设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法
设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法
【专利说明】
[0001 ] 技术领域:
本发明与通过理论模型控制刀片刃口形貌、钝化带大小从而指导实际加工中提高切削质量、增加刀具的耐久度的方法有关，与刀片刃口形貌以及钝化带大小对切削过程的综合影响有关。
[0002]【背景技术】:
在实际切削过程中，切削速度、进给量、背吃刀量对于整个切削过程的效果起到了绝对的影响作用。但是，不同形貌的刃口以及不同大小的钝化带由于刃口切削的剪切效果也影响着切肩的流向以及刀片的耐用度，成为刀具切削中一个不可忽视的因素，作为刀具的第四大关键技术已经被重要提出。随着使用者以及使用环境对刀片要求越来越高的今天，满足合适的刃口形貌以及最佳的钝化带大小的刀片成为了一个提升切削效果，增加刀具寿命的重要环节。因此，构建刃口的理论模型以及进行相关的理论分析对于指导实践具有重要作用
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种可优化实际切削加工过程以及增加刀具的耐久度的设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法。
[0003]本发明是这样实现的:
1、设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法，包括以下步骤:
1)在UG三维设计软件建立刀片切削三维模型；
2)通过参数调整刀具刃口钝化带形状与大小，形成不同的刃口形状，并得到相应的刃口法剖面二维模型；
3)将刃口法剖面二维模型通过导入到CAD中进行尺寸缩放调整，最后形成能够导入仿真软件中的文件格式*.dxf ；
4)在切削仿真软件第三波中导入上一步的刀具刃口法剖面二维模型，分析简单刃口不同形貌对切削影响或直接导入UG三维模型，分析复杂刃型变尺度钝化带对切削性能的影响；
5)通过设置切削加工参数，以及定义工件材料和刀具材料，做好仿真前的数据准备；
6)进行仿真分析的运行，根据不同的刃口钝化带形状采用不同的切削参数进行仿真，进行多组对比仿真实验；
7)从多组对比仿真实验结果中分析压力曲线、切削力横向力曲线、温度场分布，通过对比同一加工参数不同钝化带刀具的切肩流向以及同一钝化带不同加工参数的切削流向得出最佳刀具刃口钝化带形状和大小参数。
[0004]在步骤2)建立刃口法剖面变尺度二次曲线理论模型，为建立刃口法剖面二维模型提供基础，步骤4)通过在UG中使用表达式功能来建立对变尺度二次曲线钝化带参数的控制模块，在UG三维设计软件中，根据国家标准的梯扣刀片刃口尺寸要求，通过草图绘制、拉伸切割、边界约束命令建立刀片三维模型，将刃口切削带划分为9个基本点，5个基本段:齿底，10°侧刃，3°侧刃，圆弧刃，顶刃)，将顶刃法剖面视为刃口二次曲线基本理论模型，通过软件中倒圆命令结合表达式命令设置每个基本段的PZ1、PZ2的值，从而控制钝化带大小以及刃口形貌。
[0005]本发明以切削刃法剖面投影二次曲线理论模型建立为基础，结合国家标准的石油管螺纹梯扣刀片参数为标准，在UG三维软件中通过倒圆命令和表达式命令设置变尺度二次曲线钝化带的参数化设计模块。根据需要将刀片三维切削带通过钝化带参数模块调整成相应的钝化带大小以及刃口形状，对刃口齿顶法剖面进行投影得到相应的二维刃口法剖面模型；将该模型通过2D转化命令导入CAD中转化为DXF格式;将该刃口法剖面或者复杂刃口三维模型导入切削仿真软件第三波，并对导入的刀具进行网格划分，约束边固定，通过设置切削参数，定义工件材料和刀具材料，做好仿真前的数据准备，研究刀片刃口钝化带形貌以及大小对切削过程的综合影响，对于不同形貌的钝化带在使用不同切削参数时切肩的流出情况。仿真实验完成以后，得到相应的压力曲线、切削力横向力曲线、温度场分布以及切削仿真过程。最后得到最佳提高切削质量以及增加刀具的耐久度的刀片刃口形貌以及钝化带大小。
