專利名稱：一種螺旋槽絲錐及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬切削刀具及其加工技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種螺旋槽絲錐及其加工方法。

背景技術(shù)：
加工鋁合金等輕合金材料時(shí)，絲錐螺旋槽形容屑空間宜選取較大，其刃瓣寬度宜選取較小，而目前絲錐槽形的尺寸參數(shù)不能隨著加工材料及加工規(guī)格的不同而改變，因而在加工低碳鋼、鑄鐵和加工中碳鋼以及輕合金時(shí)均采用同一種槽形，尤其對(duì)軟、粘的材料加工，目前的標(biāo)準(zhǔn)槽形容易造成粘刀和堵屑現(xiàn)象，并且加工表面光潔度低；另外，在加工材質(zhì)較軟時(shí)，如果刀具容屑空間不大，就會(huì)使切屑排屑不暢，影響加工質(zhì)量和加工效率。絲錐的槽形結(jié)構(gòu)不合理，切屑就不能及時(shí)卷曲或折斷，絲錐加工過程中就容易將已加工面刮傷，對(duì)于輕合金材料，前角較小時(shí)也易形成切屑瘤，也會(huì)刮傷已加工面，絲錐切削刃后角小時(shí)，切削不鋒利，容易使加工表面質(zhì)量降低。如果通過改變絲錐的切削角度和螺旋槽結(jié)構(gòu)，以控制絲錐的切削角度和排屑方式，將會(huì)提高螺旋槽絲錐的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。另一方面，如果絲錐具備了合理的切削角度和容屑槽結(jié)構(gòu)參數(shù)，就需要嚴(yán)格的按照此絲錐槽形進(jìn)行制造，如果是直槽絲錐，槽銑刀刃形或砂輪刃形將和絲錐槽形曲線一致，槽刀刃形不需要另行設(shè)計(jì)；如果是螺旋槽絲錐，絲錐的螺旋面是銑刀刃形的回轉(zhuǎn)面相對(duì)于絲錐作螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)所形成的包絡(luò)面，這個(gè)回轉(zhuǎn)面與絲錐螺旋槽的接觸線不在螺旋槽銑刀的軸剖面內(nèi)，接觸線是一條空間曲線；螺旋槽銑刀回轉(zhuǎn)面的軸向截形即不同于工件螺旋槽的法向截形，也不同于工件任何剖面內(nèi)的截形，即槽銑刀刃形和砂輪刃形與絲錐槽形是不一致的，造成螺旋槽銑刀刃形的設(shè)計(jì)非常困難。這是由于螺旋槽加工的干涉現(xiàn)象造成的，要想精確的加工出正確的絲錐槽形就必須進(jìn)行銑刀和砂輪刃形的擬合，從而達(dá)到精確加工螺旋槽形的目的。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、可一次加工成形且使用效果好的螺旋槽絲錐。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種螺旋槽絲錐，包括由工作部分和柄部組成的圓柱形絲錐錐體，所述工作部分分為前部切削部分和后部校準(zhǔn)部分，所述前部切削部分上開有多個(gè)均勻分布的螺旋槽，其特征在于所述螺旋槽的槽形為由四段相切圓弧首尾依次連接組成的“S”字形光滑曲線槽，所述四段相切圓弧分別為切削圓弧、與切削圓弧相接且與切削圓弧相切的卷屑圓弧、與卷屑圓弧相接且與卷屑圓弧相切的容屑圓弧和與容屑圓弧相接且與容屑圓弧相切的刃背圓弧，所述切削圓弧、卷屑圓弧和容屑圓弧連接組成的一凹弧，所述刃背圓弧為一凸弧；所述卷屑圓弧相切的容屑圓弧均與絲錐錐體的芯部外圓相切，且二者與所述芯部外圓的切點(diǎn)為二者的連接點(diǎn)。
所述切削圓弧的起始角即切削圓弧在其起始點(diǎn)M處的切線方向與平面直角坐標(biāo)系中X軸正方向的夾角為90°，切削圓弧的起始點(diǎn)M偏離平面直角坐標(biāo)系中X軸的垂直距離即偏移量e所對(duì)應(yīng)絲錐錐體外圓的圓心角為絲錐前角γ；所述刃背圓弧I的偏移角即刃背圓弧在其終止點(diǎn)N處的切線方向與絲錐錐體外圓在點(diǎn)N處切線方向間的夾角為絲錐刃背后角θ。
所述切削圓弧的半徑

卷屑圓弧的半徑

容屑圓弧的半徑

絲錐前角

其中D為絲錐錐體的外徑，d為絲錐錐體的芯徑，B為絲錐刃背寬度，Z為絲錐螺旋槽數(shù)。
同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種加工工藝簡單、操作方便、加工精度高且能適合不同加工材料的螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟一、加工前準(zhǔn)備工作，主要包括以下幾步 101、鋸料并制作毛坯，根據(jù)需加工絲錐錐體的外徑D及長度制作毛坯； 102、調(diào)制處理對(duì)所制作的毛坯進(jìn)行調(diào)制處理并將所述毛坯的硬度處理為HRC40～45； 103、對(duì)經(jīng)調(diào)制處理后的毛坯進(jìn)行初步機(jī)加工采用車床對(duì)所述毛坯的兩端面和外圓進(jìn)行加工，且在毛坯的兩端面由外至內(nèi)各打一中心孔，便獲得初步加工件； 步驟二、采用由計(jì)算機(jī)擬合刃形的刀具在所述初步加工件上加工螺旋槽，其加工過程如下 201、采用計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形先根據(jù)需加工螺旋槽的槽形，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算分析所用刀具回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋面相接觸的多個(gè)離散的接觸點(diǎn)坐標(biāo)；再根據(jù)計(jì)算得出的多個(gè)接觸點(diǎn)坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)相應(yīng)擬合出所用刀具的刃形； 202、所述計(jì)算機(jī)根據(jù)擬合出的刀具刃形，控制刀具在所述初步加工件上加工螺旋槽； 步驟二中所述螺旋槽加工前后，根據(jù)需加工絲錐錐體所用材料的材質(zhì)和具體需要且按照現(xiàn)有熱處理工藝對(duì)螺旋槽加工前或加工后的初步加工件進(jìn)行熱處理，使得加工完成絲錐錐體的刃部硬度不低于HRC63，柄部硬度不高于HRC50；經(jīng)熱處理和螺旋槽加工處理后，便獲得絲錐錐體的初步產(chǎn)品； 步驟三、采用機(jī)械加工工藝對(duì)步驟二中所獲得絲錐錐體的初步產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)處理，獲得絲錐錐體的成品。
上述步驟201中所述的采用計(jì)算機(jī)擬合所用刀具的刃形時(shí)，其擬合過程包括以下步驟 (a)求解需加工螺旋槽的端面截形方程f1(x) 首先，以需加工絲錐錐體的外圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系，并根據(jù)絲錐錐體的外徑D、芯徑d、絲錐刃背寬度B和絲錐螺旋槽數(shù)Z，相應(yīng)計(jì)算出所述切削圓弧的半徑ρ和其圓心坐標(biāo)(j，k)、卷屑圓弧的半徑r和其圓心坐標(biāo)(c，p)、容屑圓弧的半徑R和其圓心坐標(biāo)(a，b)以及刃背圓弧的半徑I和其圓心坐標(biāo)(m，n)；且相應(yīng)計(jì)算出切削圓弧與卷屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(h，i)、卷屑圓弧與容屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(f，g)、容屑圓弧與齒背圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(u，v)和齒背圓弧I與絲錐錐體1外圓的切點(diǎn)坐標(biāo)(s，t)；之后，根據(jù)所計(jì)算出的上述數(shù)值，求解出需加工螺旋槽的端面截形方程為 (b)為確保需加工螺旋槽的中點(diǎn)與所用刀具刃形的中點(diǎn)相對(duì)，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式

