基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法技術

本發明專利技術公開了一種基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，屬于立銑刀技術領域，解決現有技術中圓弧頭立銑刀上具有偏離中心和內傾特性的底齒刀刃設計問題，以及球頭立銑刀上具有偏離中心特性的底齒刀刃設計問題。本發明專利技術構建非正交螺旋面；在構建了非正交螺旋面上，構建與非正交螺旋面相交的圓弧曲面；給定內傾角和齒偏中心距，根據非正交螺旋面與圓弧曲面相交，構建圓弧刀體S形刀刃曲線；在圓弧刀體S形刀刃曲線上構建立銑刀的直線刀刃曲線，得到通用于圓弧頭端齒立銑刀和球頭立銑刀的直線刀刃曲線和圓弧刀體S形刀刃曲線的設計模型。本發明專利技術用于生成通用于圓弧頭端齒立銑刀和球頭立銑刀的圓弧刀體S形刀刃曲線設計模型。

【技術實現步驟摘要】
基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法
一種基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，用于生成通用于圓弧頭端齒立銑刀和球頭立銑刀的圓弧刀體S形刀刃曲線設計模型，屬于立銑刀

技術介紹
當立銑刀底齒刀刃曲線參與切削時，底齒刀刃曲線的刀刃強度較差，若將底齒刀刃偏離中心一定距離，則能增強刀刃強度；而當立銑刀底齒刀刃曲線不參與切削時，如銑削型腔圓角時，僅需要圓弧刀體S形刀刃參與切削，而不需要直線刀刃曲線參與切削，此時若直線刀刃曲線不具有一定內傾角會增大底齒刀刃曲線中的直線刀刃曲線與型腔面的切觸。目前圓弧頭刀體上主要采用等螺旋角刀刃曲線、等導程刀刃曲線，由于等螺旋角刀刃曲線和等導程刀刃曲線本身的特性，無法在底齒上構建滿足齒偏要求和內傾角要求的直線刀刃曲線球頭刀體上，有研究針對圓弧頭刀體給出了一種考慮直線刀刃曲線偏中心及內傾特性的平面刀刃曲線構建方法，但構建的平面刀刃曲線與圓弧刀體S形刀刃曲線相比并不具有較好的刃形。球頭刀體上主要采用平面刃線和正交S形刀刃曲線，但設計中均未考慮齒偏中心的問題，球頭刀體S形刀刃曲線是基于正交螺旋面與球面相交構建而成，該方法所構建的刀刃曲線直無法在球頂處偏離中心，且該方法無法適用于圓弧刀體。
技術實現思路
本專利技術針對上述不足之處提供了一種基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，解決現有技術中圓弧頭立銑刀和球頭立銑刀上的底齒刀刃曲線不具有齒偏中心量和內傾角，造成立銑刀底齒刀刃曲線參與切削時，立銑刀刀刃的強度較差，當立銑刀底齒不參與切削時，增加了底齒刀刃曲線中的直線刀刃曲線與型腔面的切觸的問題。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：一種基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，其特征在于，如下步驟：(1)構建非正交螺旋面；(2)在構建了非正交螺旋面的基礎上，構建與非正交螺旋面相交的圓弧曲面；(3)給定內傾角和齒偏中心距，再根據非正交螺旋面與圓弧曲面相交，構建圓弧刀體S形刀刃曲線；(4)在圓弧刀體S形刀刃曲線上構建立銑刀的直線刀刃曲線，得到通用于圓弧頭端齒立銑刀和球頭立銑刀的直線刀刃曲線和圓弧刀體S形刀刃曲線的設計模型，其中直線刀刃曲線為圓弧刀體S形刀刃曲線的最末點的切線。進一步，所述步驟(1)的具體步驟如下：(11)構建偏心圓柱、螺旋線，并將螺旋線作為引導線；(12)過螺旋線上的點作與偏心圓柱面相切且平行于坐標平面XOY的偏心直母線；(13)得到過所有偏心直母線的曲面，即為非正交螺旋面。