本發(fā)明涉及一種球頭銑刀的加工，更具體地說，涉及球頭銑刀的加工。

背景技術(shù)：

在當(dāng)代制造業(yè)的快速發(fā)展中，切削加工在推動制造業(yè)技術(shù)進步和提高企業(yè)加工效率、降低制造成本等方面發(fā)揮著重要的作用。其中，球頭銑刀作為一種復(fù)雜型面零部件加工的高效刀具，被廣泛用于航空、汽車、船舶制造等多種行業(yè)，其性能和品質(zhì)的優(yōu)劣對于切削加工的精度、效率和產(chǎn)品品質(zhì)都有著直接而重要的影響。

球頭銑刀屬于模具銑刀，由球頭和圓柱(圓錐)兩部分組成，以二刃球頭銑刀為例，圖1和圖2分別為2刃球頭銑刀結(jié)構(gòu)的主視圖和左視圖，球頭部分包括s形球刃1、球刃前刀面2和球刃后刀面3，圓柱(圓錐)部分包括螺旋形周刃4、周刃前刀面5和周刃后刀面6，其中球刃后刀面3和周刃后刀面6均設(shè)有兩個。球刃第一后刀面31和球刃第二后刀面32，周刃第一后刀面61和周刃第二后刀面62。在球頭銑刀的設(shè)計和制造中，后刀面的加工質(zhì)量對刀具切削性能、加工質(zhì)量起著重要作用，而球刃后刀面3與周刃后刀面6是否光滑連接，是決定刀具表面質(zhì)量的一項重要因素。

在實際磨削過程中，球刃后刀面和周刃后刀面的交接部位(即球刃后刀面結(jié)束位置和周刃后刀面起始位置，圖1中粗線a標(biāo)記的位置)恰處于機床部分軸加速度變化位置，易產(chǎn)生不光滑的接刀痕跡，此外，磨床本身精度和砂輪等相關(guān)數(shù)據(jù)的測量誤差等問題也會加劇接刀痕跡的誤差。

球頭銑刀后刀面的加工分為球刃后刀面3和周刃后刀面6兩部分，現(xiàn)有技術(shù)的磨削方案：將球刃后刀面和周刃后刀面作為一道完整工序進行連續(xù)磨削，且磨削軌跡無特殊處理，將該方法簡稱為后刀面聯(lián)磨。

后刀面聯(lián)磨，是指將球刃后刀面和周刃后刀面作為一道完整的工序，從球頭刀尖開始，逐步向刀體尾部推進，并將球刃終點軌跡作為周刃起點軌跡，保證球刃與周刃交接處無過渡，一刀下去完成整個后刀面的加工，理論上計算軌跡是平滑的。但實際加工過程中由于機械和電氣控制等原因，往往實際執(zhí)行的軌跡在球刃和周刃交接處并不平滑，導(dǎo)致在球刃與周刃后刀面的交接位置產(chǎn)生接刀痕跡，刀具表面不夠規(guī)整，直接影響刀具成品率。圖3所示是聯(lián)磨工序完整的加工過程，從球刃到周刃一刀下去，完成整個后刀面的切削，該工序完成后，砂輪抬起退刀，最后將刀具回拉至安全位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在保證效率的前提下，解決在球頭銑刀磨削過程中，由于機床動態(tài)性能、機床幾何精度、機床定位誤差以及砂輪參數(shù)測量不準(zhǔn)等原因，引起的球頭銑刀的球刃后刀面與周刃后刀面交接處不夠平滑問題。本發(fā)明基于對于刀具加工理念和機床動態(tài)特性等方面的深入研究，從根本上解決了球頭銑刀的接刀痕問題，并確保該方案對于加工效率沒有影響。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種球頭銑刀接刀痕跡的高效消除方法，砂輪加工球頭銑刀過程中，在砂輪加工到球刃后刀面和周刃后刀面的交接部位時，砂輪沿所在位置后刀面的法向平滑退出，直至砂輪完全脫離，之后，砂輪再沿著周刃后刀面切向進刀，完成加工。

優(yōu)選方式下，所述砂輪完全脫離之后，砂輪空走1～5mm距離，之后砂輪再進刀。

在實際加工中，存在接刀痕跡偏離球刃后刀面和周刃后刀面的交接部位的情況，為此，本發(fā)明一種球頭銑刀接刀痕跡的高效消除方法，在砂輪加工到接刀痕跡出現(xiàn)位置前，為去掉接刀痕跡，砂輪需要在球頭后刀面上某一磨削點開始作離去動作，為此，提供離去角度參數(shù)控制砂輪在球刃后刀面上作離去動作的起始磨削點，此磨削點到球刃終點之間的每個磨削點，砂輪都要在原始計算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上沿球刃后刀面的法向平移一個距離δh，