對(duì)式(1)進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得需加工螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)；式(2)中，(x1，y1)表示坐標(biāo)變換前的坐標(biāo)點(diǎn)，(x，y)表示坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度φ后的坐標(biāo)點(diǎn)；角度φ為加工螺旋槽時(shí)為將需加工螺旋槽的中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所用刀具的中點(diǎn)應(yīng)將需加工螺旋槽繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的角度，且角度

并且需加工螺旋槽順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)角度φ為負(fù)值，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)角度φ為正值； (c)根據(jù)需加工螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)和需加工螺旋槽的導(dǎo)程T，計(jì)算需加工螺旋槽的螺旋面方程

式(3)中，φ為角度參數(shù)且其表示需加工絲錐錐體的絲錐圓柱母線從起始位置繞絲錐錐體中心軸線轉(zhuǎn)過的角度，且需加工螺旋槽右旋轉(zhuǎn)時(shí)φ值為正，需加工螺旋槽左旋轉(zhuǎn)時(shí)φ值為負(fù)；L為螺旋參數(shù)且

其表示需加工螺旋槽的端面曲線繞絲錐錐體的中心軸線轉(zhuǎn)過單位角度時(shí)沿絲錐錐體的中心軸線移動(dòng)的距離； (d)對(duì)公式(3)進(jìn)行矢量運(yùn)算，得到公式
(e)假設(shè)所用刀具中心軸線與需加工絲錐錐體中心軸線間的最短距離為A，需加工絲錐錐體外圓柱的螺旋角為β，則所用刀具中心軸線與需加工絲錐錐體中心軸線間的夾角為90°-β；同時(shí)，根據(jù)兩曲面相切接觸的條件，加工螺旋槽時(shí)，在刀具回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋面的接觸點(diǎn)處，二者的公法線矢量與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度矢量垂直，根據(jù)此特性且結(jié)合公式(3)和(4)，便得到所用刀具與需加工螺旋槽螺旋面的接觸條件式，即接觸方程為znx±Anycos(90°-β)+[A-x+Lcos(90°-β)]nz＝0(5)； (f)在需加工螺旋槽的截形上任取多個(gè)點(diǎn)，且將所取多個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分別代入公式(5)，即可求出與所述多個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)xi對(duì)應(yīng)的多個(gè)值φi；將計(jì)算得出的一組多個(gè)(xi，φi)分別代入公式(3)，便相應(yīng)得到需加工螺旋槽螺旋面上與刀具相接觸的多個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)，所述多個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)連接組成所用刀具與需加工螺旋槽螺旋面間的接觸跡線； (g)采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式

將步驟(f)中求出所述多個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)的坐標(biāo)變換到所用刀具的坐標(biāo)系中，可得到所用刀具上與需加工螺旋槽螺旋面相接觸的多個(gè)接觸點(diǎn)(Xi，Yi，Zi)；將Zi作為刀具的軸向坐標(biāo)點(diǎn)，且將

作為刀具的徑向坐標(biāo)點(diǎn)，則相應(yīng)得到刀具刃形上的多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)； (h)根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合所用刀具的外徑，通過計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形。
上述步驟二中所述的刀具為銑刀或砂輪。
上述步驟(h)中所述的根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合所用刀具的外徑，通過計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形時(shí)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行擬合，且進(jìn)行擬合時(shí)，將所述多個(gè)離散點(diǎn)的坐標(biāo)Zi作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)且將Ri作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)，以此建立一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；采用所建立起的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行多次訓(xùn)練后便可模擬出刀具的刃形。
上述步驟(h)中所述的根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合所用刀具的外徑，通過計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形時(shí)，采用數(shù)據(jù)建模方法進(jìn)行擬合，且進(jìn)行擬合時(shí)，首先將所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)均繪制在一張坐標(biāo)紙上，之后根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)的坐標(biāo)變化規(guī)律找出相近且擬合誤差小于目標(biāo)誤差的函數(shù)進(jìn)行分段擬合，之后將分段擬合函數(shù)進(jìn)行聯(lián)立便可求得刀具的刃形。
所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為1×11×1的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
上述步驟三中所述的后續(xù)處理包括拋光、鏟磨螺紋、鏟磨切削錐和去毛刺。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、槽形結(jié)構(gòu)簡單，螺旋槽和刀背可一次加工成形，方便不同被加工材料的槽形設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)。
2、絲錐前角和后角可依據(jù)被加工材料的不同任意選取而不會(huì)破壞槽形的切削圓弧、卷屑圓弧、容屑圓弧和齒背圓弧的兩兩相切結(jié)構(gòu)。具體而言切削圓弧的偏移量e構(gòu)成了絲錐前角，e的取值由被加工材料的不同可選取正偏移、負(fù)偏移或零；絲錐齒數(shù)Z可根據(jù)擴(kuò)孔外徑D和被加工材料選取，切削圓弧與卷屑圓弧光滑相切，便于切屑卷屑和排屑；卷屑圓弧與容屑圓弧光滑相切，減少加工應(yīng)力；卷屑圓弧和容屑圓弧與絲錐芯徑即芯部外圓相切，刃背圓弧和容屑圓弧相切，減少了刃背寬度增大了容屑空間，齒背圓弧的偏移構(gòu)成了絲錐后角。綜上，切削圓弧的偏移量e控制絲錐切削前角的大小卷屑圓弧控制切屑的卷屑；容屑圓弧控制容屑空間的大?。蝗斜硤A弧控制絲錐刃背后角的大??； 3、適用范圍廣泛；適用于任何大于等于3的絲錐螺旋槽形。
4、齒背由圓弧構(gòu)成，容屑空間大，容易排屑，尤其適合加工鋁合金、鈦合金等材料的加工。
綜上所述，本發(fā)明加工制作的螺旋槽絲錐結(jié)構(gòu)簡單、可一次加工成形且使用效果好，相應(yīng)所采用的加工方法工藝步驟簡單、實(shí)現(xiàn)方便、加工精度高且適合不同加工材料，特別是鋁合金等輕合金的絲錐槽形，具體而言其不僅適合中碳鋼材料的小前角或零前角設(shè)計(jì)，而且更適合鋁合金等軟材料的大前角設(shè)計(jì)，絲錐芯徑的大小不但可以依據(jù)不同的加工材料而改變，而且可以滿足刃背強(qiáng)度的情況下，容屑槽空間盡可能取得最大。此槽形滿足了前角和容屑空間的選擇既要考慮減小切削變形以提高加工質(zhì)量的要求，而且還考慮了增強(qiáng)刀刃強(qiáng)度、改善散熱條件以提高刀具耐用度及容屑、排屑的需要。
下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。