[0006]本发明具有以下优点:
1、通过UG三维设计软件设计出来的刀片变尺度二次曲线钝化带参数模块，操作者可以根据现场需要方便地调整刀片钝化带的各项关键参数，能够很好地模拟出真实的加工环境。
[0007]2、在切削仿真软件第三波中，能够快速且准确地得到模拟切削过程及参数曲线，包括切削力横向力、温度、应力等变化曲线。
[0008]3、对不同形貌变尺度二次曲线钝化带刀片加工不同材料的切削参数有一定的指导意义。
[0009]【具体实施方式】:
第一步，在UG三维设计软件中，根据国家标准的梯扣刀片刃口尺寸要求，通过草图绘制、拉伸切割、边界约束命令建立刀片三维模型。将刃口切削带划分为9个基本点，5个基本段(齿底，10°侧刃，3°侧刃，圆弧刃，顶刃)。将顶刃法剖面视为刃口二次曲线基本理论模型。通过软件中倒圆命令结合表达式命令设置每个基本段的ΡΖ1、ΡΖ2的值，从而控制钝化带大小以及刃口形貌，达到复杂刃口变尺度的理论模型设计的目的;第二步，通过软件剖视命令将顶刃法剖面进行投影，形成切削刃法剖面二次曲线钝化带模型;第三步，将该刃口二维模型通过2D转换命令导入到CAD中进行图形比例的调整，使之适合接下来的仿真分析工作，最后生成能够导入仿真软件中的dxf文件格式；第四步，在切削仿真软件第三波中建立新的仿真任务，从加工类型选择刨削加工，编辑标准工件的尺寸参数，在工件材料中选择45钢(可改变材料类型)，刀具设置采用插入刀具选项，导入上一步的刀具二维模型(分析简单刃口不同形貌对切削影响)或直接导入UG刀片三维模型(复杂刃型变尺度钝化带对切削性能的影响)，对刀具的最大网格和最小网格分别定为0.3mm和0.01mm，并对网格进行细化且定义切削区的线网格尺寸0.5_，将刀片不参与切削的两条边设定为XY方向固定作为约束边，并通过设置刀具的材料硬质合金;第五步，通过设置加工参数，根据实际需要调整进给量f，切削速度V;第六步，点击进行仿真计算的绿色箭头运行按钮，共进行5次不同刃口钝化带的仿真分析，包括1种喇叭状钝化带即标准圆弧带和4种瀑布状钝化带(可通过第一步中钝化带参数模块中调整数据得到不同的瀑布状钝化带)进行切削仿真实验;第七步，仿真实验完成以后，打开分析结果页面得到相应的压力曲线、切削力横向力曲线、温度场分布。通过对比同一加工参数不同钝化带刀片的切肩流向以及同一钝化带不同加工参数的切削流向得出指导实际切削的钝化带大小以及加工参数。
【主权项】
1.设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法，其特征在于包括以下步骤: 1)在UG三维设计软件建立刀片切削三维模型； 2)通过参数调整刀具刃口钝化带形状与大小，形成不同的刃口形状，并得到相应的刃口法剖面二维模型； 3)将刃口法剖面二维模型通过导入到CAD中进行尺寸缩放调整，最后形成能够导入仿真软件中的文件格式*.dxf ； 4)在切削仿真软件第三波中导入上一步的刀具刃口法剖面二维模型，分析简单刃口不同形貌对切削影响或直接导入UG三维模型，分析复杂刃型变尺度钝化带对切削性能的影响； 5)通过设置切削加工参数，以及定义工件材料和刀具材料，做好仿真前的数据准备； 6)进行仿真分析的运行，根据不同的刃口钝化带形状采用不同的切削参数进行仿真，进行多组对比仿真实验； 7)从多组对比仿真实验结果中分析压力曲线、切削力横向力曲线、温度场分布，通过对比同一加工参数不同钝化带刀具的切肩流向以及同一钝化带不同加工参数的切削流向得出最佳刀具刃口钝化带形状和大小参数。