進一步，所述步驟(2)中圓弧曲面的回轉中心軸線為偏心圓柱的中心軸線，構建圓弧曲面的公式如下：其中，R為圓弧曲面的圓心至偏心圓柱的圓心的圓心距，r為圓弧曲面的半徑，θ0為控制回轉刀體的開始位置的緯度角，θe為控制回轉刀體的終點位置的緯度角，為圓弧曲面上任一點處相對初始位置的回轉角度，θ為緯度角，x、y、z為由和θ確定的在空間中的坐標值，表示空間中的曲面或曲線方程；當R≠0時，構建成回環回轉刀體，當R＝0時，則構建成球面回轉刀體。進一步，所述步驟(11)中構建螺旋線的公式如下：其中，R為圓弧曲面的圓心至偏心圓柱的圓心的圓心距，r為圓弧曲面的半徑，為回轉角度，β∈為螺旋線的螺旋角，為螺旋線的回轉角度。進一步，所述步驟(3)中構建的圓弧刀體S形刀刃曲線的公式如下：構建的圓弧刀體S形刀刃曲線的單位切矢量為：式中，其中，為圓弧刀體S形刀刃曲線的回轉角度，θ為圓弧曲面任一緯度角，rh為偏心圓柱半徑，h為齒偏中心距，即直線刀刃曲線偏離刀體中心的距離。進一步，所述步驟(3)中的圓弧刀體S形刀刃曲線應滿足如下條件：(31)圓弧刀體S形刀刃曲線在起始點位置滿足給定條件：給定圓弧刀體S形刀刃曲線起始點處緯度角為κ，即θ0＝κ，且圓弧刀體S形刀刃曲線起始回轉角度為給定值令即：得到：將上式代入式：得到：(32)圓弧刀體S形刀刃曲線起始點處的螺旋角滿足給定值β：根據螺旋角的定義，圓弧刀體S形刀刃曲線的螺旋角為圓弧曲面母線與圓弧刀體S形刀刃曲線切線的夾角，圓弧刀體S形刀刃曲線起點處圓弧面母線的切線矢量為：圓弧刀體S形刀刃曲線起點處切矢量為：則圓弧刀體S形刀刃曲線起始點處螺旋角為：由上式可得到螺旋線的螺旋角的表達式為：(33)直線刀刃曲線位于圓弧刀體S形刀刃曲線末點切線上，具有齒偏中心距h及內傾角η：根據直線刀刃曲線的定義，直線刀刃曲線為過圓弧刀體S形刀刃曲線末點的直線段，且直線刀刃曲線的方向矢量為圓弧刀體S形刀刃曲線末點處的切矢量，根據解析幾何知識得到直線刀刃曲線方向矢量為：式中：而根據Fr的式子得到圓弧刀體S形刀刃曲線切矢量為：由Fh＝Fr1得到求解方程組：根據步驟(31)、步驟(32)和上述得到的公式求解θe和rh的非線性方程為：將求解得到的rh代入步驟(31)、步驟(32)得到的式中，即可得到螺旋線的螺旋角及圓弧刀體S形刀刃曲線的模型。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本專利技術的有益效果是：一、本專利技術首先給出了一種非正交螺旋面構建方法，并基于此建立了通用于圓弧頭端齒立銑刀和球頭立銑刀的圓弧刀體刀刃曲線設計模型，且在圓弧刀體S形刀刃曲線的設計中加入了齒偏中心距、內傾角等約束條件，使所設計的刀刃曲線，解決了傳統設計中無法設計具有齒偏中心距和內傾角刀刃的問題，即圓弧頭立銑刀和球頭立銑刀上的圓弧刀體刀刃曲線具有齒偏中心量和內傾角，立銑刀底齒刀刃曲線參與切削時，加強了立銑刀刀刃的強度，當立銑刀底齒不參與切削時，減少了底齒刀刃曲線中的直線刀刃曲線與型腔面的切觸；二、圓弧刀體刀刃曲線設計方法適用于常規無齒偏中心距、無內傾角等特殊結構的刀刃曲線設計，具有較好的適用性。附圖說明圖1為本專利技術中非正交螺旋面形成的示意圖；圖2為本專利技術中圓弧刀體刀刃曲線的特殊特性示意圖；圖3為本專利技術中基于非正交螺旋面的圓弧刀體刀刃曲線的示意圖；圖4為本專利技術中螺旋線回轉角度與圓弧刀體S形刀刃曲線回轉角度的示意圖；圖5為本專利技術實施例1中圓弧頭立銑刀的結構示意圖；圖6為本專利技術實施例2中球頭立銑刀的結構示意圖；圖中：1為偏心圓柱，2為螺旋線，3為偏心直母線，4為圓弧刀體S形刀刃曲線，5為直線刀刃曲線，6為圓弧曲面母線，7為圓弧曲面。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術給出了一種非正交螺旋面構建方法，基于非正交螺旋面構建一套立銑刀圓弧刀體刀刃曲線設計方法，解決了圓弧頭立銑刀上具有偏離中心和內傾特性的底齒刀刃曲線設計問題，以及球頭立銑刀上具有偏離中心特性的底齒刀刃曲線設計問題。