圖1為本發(fā)明螺旋槽絲錐第一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的A-A剖視圖。
圖3為經(jīng)坐標(biāo)變換后的螺旋槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明對(duì)螺旋槽絲錐進(jìn)行加工的方法流程圖。
圖5為本發(fā)明第一種具體實(shí)施方式
中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法擬合的絲錐槽銑刀刃形示意圖。
圖6為本發(fā)明第二種具體實(shí)施方式
中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法擬合的絲錐槽砂輪刃形示意圖。
圖7為本發(fā)明第三種具體實(shí)施方式
中所繪制出的絲錐槽銑刀刃形離散點(diǎn)分布示意圖。
圖8為本發(fā)明第三種具體實(shí)施方式
中采用數(shù)據(jù)建模方法擬合的絲錐槽銑刀刃形示意圖。
圖9為本發(fā)明第三種具體實(shí)施方式
中所繪制出的絲錐槽砂輪刃形離散點(diǎn)分布示意圖。
圖10為本發(fā)明第三種具體實(shí)施方式
中采用數(shù)據(jù)建模方法擬合的絲錐槽砂輪刃形示意圖。
圖11為本發(fā)明螺旋槽絲錐第五種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12為本發(fā)明螺旋槽絲錐第六種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明 1-絲錐錐體。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明所述的螺旋槽絲錐，包括由工作部分和柄部組成的圓柱形絲錐錐體1，所述工作部分分為前部前部切削部分和后部校準(zhǔn)部分，所述前部切削部分上開有多個(gè)均勻分布的螺旋槽。所述螺旋槽的槽形為由四段相切圓弧首尾依次連接組成的“S”字形光滑曲線槽，所述四段相切圓弧分別為切削圓弧、與切削圓弧相接且與切削圓弧相切的卷屑圓弧、與卷屑圓弧相接且與卷屑圓弧相切的容屑圓弧和與容屑圓弧相接且與容屑圓弧相切的刃背圓弧，所述切削圓弧、卷屑圓弧和容屑圓弧連接組成的一凹弧，所述刃背圓弧為一凸弧。所述卷屑圓弧相切的容屑圓弧均與絲錐錐體1的芯部外圓相切，且二者與所述芯部外圓的切點(diǎn)為二者的連接點(diǎn)。
所述切削圓弧的起始角即切削圓弧在其起始點(diǎn)M處的切線方向與平面直角坐標(biāo)系中X軸正方向的夾角為90°，切削圓弧的起始點(diǎn)M偏離平面直角坐標(biāo)系中X軸的垂直距離即偏移量e所對(duì)應(yīng)絲錐錐體1外圓的圓心角為絲錐前角γ；所述刃背圓弧I的偏移角即刃背圓弧在其終止點(diǎn)N處的切線方向與絲錐錐體1外圓在點(diǎn)N處切線方向間的夾角為絲錐刃背后角θ。
所述切削圓弧的半徑

卷屑圓弧的半徑

容屑圓弧的半徑

絲錐前角

其中D為絲錐錐體1的外徑即絲錐公稱直徑，d為絲錐錐體1的芯徑，B為絲錐刃背寬度，Z為絲錐螺旋槽數(shù)。另外，在以絲錐錐體1外圓的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)系中，所述切削圓弧的圓心坐標(biāo)(j，k)，容屑圓弧的圓心坐標(biāo)(a，b)，卷屑圓弧的圓心坐標(biāo)(c，p)，齒背圓弧的圓心坐標(biāo)(m，n)。另外，β為絲錐槽形螺旋角，L為絲錐總長，l1為絲錐切削錐長即前部切削部分長度，l為絲錐工作部分長度，柄部直徑為d1，方長為l2。
實(shí)際加工制作時(shí)，根據(jù)絲錐錐體1的外徑D和被加工材料選取絲錐螺旋槽數(shù)Z、絲錐錐體1的芯徑即絲錐芯徑d和切削圓弧的偏移量e來設(shè)計(jì)被加工絲錐錐體1的絲錐螺旋槽形。
具體而言，所述切削圓弧的半徑

且切削圓弧的圓心坐標(biāo)(j，k)為 由于所述卷屑圓弧分別與切削圓弧ρ和絲錐錐體1的芯部外圓相切，因而卷屑圓弧r的半徑

且卷屑圓弧的圓心坐標(biāo)(c，p)為 所述容屑圓弧的半徑

且容屑圓弧的圓心坐標(biāo)(a，b)為 由于所述卷屑圓弧半徑的偏移量e對(duì)應(yīng)絲錐前角γ，且絲錐前角γ由下式確定
依據(jù)絲錐刃背強(qiáng)度和容屑空間要求選取絲錐刃背寬度B，所加工絲錐螺旋槽形的槽心角ε為
令則 若要求絲錐刃背后角即絲錐后角為θ時(shí)，齒背圓弧的半徑

令

且

則齒背圓弧的圓心坐標(biāo)(m，n)為
所述切削圓弧與絲錐錐體1外圓的交點(diǎn)坐標(biāo)為(e，Dcosγ/2)，所述卷屑圓弧與切削圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(h，i)，由下列方程求出

卷屑圓弧與容屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(f，g)，由下列方程求出

所述齒背圓弧與容屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(u，v)，由下列方程求出

所述齒背圓弧與絲錐錐體1外圓的切點(diǎn)坐標(biāo)(s，t)，由下列方程求出
綜上，列出絲錐螺旋槽端面截形的方程為 從而絲錐橫截面容屑面積S為 ； 當(dāng)絲錐螺旋角為β時(shí)，絲錐在一個(gè)導(dǎo)程T內(nèi)的容屑空間
結(jié)合圖4，本發(fā)明所述的一種加工螺旋槽絲錐的方法，包括以下步驟 步驟一、加工前準(zhǔn)備工作，主要包括以下幾步 101、鋸料并制作毛坯，根據(jù)需加工絲錐錐體1的外徑D及長度制作毛坯。
102、調(diào)制處理對(duì)所制作的毛坯進(jìn)行調(diào)制處理并將所述毛坯的硬度處理為HRC40～45。
103、對(duì)經(jīng)調(diào)制處理后的毛坯進(jìn)行初步機(jī)加工采用車床對(duì)所述毛坯的兩端面和外圓進(jìn)行加工，且在毛坯的兩端面由外至內(nèi)各打一中心孔，便獲得初步加工件。
步驟二、采用由計(jì)算機(jī)擬合刃形的刀具在所述初步加工件上加工螺旋槽，其加工過程如下 201、采用計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形先根據(jù)需加工螺旋槽的槽形，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算分析所用刀具回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋面相接觸的多個(gè)離散的接觸點(diǎn)坐標(biāo)；再根據(jù)計(jì)算得出的多個(gè)接觸點(diǎn)坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)相應(yīng)擬合出所用刀具的刃形。
本步驟中，采用計(jì)算機(jī)擬合所用刀具的刃形時(shí)，其擬合過程包括以下步驟 (a)求解需加工螺旋槽的端面截形方程f1(x) 首先，以需加工絲錐錐體1的外圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系，并根據(jù)絲錐錐體1的外徑D、芯徑d、絲錐刃背寬度B和絲錐螺旋槽數(shù)Z，相應(yīng)計(jì)算出所述切削圓弧的半徑ρ和其圓心坐標(biāo)(j，k)、卷屑圓弧的半徑r和其圓心坐標(biāo)(c，p)、容屑圓弧的半徑R和其圓心坐標(biāo)(a，b)以及刃背圓弧的半徑I和其圓心坐標(biāo)(m，n)；且相應(yīng)計(jì)算出切削圓弧與卷屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(h，i)、卷屑圓弧與容屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(f，g)、容屑圓弧與齒背圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(u，v)和齒背圓弧I與絲錐錐體1外圓的切點(diǎn)坐標(biāo)(s，t)；之后，根據(jù)所計(jì)算出的上述數(shù)值，求解出需加工螺旋槽的端面截形方程為
(b)為確保需加工螺旋槽的中點(diǎn)與所用刀具刃形的中點(diǎn)相對(duì)，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式

對(duì)式(1)進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得需加工螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)；式(2)中，(x1，y1)表示坐標(biāo)變換前的坐標(biāo)點(diǎn)，(x，y)表示坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度φ后的坐標(biāo)點(diǎn)；角度φ為加工螺旋槽時(shí)為將需加工螺旋槽的中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所用刀具的中點(diǎn)應(yīng)將需加工螺旋槽繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的角度，且角度

