加工復合材料用銑刀的參數化設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種加工復合材料用銑刀的參數化設計方法，屬于刀具設計技術領域。
【背景技術】
[0002]由于碳纖維復合材料以及玻璃纖維復合材料具有強重比高等諸多優點，因此越來越廣泛低被應用在航空航天制造業中。但是，碳纖維復合材料卻屬于難加工的航空材料，尤其是碳纖維復合材料的銑削加工，因此加工復合材料用銑刀的設計與制造已成為刀具制造業的主流。
[0003]而目前，復合材料用銑刀的設計與制造仍停留在手工設計的階段，其設計過程為:首先，依據給定的加工復合材料銑刀設計及要求手工查找銑刀的設計標準(國標、航標、企標)、拉刀設計相關知識庫等資料進行銑刀的結構設計；其次，進行繁瑣的、復雜而又容易出錯的手工的拉刀設計參數計算；再次，在AutoCAD軟件上進行手工的漸開線拉刀的圖紙繪制；最后，完成鐵刀的圖紙存儲或打印。
[0004]手工設計復合材料用銑刀至少需要16個小時，也就是2個工作日。由于每次設計銑刀都需要繁雜的工作，尤其是大量而復雜的參數計算，因此嚴重阻礙了銑刀的設計與制造效率，而且很容易因為人為因素造成設計誤差。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種加工復合材料用銑刀的參數化設計方法，提高效率，減少設計誤差。
[0006]本發明的技術方案:加工復合材料用銑刀的參數化設計方法，包括以下步驟:
O設計開始；
2)確定加工復合材料銑刀的設計要求及數據；
3)加工復合材料銑刀的結構設計:根據被加工零件的材料及其結構參數、銑刀的設計標準并依據復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊自動進行刀具結構的設計；
4)加工復合材料銑刀的參數計算:根據被加工零件的材料及其結構參數、銑刀的設計標準并依據復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊自動進行刀具材料及其結構參數的計算;
5)加工復合材料銑刀的齒形坐標計算:依據選擇的齒厚方式以及漸開線齒輪與花鍵齒形的基本數據，并應用VB程序設計軟件編制漸開線齒形參數計算軟件，然后進行漸開線齒形參數的計算，并計算出漸開線齒輪與花鍵齒形的坐標；
6)根據步驟3)得到的結構數據、步驟4)得到的參數數據以及步驟5)得到的齒形坐標數據，通過VB程序直接驅動AutoCAD軟件自動完成AutoCAD版本的刀具圖紙設計，包括銑刀的圖形繪制、尺寸與形位公差標注以及刀具表面粗糙度標注、技術要求、按照企業標準的圖紙框等； 7)將已經設計完的AutoCAD版本的刀具圖紙存儲到復合材料銑刀圖紙數據庫中，或者將其打印出來。
[0007]上述步驟3)中，根據被加工零件的材料及其結構參數、銑刀的設計標準并依據復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊自動進行如下刀具結構的設計:
1)刀具側刃的結構設計；
2)刀具端刃的結構設計；
3)刀具柄部的結構設計；
4)刀具刃部與柄部過渡部分的結構設計。
[0008]上述步驟4)中，根據被加工零件的材料及其結構參數、銑刀的設計標準并依據復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊自動進行如下刀具材料及其結構參數的計算:
1)刀具材料；
2)刀具刃部直徑；
3)刀具柄部直徑；
4)切削刃長度；
5)刀具總長度；
6)刀具側刃的切削單元前角；
7)刀具側刃的切削單元刃長；
8)刀具側刃的切削單元齒深；
9)右螺旋刃螺旋角；
10)左螺旋刃螺旋角；
11)右螺旋刃數量；
12)左螺旋刃數量；
13)端刃數量；
14)刀具端刃前角；
15)刀具端刃后角；
16)刀具端刃后刀面寬度；
17)刀具設計的技術要求。
[0009]所述復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊，是根據復合材料零件的材料性能、零件結構特征及其參數而建立的刀具材料及其結構參數與復合材料零件的材料性能、零件結構特征及其參數之間的關聯關系及算法數學模型，最終實現刀具設計模型需求數據的自動篩選與計算。
[0010]所述復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊中，相關聯的主要數據有:
1)復合材料的性能參數
1.0復合材料的機械性能:硬度、強度、韌性等；
1.2)化學性能:主要是與刀具材料的親和性；
1.3)切削加工性能:切肩塑性變形難易程度、與被加工材料的摩擦系數、導熱性等；
2)復合材料零件總體結構及其精度參數
2.1)復合材料零件的結構特征及其參數:梁、框、肋、壁板等及其具體的結構參數；
2.2)零件的剛性:確切的說是被加工部位的剛性，與零件的材料、結構特征及其具體的結構參數相關聯；
2.3)復合材料零件的固有振動頻率(裝夾在工作臺或工裝上測量的參數):對預防共振與顫振相關聯；
3)復合材料零件被加工部位的結構參數
3.1)復合材料零件被加工部位的結構參數:與零件(被加工部位)剛性、刀具的結構及其結構參數、切削加工參數以及零件的精度相關聯；
3.2)復合材料零件被加工部位的固有振動頻率(裝夾在工作臺或工裝上測量的參數):與刀具的結構及其結構參數、切削加工參數以及零件的精度相關聯；
3.3)復合材料零件被加工部位的結構剛性:與刀具的結構及其結構參數、切削加工參數以及零件的精度相關聯；
4)刀具材料性能參數
4.1)刀具材料的機械性能:硬度、強度、韌性等對刀具切削性能及使用壽命的影響；