具體實施如下：一種基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，步驟如下：(1)構建非正交螺旋面；(2)在構建了非正交螺旋面的基礎上，構建與非正交螺旋面相交的圓弧曲面；(3)給定內傾角和齒偏中心距，再根據非正交螺旋面與圓弧曲面相交，構建圓弧刀體S形刀刃曲線；(4)在圓弧刀體S形刀刃曲線上構建立銑刀的直線刀刃曲線，得到通用于圓弧頭端齒立銑刀和球頭立銑刀的直線刀刃曲線和圓弧刀體S形刀刃曲線的設計模型，其中直線刀刃曲線為圓弧刀體S形刀刃曲線的最末點的切線。非正交螺旋面形成原理：如圖1所示，1為偏心圓柱，偏心圓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，其特征在于，如下步驟：(1)構建非正交螺旋面；(2)在構建了非正交螺旋面的基礎上，構建與非正交螺旋面相交的圓弧曲面；(3)給定內傾角和齒偏中心距，再根據非正交螺旋面與圓弧曲面相交，構建圓弧刀體S形刀刃曲線；(4)在圓弧刀體S形刀刃曲線上構建立銑刀的直線刀刃曲線，得到通用于圓弧頭端齒立銑刀和球頭立銑刀的直線刀刃曲線和圓弧刀體S形刀刃曲線的設計模型，其中直線刀刃曲線為圓弧刀體S形刀刃曲線的最末點的切線。

【技術特征摘要】
1.一種基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，其特征在于，如下步驟：(1)構建非正交螺旋面；(2)在構建了非正交螺旋面的基礎上，構建與非正交螺旋面相交的圓弧曲面；(3)給定內傾角和齒偏中心距，再根據非正交螺旋面與圓弧曲面相交，構建圓弧刀體S形刀刃曲線；(4)在圓弧刀體S形刀刃曲線上構建立銑刀的直線刀刃曲線，得到通用于圓弧頭端齒立銑刀和球頭立銑刀的直線刀刃曲線和圓弧刀體S形刀刃曲線的設計模型，其中直線刀刃曲線為圓弧刀體S形刀刃曲線的最末點的切線。2.根據權利要求1所述的基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，其特征在于，所述步驟(1)的具體步驟如下：(11)構建偏心圓柱、螺旋線，并將螺旋線作為引導線；(12)過螺旋線上的點作與偏心圓柱面相切且平行于坐標平面XOY的偏心直母線；(13)得到過所有偏心直母線的曲面，即為非正交螺旋面。3.根據權利要求2所述的基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，其特征在于，所述步驟(2)中圓弧曲面的回轉中心軸線為偏心圓柱的中心軸線，構建圓弧曲面的公式如下：其中，R為圓弧曲面的圓心至偏心圓柱的圓心的圓心距，r為圓弧曲面的半徑，θ0為控制回轉刀體的開始位置的緯度角，θe為控制回轉刀體的終點位置的緯度角，為圓弧曲面上任一點處相對初始位置的回轉角度，θ為緯度角，x、y、z為由和θ確定的在空間中的坐標值，表示空間中的曲面或曲線方程；當R≠0時，構建成回環回轉刀體，當R＝0時，則構建成球面回轉刀體。4.根據權利要求3所述的基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，其特征在于，所述步驟(11)中構建螺旋線的公式如下：其中，R為圓弧曲面的圓心至偏心圓柱的圓心的圓心距，r為圓弧曲面的半徑，為回轉角度，β∈為螺旋線的螺旋角，為螺旋線的回轉角度。5.根據權利要求4所述的基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，其特征在于，所述步驟(3)中構建的圓弧刀體S形刀刃曲線的公式如下：構建的圓弧刀體S形刀刃曲線的單位切矢量為：式中，其中，為圓弧刀體S形刀刃曲線的回轉角度，θ為圓弧曲面任一緯度角，rh為偏心圓柱半徑，h為齒偏中心距，即直線刀刃曲線偏離刀體中心的距離。6.根據權利要求5所述的基于非正交螺旋面生成立銑刀圓弧刀體刀刃曲線的方法，其特征在于，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁國華，程雪鋒，
申請(專利權)人：成都天佑創軟科技有限公司，
類型：發明
國別省市：四川,51