并且需加工螺旋槽順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)角度φ為負(fù)值，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)角度φ為正值。
(c)根據(jù)需加工螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)和需加工螺旋槽的導(dǎo)程T，計(jì)算需加工螺旋槽的螺旋面方程

式(3)中，

為角度參數(shù)且其表示需加工絲錐錐體1的絲錐圓柱母線從起始位置繞絲錐錐體1中心軸線轉(zhuǎn)過的角度，且需加工螺旋槽右旋轉(zhuǎn)時(shí)

值為正，需加工螺旋槽左旋轉(zhuǎn)時(shí)

值為負(fù)；L為螺旋參數(shù)且

其表示需加工螺旋槽的端面曲線繞絲錐錐體1的中心軸線轉(zhuǎn)過單位角度時(shí)沿絲錐錐體1的中心軸線移動(dòng)的距離。
當(dāng)加工絲錐螺旋槽時(shí)，絲錐端面廓形一方面繞工件軸心作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又沿工件軸心作等速移動(dòng)，絲錐端面廓形在空間形成的軌跡曲面就是等升距圓柱螺旋面，簡稱螺旋面。如絲錐端面廓形繞工件軸心轉(zhuǎn)過一個(gè)

角，同時(shí)以導(dǎo)程T沿工件軸心上升

時(shí)，所形成的螺旋面方程即為公式(3)。
針對(duì)公式(3)，如設(shè)

為常數(shù)而改變參變量x時(shí)，所得到的x參數(shù)曲線為在不同位置上的端面曲線，如保持式中的x為常數(shù)而改變參變量

時(shí)，得到的

參數(shù)曲線就是螺旋面上的一條條螺旋線。
(d)對(duì)公式(3)進(jìn)行矢量運(yùn)算，得到公式
(e)假設(shè)所用刀具中心軸線與需加工絲錐錐體1中心軸線間的最短距離為A(即所用刀具中心軸線與絲錐錐體1相接觸的端點(diǎn)與絲錐錐體1中心軸線間的垂直距離)，需加工絲錐錐體1外圓柱的螺旋角為β，則所用刀具中心軸線與需加工絲錐錐體1中心軸線間的夾角為90°-β；同時(shí)，根據(jù)兩曲面相切接觸的條件，加工螺旋槽時(shí)，在刀具回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋面的接觸點(diǎn)處，二者的公法線矢量與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度矢量垂直，根據(jù)此特性且結(jié)合公式(3)和(4)，便得到所用刀具與需加工螺旋槽螺旋面的接觸條件式，即接觸方程為znx±Anycos(90°-β)+[A-x+Lcos(90°-β)]nz＝0(5)。
(f)在需加工螺旋槽的截形上任取多個(gè)點(diǎn)，且將所取多個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分別代入公式(5)，即可求出與所述多個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)xi對(duì)應(yīng)的多個(gè)值

將計(jì)算得出的一組多個(gè)(xi，

)分別代入公式(3)，便相應(yīng)得到需加工螺旋槽螺旋面上與刀具相接觸的多個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)，所述多個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)連接組成所用刀具與需加工螺旋槽螺旋面間的接觸跡線。其中

表示在需加工螺旋槽的截形所取一點(diǎn)轉(zhuǎn)過一角度

后就成為與刀具相接觸的接觸點(diǎn)了。
(g)采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式

將步驟(f)中求出所述多個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)的坐標(biāo)變換到所用刀具的坐標(biāo)系中，可得到所用刀具上與需加工螺旋槽螺旋面相接觸的多個(gè)接觸點(diǎn)(Xi，Yi，Zi)；將Zi作為刀具的軸向坐標(biāo)點(diǎn)，且將

作為刀具的徑向坐標(biāo)點(diǎn)，則相應(yīng)得到刀具刃形上的多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)。
(h)根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合所用刀具的外徑，通過計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形。
202、所述計(jì)算機(jī)根據(jù)擬合出的刀具刃形，控制刀具在所述初步加工件上加工螺旋槽。
步驟二中所述螺旋槽加工前后，根據(jù)需加工絲錐錐體1所用材料的材質(zhì)和具體需要且按照現(xiàn)有熱處理工藝對(duì)螺旋槽加工前或加工后的初步加工件進(jìn)行熱處理，使得加工完成絲錐錐體1的刃部硬度不低于HRC63，柄部硬度不高于HRC50；經(jīng)熱處理和螺旋槽加工處理后，便獲得絲錐錐體1的初步產(chǎn)品。
步驟三、采用機(jī)械加工工藝對(duì)步驟二中所獲得絲錐錐體1的初步產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)處理，獲得絲錐錐體1的成品。實(shí)際加工過程中，本步驟中所述的后續(xù)處理包括拋光、鏟磨螺紋、鏟磨切削錐和去毛刺。
實(shí)施例1 如圖1、圖2及圖3所示，本實(shí)施例中，所述絲錐錐體1為M10絲錐，要求絲錐錐體1的外徑D＝10mm，芯徑d＝4mm，絲錐刃背寬度B＝1.5mm，絲錐螺旋槽數(shù)Z＝3，所述切削圓弧的偏移量e＝1.5mm，絲錐后角θ＝25°。所述切削圓弧的半徑

且切削圓弧的圓心坐標(biāo)(j，k)為 所述卷屑圓弧的半徑

且卷屑圓弧半徑的圓心坐標(biāo)(c，p)為 所述容屑圓弧的半徑

且所述容屑圓弧的圓心坐標(biāo)(a，b)為 絲錐前角

槽心角ε為
并且
由于絲錐刃背寬度B＝1.5mm，絲錐螺旋槽數(shù)Z＝3，絲錐后角θ＝25°，因而所述齒背圓弧的半徑



且齒背圓弧的圓心坐標(biāo)(m，n)為
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，則切削圓弧與卷屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(h，i)由方程

求出，且求得
卷屑圓弧與容屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(f，g)由方程

求出，且求得
容屑圓弧與齒背圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(u，v)由方程

求出，且求得
齒背圓弧與絲錐錐體1外圓的切點(diǎn)坐標(biāo)(s，t)由方程 由

求出，且求得
切削圓弧與絲錐錐體1外圓的交點(diǎn)坐標(biāo)為[e，(D/2)cosγ]，且求得(1.5，4.7697)。
同時(shí)，可推算得出絲錐橫截面容屑面積S以及絲錐在一個(gè)導(dǎo)程內(nèi)的容屑空間V。
綜上，根據(jù)計(jì)算得出的四段相切圓弧的圓心坐標(biāo)、切點(diǎn)坐標(biāo)及圓弧半徑，即可準(zhǔn)確確定出絲錐錐體1的螺旋槽形，因而能準(zhǔn)確繪制出M10絲錐的槽形結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例中，實(shí)際加工制作所述M10絲錐時(shí)，所采用的刀具為銑刀，且其加工過程包括以下步驟 步驟一、加工前準(zhǔn)備工作，主要包括以下幾步 101、鋸料并制作毛坯，根據(jù)需加工M10絲錐的外徑D及長度制作毛坯。
102、調(diào)制處理對(duì)所制作的毛坯進(jìn)行調(diào)制處理并將所述毛坯的硬度處理為HRC(洛氏硬度)40～45。
103、對(duì)經(jīng)調(diào)制處理后的毛坯進(jìn)行初步機(jī)加工采用車床對(duì)所述毛坯的兩端面和外圓進(jìn)行加工，且在毛坯的兩端面由外至內(nèi)各打一中心孔，便獲得初步加工件。
步驟二、采用由計(jì)算機(jī)擬合刃形的銑刀在所述初步加工件上加工螺旋槽，其加工過程如下 201、采用計(jì)算機(jī)擬合出所用銑刀的刃形先根據(jù)需加工螺旋槽的槽形即上述所繪制出的M10絲錐的槽形結(jié)構(gòu)，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算分析銑刀回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋面相接觸的多個(gè)離散的接觸點(diǎn)坐標(biāo)；再根據(jù)計(jì)算得出的多個(gè)接觸點(diǎn)坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)相應(yīng)擬合出所用刀具的刃形。
本步驟中，采用計(jì)算機(jī)擬合所用刀具的刃形時(shí)，其擬合過程包括以下步驟 (a)求解需加工螺旋槽的端面截形方程f1(x) 首先，以需加工M10絲錐的外圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系，并根據(jù)絲錐錐體1的外徑D、芯徑d、絲錐刃背寬度B和絲錐螺旋槽數(shù)Z以及上述相應(yīng)計(jì)算得出的四段相切圓弧(即切削圓弧、卷屑圓弧、容屑圓弧和刃背圓弧)的圓心坐標(biāo)和切點(diǎn)坐標(biāo)，求解出需加工M10絲錐螺旋槽端面截形方程為
(b)為確保需加工M10絲錐螺旋槽的中點(diǎn)與銑刀刃形的中點(diǎn)相對(duì)，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式