4.2)刀具材料的切削性能:鋒利度、切肩塑性變形難易程度、與被加工復合材料的摩擦系數、導熱性等；
5)刀具結構及其精度參數
5.1)刀具的結構參數:材料結構特征、總長、懸長、刃長、齒數、容肩槽結構等；
5.2)切削角度:前角、后角、螺旋角等；
5.3)切削刃形狀及刃口半徑r等；
5.4)刀具的固有振動頻率(裝夾在機床上測量的參數)等；
5.5)刀具的精度及動平衡參數等；
6)工藝裝備性能參數
6.1)定位精度；
6.2)定位的穩定性；
6.3)工藝裝備的剛性;
7)工具系統性能參數
7.1)定位精度；
7.2)定位的穩定性；
7.3)工藝裝備的剛性；
7.4)動平衡性能；
8)機床精度參數
8.1)定位與重復定位精度；
8.2)負載精度;
8.3)主軸精度(如跳動度等)；
9)機床強度與剛性參數
9.1)機床的功率等；
9.2)工藝裝備的固有振動頻率:機床主軸的固有振動頻率、工裝的固有振動頻率等；
10)工序特征
10.1)粗加工；
10.2)半精加工； 10.3)精加工。
[0011]本發明的有益效果:本發明具有自動設計與自動計算的功能，即只要輸入被加工復合材料零件的材料參數、結構特征參數、加工特征，則本發明將能夠應用VB程序驅動AutoCAD軟件自動完成AutoCAD版本的刀具圖紙設計，包括銑刀的圖形繪制、尺寸與形位公差標注以及刀具表面粗糙度標注、技術要求、按照企業標準的圖紙框等，極大的提高了加工復合材料用銑刀的設計要求，降低了錯誤的發生，同時也為復合材料刀具的數字化制造技術做出了突破性的貢獻。
【附圖說明】
[0012]圖1為加工復合材料用銑刀的參數化設計方法的流程圖。
[0013]圖2為實施例中銑刀的主視圖。
[0014]圖3為圖2中A-A剖面的放大圖。
[0015]圖4為圖2中B-B剖面的放大圖。
[0016]圖5為圖2中C-C剖面的放大圖。
[0017]圖6為實施例中銑刀的左視圖。
[0018]圖7為圖6中D-D剖面的放大圖。
[0019]圖8為實施例中刀具圖紙的技術要求。
[0020]圖9為實施例中刀具的完整設計圖紙。
【具體實施方式】
[0021]以厚度為10mm、材料為碳纖維復合材料的結構件為例，其加工特征為切邊加工，在采用本發明設計方法后，得到的銑刀的設計結果如下:刀具刃部直徑為20mm、刀具柄部直徑為20mm、切削長度為28mm、刀具總長度為82mm、右螺旋刃螺旋角為30°、左螺旋刃螺旋角為30°、右螺旋刃數量為24、左螺旋刃數量為26、端刃數量為2 ;得到的切削加工參數為:刀具轉速 n=12000-18000rpm、進給速度 f=1000-1200mm/min、ap=10mm、ae2_10mm。鐵刀的設計圖紙如圖2至圖9所示。
[0022]此次工作只花費了不到8分鐘的時間，比傳統的手工設計效率相比至少提高了1200 倍。
【主權項】
1.加工復合材料用銑刀的參數化設計方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)設計開始； 2)確定加工復合材料銑刀的設計要求及數據； 3)加工復合材料銑刀的結構設計:根據被加工零件的材料及其結構參數、銑刀的設計標準并依據復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊自動進行刀具結構的設計； 4)加工復合材料銑刀的參數計算:根據被加工零件的材料及其結構參數、銑刀的設計標準并依據復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊自動進行刀具材料及其結構參數的計算; 5)加工復合材料銑刀的齒形坐標計算:依據選擇的齒厚方式以及漸開線齒輪與花鍵齒形的基本數據，并應用VB程序設計軟件編制漸開線齒形參數計算軟件，然后進行漸開線齒形參數的計算，并計算出漸開線齒輪與花鍵齒形的坐標； 6)根據步驟3)得到的結構數據、步驟4)得到的參數數據以及步驟5)得到的齒形坐標數據，通過VB程序直接驅動AutoCAD軟件自動完成AutoCAD版本的刀具圖紙設計。2.如權利要求1所述的加工復合材料用銑刀的參數化設計方法，其特征在于:所述復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊，是根據復合材料零件的材料性能、零件結構特征及其參數而建立的刀具材料及其結構參數與復合材料零件的材料性能、零件結構特征及其參數之間的關聯關系及算法數學模型，最終實現刀具設計模型需求數據的自動篩選與計算。
【專利摘要】本發明提供一種加工復合材料用銑刀的參數化設計方法，包括以下步驟：設計開始；確定加工復合材料銑刀的設計要求及數據；根據被加工零件的材料及其結構參數、銑刀的設計標準并依據復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊自動進行刀具結構的設計；根據被加工零件的材料及其結構參數、銑刀的設計標準并依據復合材料刀具設計與制造的知識庫模塊自動進行刀具材料及其結構參數的計算；應用VB程序設計軟件編制漸開線齒形參數計算軟件，然后進行漸開線齒形參數的計算，并計算出漸開線齒輪與花鍵齒形的坐標；根據得到的結構數據、參數數據以及齒形坐標數據，通過VB程序直接驅動AutoCAD軟件自動完成AutoCAD版本的刀具圖紙設計。本發明具有提高效率、減少設計誤差等特點。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN104899386
【申請號】CN201510333967
【發明人】唐臣升, 翟南, 蒲永偉, 李研, 潘國華, 宋揚
【申請人】沈陽飛機工業（集團）有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月17日