面上截形点群的坐标值（Xoy）表示为： +北 sin（仇） ,%=厶

10、%+处求截形点群图形的包络线，即为工件端截面的截形.2.2酹变的验证和消除加工螺旋面时，某些部分往往会产生各种畸变，而 影响到产品质量，常见的畸变现象为过切和产生过渡曲 线.验证畸变现象的方法就是将加工仿真后的工件端截 形与已知工件端截形相比较.消除畸变的方法是根据端截形的畸变差值调节铳 刀的参数、铳刀和工件间的安装参数（如轴间角8,轴间 距C和轴偏距S）.2.3奇异点处的处理方法系统在采用拉格朗日插值运算时，常常在各段曲线（或直线）连接处出现奇异点，这就表明 插值函数在该处导数不连续.如图5所示，本系统采用在奇异点处用一组不同的斜率值分别进河海大学常州2002年6月行求解的斜率加密方法，保证

11、了铳刀刃形的光滑性3软件系统与实例应用软件系统包括：Q)根据工件的参数求解出成形饶刀的轴面截形；(b加工仿真验算；(。铳 刀的结构设计(d)绘制铳刀工作图.U 11的以始呦:彷(I门铳力的轴向就形图6软件应用实例The applied example of the softwarew丿仿fl后丄卜螺底曲端戯面的截形Fig. 6应用本软件系统求解直径为10 mm、右旋、螺旋角为70。、键槽铳刀轴面截形时，工件螺旋 槽的端面原始廓形曲线由36个点分隔组成(图6(a),通过包络线法求得铳刀轴面截形(图6 (b),再经过仿真验算得到工件螺旋面端截面的截形(图6(c),最后对仿真前后端面截形进 行比鮫使

12、其精度控制在0-001-0.01 mm范鬧之内.4结束语实践证明，本软件切实可行，使用方便将铳刀轴面截形上等分点的参数存入数据库，与 CAD/CAM软件系统结合，可扩展成能设计和加工多种成形铳刀的CAD软件.参考文献:1姚国兰微机在复杂刀具设计中的应用(1) -用包络线法求成形铳刀裁形J南京理工大学学报, 1988(7):1-10.王晓霞金属切削原理与刀具M北京，航空工业出版社，2000.华南工学院，甘肃王业大学金属切削原理及刀具设计Ml上海:上海科学技术出版社979.杨东拜机械CAD制图与标准应用M北京十中国标准出版社,1996.(下转第77页)第16卷第2期王兆蓉，等 网络环境下高校图书馆

13、的发展趋势774结束语a-美国未来学家托夫勒指出：“第二次文明浪潮着重把问题分解成各个部分而第三次 文明浪潮，则把各个部分再度重新综合起来”我国高校图书馆要以网络为依托，走专业集 成化道路，既可以结合学科专业特点提供传统服务方式，又可以提供转换期多模式服务方式 还可以通过建立大学知识信息数据库，把分散孤立的大学图书馆连接成一种新型的、相互依 存、相互合作的，便于宏观管理和科学配置文献资源的图书馆情报联合体，发展信息咨询业，最 终发展成为知识信息产业这是我国高校图书馆发展的需要在高校图书馆向数字图书馆和网 上图书馆迈进的时期，图书管理人员要努力学好外语、学好计算机、学好网络知识，承担起比尔 盖次

14、所说的“知识组织者和导航员”的责任.参考文献:C1符绍宏网络环境下的信息眼务J1悄报学报.1999(5):455-462初景利从传统图书馆到数字图书馆:着势与变革A世纪之交图书馆事业回顾与展望C北京：北京 粵，书馆出版社，1999.任永芳中文OCR与图书馆资料的在制作J江苏图书馆学报,2001(3):2325 吴建中.21世纪图书馆展望访谈录M上海：上海科学技术文献岀版社3996.施泽华努力奋斗，实现“电子化图书馆十网络信息+新的生产力” 口江苏图书馆学报,2001(3):8-9. 黄群庆.网上图书馆的构建A 世纪之交图书馆事业回顾与展望C 北京，北京图书馆出版社,1999. 朱常红重组我国大

15、学图书馆业务机构的构思的新思路A世纪之交图书馆事业回顾与展望C北 京；北京图书馆岀版社，1999.7(上接第28页)On the CAD of the Disk-typed Spiral Fluted Profile Cuttersand Artificial Checking Computations of Its ProcessingGAO Zhu(Changzhou Institute of Technology t Changzhou 213002, China )Abstract： In this article, the author presents an accurate me

16、thod on the CAD of the disk- typed spiral fluted profile cutters The disk-typed spiral fluted profile cutter is a kind of specialized cutter, which should be designed according to the specific size of the workpiece. This kind of software system uses the mechod of enveloping line to carry out the designing of the sectional view of axis and the artificial checking computations of its processing It especially talks about the way of testing and verifying the distortion in the process of artificia