對(duì)式(1)進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得需加工螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)，式(2)中，(x1，y1)表示坐標(biāo)變換前的坐標(biāo)點(diǎn)，(x，y)表示坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度φ后的坐標(biāo)點(diǎn)；角度φ為加工螺旋槽時(shí)為將需加工螺旋槽的中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所用刀具的中點(diǎn)應(yīng)將需加工螺旋槽繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的角度，且角度

坐標(biāo)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)φ為負(fù)值，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)φ為正值。當(dāng)需加工M10絲錐的端面截形方程旋轉(zhuǎn)φ度時(shí)，M10絲錐的螺旋槽中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了螺旋槽銑刀刃形的中點(diǎn)。
并且，經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，M10絲錐螺旋槽端面的截形方程轉(zhuǎn)變?yōu)? (c)根據(jù)M10絲錐螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)和需加工螺旋槽的導(dǎo)程T，計(jì)算M10絲錐螺旋槽的螺旋面方程

(3)，式(3)中，

為角度參數(shù)且其表示需加工絲錐錐體1的絲錐圓柱母線從起始位置繞絲錐錐體1中心軸線轉(zhuǎn)過的角度，且需加工螺旋槽右旋轉(zhuǎn)時(shí)

值為正，需加工螺旋槽左旋轉(zhuǎn)時(shí)

值為負(fù)；L為螺旋參數(shù)且

其表示需加工螺旋槽的端面曲線繞絲錐錐體1的中心軸線轉(zhuǎn)過單位角度時(shí)沿絲錐錐體1的中心軸線移動(dòng)的距離。
(d)對(duì)公式(3)進(jìn)行矢量運(yùn)算，得到公式
(e)由于M10絲錐的外徑D＝10mm、M10絲錐外圓柱的螺旋角即絲錐螺旋角β＝40°；絲錐槽銑刀外徑De＝50mm，銑刀中心軸線與M10絲錐中心軸線間的最短距離A＝27mm，導(dǎo)程T＝πD/tanβ，

銑刀中心軸線與M10絲錐中心軸線間的夾角為90°-β＝50°，得出銑刀與M10絲錐螺旋槽螺旋面的接觸方程為znx±Anycos50°+[A-x+Lcos50°)]nz＝0(5)。
(f)在M10絲錐的截形上任取32個(gè)點(diǎn)，且將所取32個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分別代入公式(5)，即可求出與所述32個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)xi對(duì)應(yīng)的多個(gè)值

將計(jì)算得出的一組32個(gè)(xi，

)分別代入公式(3)，便相應(yīng)得到M10絲錐螺旋槽螺旋面上與銑刀相接觸的32個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)，所述32個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)連接組成銑刀與M10絲錐螺旋槽螺旋面間的接觸跡線。
(g)采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式

將步驟(f)中求出32個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)的坐標(biāo)變換到銑刀坐標(biāo)系中，可得到銑刀上與M10絲錐螺旋槽螺旋面對(duì)應(yīng)相接觸的32個(gè)接觸點(diǎn)(Xi，Yi，Zi)；將Zi作為銑刀的軸向坐標(biāo)點(diǎn)，且將

作為銑刀的徑向坐標(biāo)點(diǎn)，則相應(yīng)得到銑刀刃形上的32個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)。
本實(shí)施例中，根據(jù)銑刀與M10絲錐螺旋槽螺旋面的接觸方程計(jì)算得出銑刀刃形的32個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)(Ri，Zi)為表1所示 表1銑削M10絲錐螺旋槽銑刀刃形離散點(diǎn)坐標(biāo)(單位mm) (h)根據(jù)所述32個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合銑刀的外徑De，通過計(jì)算機(jī)擬合出銑刀的刃形。進(jìn)行擬合時(shí)，將所述多個(gè)離散點(diǎn)的坐標(biāo)Zi作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)且將Ri作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)，以此建立一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；采用所建立起的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行多次訓(xùn)練后便可模擬出銑刀的刃形。
本實(shí)施例中，將Zi作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)，將Ri作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)建立1×11×1的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，訓(xùn)練次數(shù)為1000次，目標(biāo)誤差為0.001mm。實(shí)際擬合時(shí)，所建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過訓(xùn)練739次后，擬合誤差為0.000998981mm，小于目標(biāo)誤差0.001mm；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型停止訓(xùn)練后，便可模擬出M10絲錐螺旋槽銑刀的刃形，如圖5所示。
202、所述計(jì)算機(jī)根據(jù)擬合出的刀具刃形，控制銑刀在所述初步加工件上銑削螺旋槽。
需注意的是在采用銑刀銑削螺旋槽之前，應(yīng)先用銑刀將所述初步加工件銑方，之后再進(jìn)行銑削螺旋槽。
步驟三、螺旋槽銑完后，按照現(xiàn)有熱處理工藝進(jìn)行熱處理，使得使得加工完成M10絲錐的刃部硬度不低于HRC63，柄部硬度不高于HRC50；經(jīng)熱處理和螺旋槽加工處理后，便獲得M10絲錐的初步產(chǎn)品。
步驟四、研中心孔采用常規(guī)機(jī)械工具對(duì)步驟103中所打的中心孔進(jìn)行研磨。
步驟五、磨刃部外圓和柄部外圓具體是采用常規(guī)機(jī)械工具打磨處理所述M10絲錐初步產(chǎn)品的刃部外圓和柄部外圓。
步驟六、鏟磨螺紋具體是采用常規(guī)鏟磨工具對(duì)所述M10絲錐初步產(chǎn)品上所加工的螺紋進(jìn)行鏟磨。
步驟七、鏟磨切削錐具體是采用常規(guī)鏟磨工具在所述M10絲錐初步產(chǎn)品上鏟磨并獲得切削錐。
步驟八、螺旋槽拋光具體是采用常規(guī)拋光處理工具對(duì)所述M10絲錐初步產(chǎn)品上所加工出來的螺旋槽進(jìn)行拋光處理。
步驟九、去毛刺，即獲得需加工M10絲錐的成品。
實(shí)施例2 本實(shí)施例中，需加工成型的絲錐錐體1的具體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1完全相同，即均為M10絲錐且具體尺寸也相同。
與實(shí)施例1不同的是實(shí)際加工制作M10絲錐時(shí)，采用的刀具為砂輪，且砂輪的外徑Ds＝80mm，砂輪中心軸線與M10絲錐中心軸線間的最短距離A＝42mm。相應(yīng)地，采用砂輪實(shí)際加工制作所述M10絲錐時(shí)，其加工過程包括以下步驟 步驟一、加工前準(zhǔn)備工作，該步驟與實(shí)施例1相同。
步驟二、采用由計(jì)算機(jī)擬合刃形的銑刀在所述初步加工件上加工螺旋槽，其加工過程如下 201、采用計(jì)算機(jī)擬合出所用砂輪的刃形先根據(jù)需加工螺旋槽的槽形即所繪制出的M10絲錐的槽形結(jié)構(gòu)，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算分析砂輪回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋面相接觸的多個(gè)離散的接觸點(diǎn)坐標(biāo)；再根據(jù)計(jì)算得出的多個(gè)接觸點(diǎn)坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)相應(yīng)擬合出所用砂輪的刃形。
本步驟中，采用計(jì)算機(jī)擬合所用刀具的刃形時(shí)，其擬合過程包括以下步驟 (a)求解需加工M10絲錐螺旋槽的端面截形方程f1(x)，該步驟與實(shí)施例1相同； (b)為采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式對(duì)需加工螺旋槽的端面截形方程f1(x)進(jìn)行坐標(biāo)變換，該步驟與實(shí)施例1相同； (c)計(jì)算M10絲錐螺旋槽的螺旋面方程，該步驟與實(shí)施例1相同； (d)對(duì)M10絲錐螺旋槽的螺旋面進(jìn)行矢量運(yùn)算，該步驟與實(shí)施例1相同； (e)由于M10絲錐的外徑D＝10mm、M10絲錐外圓柱的螺旋角即絲錐螺旋角β＝40°；砂輪外徑Ds＝80mm，砂輪中心軸線與M10絲錐中心軸線間的最短距離A＝42mm，導(dǎo)程T＝πD/tanβ，