2.根据权利要求1所述的设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法，其特征在于在步骤2)建立刃口法剖面变尺度二次曲线理论模型，为建立刃口法剖面二维模型提供基础，步骤4)通过在UG中使用表达式功能来建立对变尺度二次曲线钝化带参数的控制模块，在UG三维设计软件中，根据国家标准的梯扣刀片刃口尺寸要求，通过草图绘制、拉伸切割、边界约束命令建立刀片三维模型，将刃口切削带划分为9个基本点，5个基本段:齿底，10°侧刃，3°侧刃，圆弧刃，顶刃)，将顶刃法剖面视为刃口 二次曲线基本理论模型，通过软件中倒圆命令结合表达式命令设置每个基本段的PZ1、PZ2的值，从而控制钝化带大小以及刃口形貌。
【专利摘要】本发明为设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法，解决传统方法提升的设计刀具切削效果差，刀具寿命短的问题。对切削刃法剖面二次曲线形成理论分析以及模型；在UG三维设计软件中建立刀片三维模型，通过程序设计获得变尺度二次曲线钝化带的参数化设计界面；通过第三波系统仿真软件导入该三维图形，通过系统仿真切削试验从而得到切屑流向、压力曲线、切削力/横向力曲线、温度场分布。本发明能够取得刀片切削刃设计变尺度二次曲线钝化带模型，通过改变切削刃上各段的钝化带形貌大小，分析其对切屑流向的影响，对不同状态下刃口形貌对刀片切削过程有很好的理论指导作用。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105488300
【申请号】CN201510978710
【发明人】陈云, 耿子瑜, 杨军, 刘洪
【申请人】成都工具研究所有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月24日
【专利说明】
[0001 ] 技术领域:
本发明与通过理论模型控制刀片刃口形貌、钝化带大小从而指导实际加工中提高切削质量、增加刀具的耐久度的方法有关，与刀片刃口形貌以及钝化带大小对切削过程的综合影响有关。
[0002]【背景技术】:
在实际切削过程中，切削速度、进给量、背吃刀量对于整个切削过程的效果起到了绝对的影响作用。但是，不同形貌的刃口以及不同大小的钝化带由于刃口切削的剪切效果也影响着切肩的流向以及刀片的耐用度，成为刀具切削中一个不可忽视的因素，作为刀具的第四大关键技术已经被重要提出。随着使用者以及使用环境对刀片要求越来越高的今天，满足合适的刃口形貌以及最佳的钝化带大小的刀片成为了一个提升切削效果，增加刀具寿命的重要环节。因此，构建刃口的理论模型以及进行相关的理论分析对于指导实践具有重要作用
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种可优化实际切削加工过程以及增加刀具的耐久度的设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法。
[0003]本发明是这样实现的:
1、设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法，包括以下步骤:
1)在UG三维设计软件建立刀片切削三维模型；
2)通过参数调整刀具刃口钝化带形状与大小，形成不同的刃口形状，并得到相应的刃口法剖面二维模型；
3)将刃口法剖面二维模型通过导入到CAD中进行尺寸缩放调整，最后形成能够导入仿真软件中的文件格式*.dxf ；
4)在切削仿真软件第三波中导入上一步的刀具刃口法剖面二维模型，分析简单刃口不同形貌对切削影响或直接导入UG三维模型，分析复杂刃型变尺度钝化带对切削性能的影响；
