基于四轴磨削加工的球头立铣刀数学模型研究

论文摘要

球头立铣刀是数控机床上加工复杂曲面的一种高效刀具,在模具制造、汽车制造等领域有着广泛的应用。随着数控机床在我国制造业的普及,球头立铣刀的需求量越来越大。为了减小刃磨成本,我校开发了四轴联动的数控刃磨设备,提出一种新的球头立铣刀前刀面的数学模型。本论文在国内外关于球头立铣刀设计、建模、加工等方面研究的基础上,首先,本文对传统的等螺旋角的球头立铣刀刃口曲线和正交螺旋线的刃口曲线进行了仿真和分析,求解了球头立铣刀的刀具角度如刃倾角、主前角、法前角、主偏角等。然后,建立了前刀面和具有等主后角后刀面的球头立铣刀数学模型。最后,在进行刃磨运动分析分解的基础上,设计并制造了一台球头立铣刀数控刃磨平台,并将刃磨平台链接在工具磨床上,应用PMAC运动控制器编程,实现对球头立铣刀的刃磨。本文的研究成果将为实现在现有的四轴联动的数控刃磨设备上加工或修磨球头立铣刀作准备,其中开发的设计仿真软件也是球头立铣刀的虚拟制造系统研究的基础。同时它也可为其他类似磨床进行刀具加工或刀具设计的研究提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 球头立铣刀的概述
• 1.2.1 球头立铣刀形状、标准及分类
• 1.2.2 球头立铣刀的发展
• 1.2.3 球头立铣刀的特点
• 1.3 球头立铣刀的研究状况
• 1.3.1 球头立铣刀结构及加工研究
• 1.3.2 球头立铣刀切削机理及切削性能的研究
• 1.4 课题研究的任务
• 第二章 球头立铣刀刃口曲线的数学模型研究
• 2.1 刃口曲线的数学模型
• 2.2.1 等螺旋角球头立铣刀刃口曲线
• 2.1.2 正交螺旋形球头立铣刀刃口曲线
• 2.1.3 刃口曲线仿真与分析
• 2.2 球头立铣刀刃口曲线的主要角度研究
• 2.2.1 基准坐标系与刀具角度定义
• 2.2.2 刀具角度的求解
• 2.2.2.1 刃倾角和主偏角
• 2.2.2.2 前角
• 2.2.2.3 主后角
• 2.2.2.4 法后角
• 2.2.3 刀具角度的仿真与分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 球头立铣刀前、后刀面数学模型的研究
• 3.1 前刀面的数学模型
• 3.1.1 球头立铣刀前刀面的数学模型的建立
• 3.1.2 前刀面的仿真与分析
• 3.2 球头立铣刀周刃前刀面的数学模型
• 3.3 球头立铣刀球刃前刀面与周刃前刀面的光滑连接
• 3.4 球头立铣刀后刀面的数学模型
• 3.4.1 刃磨后刀面满足的条件
• 3.4.2 刃磨后刀面的数学模型
• 3.4.3 后刀面的仿真与分析
• 3.5 结构参数和刃磨参数的优化
• 3.5.1 球头立铣刀的结构设计参数
• 3.5.2 刃磨参数的确定
• 3.5.3 刃磨参数的优化
• 3.6 本章小节
• 第四章 刃磨平台的设计、调试及加工验证
• 4.1 刃磨运动分析及分解
• 4.2 刃磨设备实验平台的设计
• 4.2.1 功能要求
• 4.2.2 设计方案
• 4.2.3 刃磨平台与工具磨床的连接
• 4.3 球头立铣刀的加工验证
• 4.3.1 PMAC运动控制程序的编制规则
• 4.3.2 数控加工程序编制及加工实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 发表论文及参加研究项目