砂輪中心軸線與M10絲錐中心軸線間的夾角為90°-β＝50°，得出砂輪與M10絲錐螺旋槽螺旋面的接觸方程為znx±Anycos50°+[A-x+Lcos50°)]nz＝0(5)； (f)該步驟與實(shí)施例1相同，在M10絲錐的截形上任取32個(gè)點(diǎn)，并相應(yīng)求出M10絲錐螺旋槽螺旋面上與銑刀相接觸的32個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)。
(g)該步驟與實(shí)施例1相同，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式將步驟(f)中求出32個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)的坐標(biāo)變換到砂輪坐標(biāo)系中，可得到砂輪上與M10絲錐螺旋槽螺旋面對(duì)應(yīng)相接觸的32個(gè)接觸點(diǎn)(Xi，Yi，Zi)；同樣將Zi作為砂輪的軸向坐標(biāo)點(diǎn)，且將

作為砂輪的徑向坐標(biāo)點(diǎn)，則相應(yīng)得到砂輪刃形上的32個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)。
本實(shí)施例中，根據(jù)砂輪與M10絲錐螺旋槽螺旋面的接觸方程計(jì)算得出砂輪刃形的32個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)(Ri，Zi)為表2所示 表2磨削M10絲錐螺旋槽砂輪刃形離散點(diǎn)坐標(biāo)(單位mm) (h)根據(jù)所述32個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合砂輪的外徑De，通過計(jì)算機(jī)擬合出砂輪的刃形。進(jìn)行擬合時(shí)，將所述多個(gè)離散點(diǎn)的坐標(biāo)Zi作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)且將Ri作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)，以此建立一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；采用所建立起的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行多次訓(xùn)練后便可模擬出砂輪的刃形。
本實(shí)施例中，將Zi作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)，將Ri作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)建立1×11×1的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，目標(biāo)誤差為0.001mm。實(shí)際擬合時(shí)，所建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過訓(xùn)練66次后，擬合誤差為0.000988461mm，小于了目標(biāo)誤差0.001mm；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型停止訓(xùn)練后，便可模擬出M10絲錐螺旋槽砂輪的刃形，如圖6所示。
202、所述根據(jù)計(jì)算機(jī)擬合出的砂輪刃形，控制砂輪在所述初步加工件上磨削螺旋槽。
需注意的是在采用砂輪磨削螺旋槽之前，首先按照現(xiàn)有熱處理工藝進(jìn)行熱處理，使得使得加工完成M10絲錐的刃部硬度不低于HRC63，柄部硬度不高于HRC50；接著，進(jìn)行研中心孔(即采用常規(guī)機(jī)械工具對(duì)步驟103中所打的中心孔進(jìn)行研磨)；之后，用砂輪將所述初步加工件磨方；然后，采用常規(guī)機(jī)械工具打磨處理經(jīng)磨方后的所述初步加工件的刃部外圓和柄部外圓。上述工藝步驟完成后，再進(jìn)行磨削螺旋槽。經(jīng)熱處理和螺旋槽加工處理后，便獲得M10絲錐的初步產(chǎn)品。
步驟三、鏟磨螺紋具體是采用常規(guī)鏟磨工具對(duì)所述M10絲錐初步產(chǎn)品上所加工的螺紋進(jìn)行鏟磨。
步驟四、鏟磨切削錐具體是采用常規(guī)鏟磨工具在所述M10絲錐初步產(chǎn)品上鏟磨并獲得切削錐。
步驟五、去毛刺，即獲得需加工M10絲錐的成品。
實(shí)施例3 本實(shí)施例中，需加工成型的絲錐錐體1的具體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1完全相同，即均為M10絲錐且具體尺寸也相同。
與實(shí)施例1不同的是實(shí)際加工制作M10絲錐時(shí)，步驟(h)中所述的根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合所用銑刀的外徑，通過計(jì)算機(jī)擬合出所用銑刀的刃形時(shí)，采用數(shù)據(jù)建模方法進(jìn)行擬合，且進(jìn)行擬合時(shí)，首先將所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)均繪制在一張坐標(biāo)紙上，之后根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)的坐標(biāo)變化規(guī)律找出相近且擬合誤差小于目標(biāo)誤差的函數(shù)進(jìn)行分段擬合，之后將分段擬合函數(shù)進(jìn)行聯(lián)立便可求得銑刀的刃形。其余對(duì)M10絲錐的加工制作步驟、工藝條件等均與實(shí)施例1相同。
本實(shí)施例中，將表1中的一系列32個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)(Ri，Zi)繪制在坐標(biāo)紙上，如圖7所示；之后，根據(jù)離散坐標(biāo)點(diǎn)的變化規(guī)律，將第1～10個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)分成一段，第10～15個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)分成一段，第15～18個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)分成一段，第18～25個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)分成一段，第25～32個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)分成一段，找出相近的函數(shù)進(jìn)行分段擬合，將分段擬合函數(shù)進(jìn)行聯(lián)立便可求得M10絲錐螺旋槽銑刀的刃形，如圖8所示。數(shù)據(jù)建模方法擬合出的絲錐槽銑刀刃形方程為 實(shí)施例4 本實(shí)施例中，需加工成型的絲錐錐體1的具體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2完全相同，即均為M10絲錐且具體尺寸也相同。
與實(shí)施例2不同的是實(shí)際加工制作M10絲錐時(shí)，步驟(h)中所述的根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合所用砂輪的外徑，通過計(jì)算機(jī)擬合出所用砂輪的刃形時(shí)，采用數(shù)據(jù)建模方法進(jìn)行擬合，且進(jìn)行擬合時(shí)，首先將所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)均繪制在一張坐標(biāo)紙上，之后根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)的坐標(biāo)變化規(guī)律找出相近且擬合誤差小于目標(biāo)誤差的函數(shù)進(jìn)行分段擬合，之后將分段擬合函數(shù)進(jìn)行聯(lián)立便可求得砂輪的刃形。其余對(duì)M10絲錐的加工制作步驟、工藝參數(shù)等均與實(shí)施例1相同。
本實(shí)施例中，將表2中的一系列32個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)(Ri，Zi)繪制在坐標(biāo)紙上，如圖7所示；之后，根據(jù)離散坐標(biāo)點(diǎn)的變化規(guī)律，將32個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)(Ri，Zi)分成四段，具體將第1～10個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)分成一段，第10～16個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)分成一段，第16～24個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)分成一段，第24～31個(gè)離散坐標(biāo)點(diǎn)分成一段，-找出相近的函數(shù)(具體是拋物線方程)進(jìn)行分段擬合，將分段擬合函數(shù)進(jìn)行聯(lián)立便可求得M10絲錐螺旋槽銑刀的刃形，如圖8所示。數(shù)據(jù)建模方法擬合出的絲錐槽銑刀刃形方程為 實(shí)施例5 如圖11所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是所述絲錐錐體1為M30絲錐，要求所述絲錐錐體1的外徑D＝30mm，絲錐芯徑d＝13.5mm，絲錐刃背寬度B＝3mm，絲錐螺旋槽數(shù)Z＝4，切削圓弧的偏移量e＝4mm，絲錐后角θ＝30°。
所述切削圓弧的半徑