5)通过设置切削加工参数，以及定义工件材料和刀具材料，做好仿真前的数据准备；
6)进行仿真分析的运行，根据不同的刃口钝化带形状采用不同的切削参数进行仿真，进行多组对比仿真实验；
7)从多组对比仿真实验结果中分析压力曲线、切削力横向力曲线、温度场分布，通过对比同一加工参数不同钝化带刀具的切肩流向以及同一钝化带不同加工参数的切削流向得出最佳刀具刃口钝化带形状和大小参数。
[0004]在步骤2)建立刃口法剖面变尺度二次曲线理论模型，为建立刃口法剖面二维模型提供基础，步骤4)通过在UG中使用表达式功能来建立对变尺度二次曲线钝化带参数的控制模块，在UG三维设计软件中，根据国家标准的梯扣刀片刃口尺寸要求，通过草图绘制、拉伸切割、边界约束命令建立刀片三维模型，将刃口切削带划分为9个基本点，5个基本段:齿底，10°侧刃，3°侧刃，圆弧刃，顶刃)，将顶刃法剖面视为刃口二次曲线基本理论模型，通过软件中倒圆命令结合表达式命令设置每个基本段的PZ1、PZ2的值，从而控制钝化带大小以及刃口形貌。
[0005]本发明以切削刃法剖面投影二次曲线理论模型建立为基础，结合国家标准的石油管螺纹梯扣刀片参数为标准，在UG三维软件中通过倒圆命令和表达式命令设置变尺度二次曲线钝化带的参数化设计模块。根据需要将刀片三维切削带通过钝化带参数模块调整成相应的钝化带大小以及刃口形状，对刃口齿顶法剖面进行投影得到相应的二维刃口法剖面模型；将该模型通过2D转化命令导入CAD中转化为DXF格式;将该刃口法剖面或者复杂刃口三维模型导入切削仿真软件第三波，并对导入的刀具进行网格划分，约束边固定，通过设置切削参数，定义工件材料和刀具材料，做好仿真前的数据准备，研究刀片刃口钝化带形貌以及大小对切削过程的综合影响，对于不同形貌的钝化带在使用不同切削参数时切肩的流出情况。仿真实验完成以后，得到相应的压力曲线、切削力横向力曲线、温度场分布以及切削仿真过程。最后得到最佳提高切削质量以及增加刀具的耐久度的刀片刃口形貌以及钝化带大小。
[0006]本发明具有以下优点:
1、通过UG三维设计软件设计出来的刀片变尺度二次曲线钝化带参数模块，操作者可以根据现场需要方便地调整刀片钝化带的各项关键参数，能够很好地模拟出真实的加工环境。
[0007]2、在切削仿真软件第三波中，能够快速且准确地得到模拟切削过程及参数曲线，包括切削力横向力、温度、应力等变化曲线。
[0008]3、对不同形貌变尺度二次曲线钝化带刀片加工不同材料的切削参数有一定的指导意义。
[0009]【具体实施方式】:
第一步，在UG三维设计软件中，根据国家标准的梯扣刀片刃口尺寸要求，通过草图绘制、拉伸切割、边界约束命令建立刀片三维模型。将刃口切削带划分为9个基本点，5个基本段(齿底，10°侧刃，3°侧刃，圆弧刃，顶刃)。将顶刃法剖面视为刃口二次曲线基本理论模型。通过软件中倒圆命令结合表达式命令设置每个基本段的ΡΖ1、ΡΖ2的值，从而控制钝化带大小以及刃口形貌，达到复杂刃口变尺度的理论模型设计的目的;第二步，通过软件剖视命令将顶刃法剖面进行投影，形成切削刃法剖面二次曲线钝化带模型;第三步，将该刃口二维模型通过2D转换命令导入到CAD中进行图形比例的调整，使之适合接下来的仿真分析工作，最后生成能够导入仿真软件中的dxf文件格式；第四步，在切削仿真软件第三波中建立新的仿真任务，从加工类型选择刨削加工，编辑标准工件的尺寸参数，在工件材料中选择45钢(可改变材料类型)，刀具设置采用插入刀具选项，导入上一步的刀具二维模型(分析简单刃口不同形貌对切削影响)或直接导入UG刀片三维模型(复杂刃型变尺度钝化带对切削性能的影响)，对刀具的最大网格和最小网格分别定为0.3mm和0.01mm，并对网格进行细化且定义切