且切削圓弧的圓心坐標(biāo)(j，k)為 所述卷屑圓弧的半徑

且卷屑圓弧的圓心坐標(biāo)(c，p)為 所述容屑圓弧的半徑

且容屑圓弧的圓心坐標(biāo)(a，b)為 絲錐前角

槽心角ε為
同時(shí)
所述齒背圓弧的半徑
所述齒背圓弧的圓心坐標(biāo)(m，n)為
同時(shí)根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，即可推算得出切削圓弧與卷屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(h，i)，卷屑圓弧與容屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(f，g)，容屑圓弧與齒背圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(u，v)，齒背圓弧I與絲錐外徑D的切點(diǎn)坐標(biāo)(s，t)，絲錐橫截面容屑面積S以及絲錐在一個(gè)導(dǎo)程內(nèi)的容屑空間V。
綜上，通過上述分析計(jì)算結(jié)果，即可準(zhǔn)確確定出M30絲錐的螺旋槽形。
而M30絲錐的加工制造過程中的各加工步驟、工藝條件等均與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例6 如圖12所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是與實(shí)施例1不同的是所述絲錐錐體1為M100絲錐，要求絲錐錐體1的外徑D＝100mm，絲錐芯徑d＝50mm，絲錐刃背寬度B＝5mm，絲錐螺旋槽數(shù)Z＝5，所述切削圓弧的偏移量e＝10mm，絲錐后角θ＝35°。
所述切削圓弧的半徑