削区的线网格尺寸0.5_，将刀片不参与切削的两条边设定为XY方向固定作为约束边，并通过设置刀具的材料硬质合金;第五步，通过设置加工参数，根据实际需要调整进给量f，切削速度V;第六步，点击进行仿真计算的绿色箭头运行按钮，共进行5次不同刃口钝化带的仿真分析，包括1种喇叭状钝化带即标准圆弧带和4种瀑布状钝化带(可通过第一步中钝化带参数模块中调整数据得到不同的瀑布状钝化带)进行切削仿真实验;第七步，仿真实验完成以后，打开分析结果页面得到相应的压力曲线、切削力横向力曲线、温度场分布。通过对比同一加工参数不同钝化带刀片的切肩流向以及同一钝化带不同加工参数的切削流向得出指导实际切削的钝化带大小以及加工参数。
【主权项】
1.设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法，其特征在于包括以下步骤: 1)在UG三维设计软件建立刀片切削三维模型； 2)通过参数调整刀具刃口钝化带形状与大小，形成不同的刃口形状，并得到相应的刃口法剖面二维模型； 3)将刃口法剖面二维模型通过导入到CAD中进行尺寸缩放调整，最后形成能够导入仿真软件中的文件格式*.dxf ； 4)在切削仿真软件第三波中导入上一步的刀具刃口法剖面二维模型，分析简单刃口不同形貌对切削影响或直接导入UG三维模型，分析复杂刃型变尺度钝化带对切削性能的影响； 5)通过设置切削加工参数，以及定义工件材料和刀具材料，做好仿真前的数据准备； 6)进行仿真分析的运行，根据不同的刃口钝化带形状采用不同的切削参数进行仿真，进行多组对比仿真实验； 7)从多组对比仿真实验结果中分析压力曲线、切削力横向力曲线、温度场分布，通过对比同一加工参数不同钝化带刀具的切肩流向以及同一钝化带不同加工参数的切削流向得出最佳刀具刃口钝化带形状和大小参数。2.根据权利要求1所述的设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法，其特征在于在步骤2)建立刃口法剖面变尺度二次曲线理论模型，为建立刃口法剖面二维模型提供基础，步骤4)通过在UG中使用表达式功能来建立对变尺度二次曲线钝化带参数的控制模块，在UG三维设计软件中，根据国家标准的梯扣刀片刃口尺寸要求，通过草图绘制、拉伸切割、边界约束命令建立刀片三维模型，将刃口切削带划分为9个基本点，5个基本段:齿底，10°侧刃，3°侧刃，圆弧刃，顶刃)，将顶刃法剖面视为刃口 二次曲线基本理论模型，通过软件中倒圆命令结合表达式命令设置每个基本段的PZ1、PZ2的值，从而控制钝化带大小以及刃口形貌。
【专利摘要】本发明为设计刀具刃口钝化带形状和大小的方法，解决传统方法提升的设计刀具切削效果差，刀具寿命短的问题。对切削刃法剖面二次曲线形成理论分析以及模型；在UG三维设计软件中建立刀片三维模型，通过程序设计获得变尺度二次曲线钝化带的参数化设计界面；通过第三波系统仿真软件导入该三维图形，通过系统仿真切削试验从而得到切屑流向、压力曲线、切削力/横向力曲线、温度场分布。本发明能够取得刀片切削刃设计变尺度二次曲线钝化带模型，通过改变切削刃上各段的钝化带形貌大小，分析其对切屑流向的影响，对不同状态下刃口形貌对刀片切削过程有很好的理论指导作用。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105488300
【申请号】CN201510978710
【发明人】陈云, 耿子瑜, 杨军, 刘洪
【申请人】成都工具研究所有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月24日
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