且切削圓弧的圓心坐標(biāo)(j，k)為 所述卷屑圓弧的半徑

且卷屑圓弧的圓心坐標(biāo)(c，p)為 所述容屑圓弧的半徑

且容屑圓弧的圓心坐標(biāo)(a，b)為 絲錐前角

槽心角ε為

所述齒背圓弧的半徑

且
所述齒背圓弧的圓心坐標(biāo)(m，n)為
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，即可推算得出切削圓弧與卷屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(h，i)，卷屑圓弧與容屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(f，g)，容屑圓弧與齒背圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(u，v)，齒背圓弧I與絲錐外徑D的切點(diǎn)坐標(biāo)(s，t)，絲錐橫截面容屑面積S以及絲錐在一個(gè)導(dǎo)程內(nèi)的容屑空間V。
綜上，通過上述分析計(jì)算結(jié)果，即可準(zhǔn)確確定出M100絲錐的螺旋槽形。
而M100絲錐的加工制造過程中的各加工步驟、工藝條件等均與實(shí)施例2相同。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種螺旋槽絲錐，包括由工作部分和柄部組成的圓柱形絲錐錐體(1)，所述工作部分分為前部切削部分和后部校準(zhǔn)部分，所述前部切削部分上開有多個(gè)均勻分布的螺旋槽，其特征在于所述螺旋槽的槽形為由四段相切圓弧首尾依次連接組成的“S”字形光滑曲線槽，所述四段相切圓弧分別為切削圓弧、與切削圓弧相接且與切削圓弧相切的卷屑圓弧、與卷屑圓弧相接且與卷屑圓弧相切的容屑圓弧和與容屑圓弧相接且與容屑圓弧相切的刃背圓弧，所述切削圓弧、卷屑圓弧和容屑圓弧連接組成的一凹弧，所述刃背圓弧為一凸??；所述卷屑圓弧相切的容屑圓弧均與絲錐錐體(1)的芯部外圓相切，且二者與所述芯部外圓的切點(diǎn)為二者的連接點(diǎn)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種螺旋槽絲錐，其特征在于所述切削圓弧的起始角即切削圓弧在其起始點(diǎn)M處的切線方向與平面直角坐標(biāo)系中X軸正方向的夾角為90°，切削圓弧的起始點(diǎn)M偏離平面直角坐標(biāo)系中X軸的垂直距離即偏移量e所對(duì)應(yīng)絲錐錐體(1)外圓的圓心角為絲錐前角γ；所述刃背圓弧I的偏移角即刃背圓弧在其終止點(diǎn)N處的切線方向與絲錐錐體(1)外圓在點(diǎn)N處切線方向間的夾角為絲錐刃背后角θ。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種螺旋槽絲錐，其特征在于所述切削圓弧的半徑
卷屑圓弧的半徑
容屑圓弧的半徑
絲錐前角
其中D為絲錐錐體(1)的外徑，d為絲錐錐體(1)的芯徑，B為絲錐刃背寬度，Z為絲錐螺旋槽數(shù)。
4.一種加工如權(quán)利要求1所述螺旋槽絲錐的方法，其特征在于該方法包括以下步驟
步驟一、加工前準(zhǔn)備工作，主要包括以下幾步
101、鋸料并制作毛坯，根據(jù)需加工絲錐錐體(1)的外徑D及長度制作毛坯；
102、調(diào)制處理對(duì)所制作的毛坯進(jìn)行調(diào)制處理并將所述毛坯的硬度處理為HRC40～45；
103、對(duì)經(jīng)調(diào)制處理后的毛坯進(jìn)行初步機(jī)加工采用車床對(duì)所述毛坯的兩端面和外圓進(jìn)行加工，且在毛坯的兩端面由外至內(nèi)各打一中心孔，便獲得初步加工件；
步驟二、采用由計(jì)算機(jī)擬合刃形的刀具在所述初步加工件上加工螺旋槽，其加工過程如下
201、采用計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形先根據(jù)需加工螺旋槽的槽形，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算分析所用刀具回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋面相接觸的多個(gè)離散的接觸點(diǎn)坐標(biāo)；再根據(jù)計(jì)算得出的多個(gè)接觸點(diǎn)坐標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)相應(yīng)擬合出所用刀具的刃形；
202、所述計(jì)算機(jī)根據(jù)擬合出的刀具刃形，控制刀具在所述初步加工件上加工螺旋槽；
步驟二中所述螺旋槽加工前后，根據(jù)需加工絲錐錐體(1)所用材料的材質(zhì)和具體需要且按照現(xiàn)有熱處理工藝對(duì)螺旋槽加工前或加工后的初步加工件進(jìn)行熱處理，使得加工完成絲錐錐體(1)的刃部硬度不低于HRC63，柄部硬度不高于HRC50；經(jīng)熱處理和螺旋槽加工處理后，便獲得絲錐錐體(1)的初步產(chǎn)品；
步驟三、采用機(jī)械加工工藝對(duì)步驟二中所獲得絲錐錐體(1)的初步產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)處理，獲得絲錐錐體(1)的成品。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于步驟201中所述的采用計(jì)算機(jī)擬合所用刀具的刃形時(shí)，其擬合過程包括以下步驟
(a)求解需加工螺旋槽的端面截形方程f1(x)
首先，以需加工絲錐錐體(1)的外圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系，并根據(jù)絲錐錐體(1)的外徑D、芯徑d、絲錐刃背寬度B和絲錐螺旋槽數(shù)Z，相應(yīng)計(jì)算出所述切削圓弧的半徑ρ和其圓心坐標(biāo)(j，k)、卷屑圓弧的半徑r和其圓心坐標(biāo)(c，p)、容屑圓弧的半徑R和其圓心坐標(biāo)(a，b)以及刃背圓弧的半徑I和其圓心坐標(biāo)(m，n)；且相應(yīng)計(jì)算出切削圓弧與卷屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(h，i)、卷屑圓弧與容屑圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(f，g)、容屑圓弧與齒背圓弧的切點(diǎn)坐標(biāo)(u，v)和齒背圓弧I與絲錐錐體1外圓的切點(diǎn)坐標(biāo)(s，t)；之后，根據(jù)所計(jì)算出的上述數(shù)值，求解出需加工螺旋槽的端面截形方程為
(b)為確保需加工螺旋槽的中點(diǎn)與所用刀具刃形的中點(diǎn)相對(duì)，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式
對(duì)式(1)進(jìn)行坐標(biāo)變換，獲得需加工螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)；式(2)中，(x1，y1)表示坐標(biāo)變換前的坐標(biāo)點(diǎn)，(x，y)表示坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度φ后的坐標(biāo)點(diǎn)；角度φ為加工螺旋槽時(shí)為將需加工螺旋槽的中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所用刀具的中點(diǎn)應(yīng)將需加工螺旋槽繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的角度，且角度
并且需加工螺旋槽順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)角度φ為負(fù)值，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)角度φ為正值；
(c)根據(jù)需加工螺旋槽坐標(biāo)變換后的端面截形方程f(x)和需加工螺旋槽的導(dǎo)程T，計(jì)算需加工螺旋槽的螺旋面方程
式(3)中，φ為角度參數(shù)且其表示需加工絲錐錐體(1)的絲錐圓柱母線從起始位置繞絲錐錐體(1)中心軸線轉(zhuǎn)過的角度，且需加工螺旋槽右旋轉(zhuǎn)時(shí)φ值為正，需加工螺旋槽左旋轉(zhuǎn)時(shí)φ值為負(fù)；L為螺旋參數(shù)且
其表示需加工螺旋槽的端面曲線繞絲錐錐體(1)的中心軸線轉(zhuǎn)過單位角度時(shí)沿絲錐錐體(1)的中心軸線移動(dòng)的距離；
(d)對(duì)公式(3)進(jìn)行矢量運(yùn)算，得到公式
(e)假設(shè)所用刀具中心軸線與需加工絲錐錐體(1)中心軸線間的最短距離為A，需加工絲錐錐體(1)外圓柱的螺旋角為β，則所用刀具中心軸線與需加工絲錐錐體(1)中心軸線間的夾角為90°-β；同時(shí)，根據(jù)兩曲面相切接觸的條件，加工螺旋槽時(shí)，在刀具回轉(zhuǎn)面和需加工螺旋槽螺旋面的接觸點(diǎn)處，二者的公法線矢量與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度矢量垂直，根據(jù)此特性且結(jié)合公式(3)和(4)，便得到所用刀具與需加工螺旋槽螺旋面的接觸條件式，即接觸方程為znx±Anycos(90°-β)+[A-x+Lcos(90°-β)]nz＝0 (5)；
(f)在需加工螺旋槽的截形上任取多個(gè)點(diǎn)，且將所取多個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分別代入公式(5)，即可求出與所述多個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)xi對(duì)應(yīng)的多個(gè)值φi；將計(jì)算得出的一組多個(gè)(xi，φi)分別代入公式(3)，便相應(yīng)得到需加工螺旋槽螺旋面上與刀具相接觸的多個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)，所述多個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)連接組成所用刀具與需加工螺旋槽螺旋面間的接觸跡線；
(g)采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式
將步驟
(f)中求出所述多個(gè)接觸點(diǎn)(xi，yi，zi)的坐標(biāo)變換到所用刀具的坐標(biāo)系中，可得到所用刀具上與需加工螺旋槽螺旋面相接觸的多個(gè)接觸點(diǎn)(Xi，Yi，Zi)；將Zi作為刀具的軸向坐標(biāo)點(diǎn)，且將
作為刀具的徑向坐標(biāo)點(diǎn)，則相應(yīng)得到刀具刃形上的多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)；
(h)根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合所用刀具的外徑，通過計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于步驟二中所述的刀具為銑刀或砂輪。
7.按照權(quán)利要求5所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于步驟(h)中所述的根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合所用刀具的外徑，通過計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形時(shí)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行擬合，且進(jìn)行擬合時(shí)，將所述多個(gè)離散點(diǎn)的坐標(biāo)Zi作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)且將Ri作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)，以此建立一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；采用所建立起的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行多次訓(xùn)練后便可模擬出刀具的刃形。
8.按照權(quán)利要求5所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于步驟(h)中所述的根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)，并結(jié)合所用刀具的外徑，通過計(jì)算機(jī)擬合出所用刀具的刃形時(shí)，采用數(shù)據(jù)建模方法進(jìn)行擬合，且進(jìn)行擬合時(shí)，首先將所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)均繪制在一張坐標(biāo)紙上，之后根據(jù)所述多個(gè)離散點(diǎn)(Ri，Zi)的坐標(biāo)變化規(guī)律找出相近且擬合誤差小于目標(biāo)誤差的函數(shù)進(jìn)行分段擬合，之后將分段擬合函數(shù)進(jìn)行聯(lián)立便可求得刀具的刃形。
9.按照權(quán)利要求7所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為1×11×1的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
10.按照權(quán)利要求4或5所述的一種螺旋槽絲錐的加工方法，其特征在于步驟三中所述的后續(xù)處理包括拋光、鏟磨螺紋、鏟磨切削錐和去毛刺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺旋槽絲錐及其加工方法，其螺旋槽絲錐包括前部切削部分上開有多個(gè)均勻分布螺旋槽的絲錐錐體，且螺旋槽的槽形為由四段相切圓弧首尾依次連接組成的“S”字形光滑曲線槽，四段相切圓弧分別為切削圓弧、卷屑圓弧、容屑圓弧和刃背圓弧。其加工方法包括以下步驟一、加工前準(zhǔn)備工作；二、采用專用刀具加工螺旋槽先采用計(jì)算機(jī)擬合出刀具的刃形；再根據(jù)擬合出的刀具刃形制造刀具加工螺旋槽；三、采用機(jī)械加工工藝進(jìn)行后續(xù)處理，獲得絲錐錐體的成品。本發(fā)明所加工的螺旋槽絲錐結(jié)構(gòu)簡單、可一次加工成形且其加工方法能適合不同加工材料，特別是鋁合金等輕合金的絲錐槽形的加工。
文檔編號(hào)B23G5/06GK101712089SQ200910219030
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者賈建軍, 王洪喜, 陳曉東, 于小寧 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)