δh＝r/cos[γ-(90°-θ)]-r

其中，r為球刃后刀面的球半徑，

θ為砂輪沿所在位置徑向與銑刀中心軸正方向的夾角；

γ角為離去角度，理論取值范圍為0～90度，實際應(yīng)用中，當(dāng)接刀痕跡恰好位于球刃與周刃交接位置時，離去角度取0即可，當(dāng)接刀痕略偏離球刃與周刃交接位置時，因偏離位置不會太遠，離去角度一般取1度左右(大于0小于2度)。

本發(fā)明的技術(shù)方案考慮到聯(lián)磨方案的優(yōu)缺點，采用在聯(lián)磨過程中，完成球刃后刀面磨削后，加入退刀等工藝動作和相關(guān)參數(shù)，使得砂輪在交接處平滑拉出，通過砂輪和刀具的短暫脫離接觸來避免機床震動等誤差。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)二刃球頭銑刀的主視圖。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)二刃球頭銑刀的正視圖。

圖3是現(xiàn)有技術(shù)球頭周刃連磨過程。

圖4是本發(fā)明磨削過程。

圖5是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)加工效果對比圖。

圖6是三維坐標(biāo)系下的球頭s形刃線。

圖7是變換到二維平面上的s形刃線。

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種高效消除球頭銑刀磨削過程中由于機械誤差和測量誤差等不利因素引起的球刃后刀面與周刃后刀面交接處接刀痕跡的方法，本方法在基本不影響加工效率的情況下解決了接刀痕跡問題。本發(fā)明加工過程如圖4所示，與圖3相比，僅僅是在聯(lián)磨過程中加了一個退刀動作，由于該動作是在聯(lián)磨過程中完成，對加工效率并沒有很大的影響。

具體實現(xiàn)如圖4下：在后刀面聯(lián)磨工序內(nèi)，添加退刀操作，控制砂輪加工到球刃后刀面的交接位置時，將砂輪沿交接磨削點(球刃的終點和周刃的起點)處后刀面的法向(垂直于后刀面方向)平滑拉出，直至砂輪完全脫離毛坯為止，該拉出過程沒有突變，不會產(chǎn)生額外的痕跡。砂輪在空走一段退刀距離后，再快速進刀，進刀方向沿著周刃起始磨削點處的后刀面切向(后刀面切削方向)進刀，開始周刃后刀面的加工。

實際加工表明，該方案確實可以有效解決球頭銑刀后刀面的接刀痕跡問題。如圖5所示的對比圖，對比點在圓圈內(nèi)標(biāo)注。右側(cè)刀具為未采用接刀痕跡去除算法的加工效果，在球刃和周刃交接位置有肉眼可見的接刀痕跡，該刀具明顯為不合格刀具。左側(cè)刀具為同一臺機床，采用了本發(fā)明方案的加工效果，除了采用本發(fā)明方案外，其他加工參數(shù)與右側(cè)刀具完全一致。對比顯示，本方案確實可以解決接刀痕跡問題。

本發(fā)明采用的方案，砂輪走到球刃和周刃交接位置，沿球刃后刀面法向?qū)⑸拜喞?，即砂輪抬起退刀，把換向等動作造成的加工不平滑留在了毛坯位置上，之后砂輪迅速執(zhí)行進刀動作，當(dāng)砂輪繼續(xù)周刃后刀面的加工時，通過添加外徑減少量參數(shù)，使得用戶可以在小范圍內(nèi)單獨調(diào)整周刃部分半徑，以保證砂輪運行軌跡在進行周刃部分加工時，可以將多余的毛坯平推掉，并于之前的球頭部分磨削軌跡相切，從而保證了加工質(zhì)量。

此外，考慮到接刀痕可能存在小范圍偏離球刃與周刃交接位置的情況，我們提供了離去角度參數(shù)，用于控制砂輪在球刃后刀面的拉出位置。球頭銑刀的s形刃線是一條球面曲線，因此球刃上每一點均滿足球面方程，如圖6所示，建立直角坐標(biāo)系o-xyz,z軸與球頭銑刀的軸線重合，原點在球心，在該坐標(biāo)系下，半球面的方程表示為

式中：r為球頭半徑，θ為球面上一點m的徑矢與z軸正方向的夾角，為y軸正方向與在xoy平面上的射影矢量所成的有向角。圖6中的s形曲線為球刃的s線，將s線上每一點繞z軸旋轉(zhuǎn)角變換到y(tǒng)oz平面。如圖7所示，按θ角劃分，s線的取值范圍為0°到90°，每一個θ角對應(yīng)于s線上唯一一個磨削點，其中θ取0°時對應(yīng)于s線起點，即球頭中心處磨削點(圖7中的點1)，θ角取90°時對應(yīng)于s線終點，即球刃與周刃交接處磨削點(圖7中的點4)。圖6中γ角為離去角度，取值范圍為0°到90°，當(dāng)離去角度為0°時，表示球刃終點位置，即與周刃交接位置，當(dāng)離去角度為90°時，表示球刃起點位置，即刀尖位置。離去角度用于確定s線上作離去動作的起始磨削點(圖7中的點3)，此磨削點到球刃終點之間的每個磨削點(圖7中的點4表示點3和點2之間的任意磨削點)，砂輪都要在原始計算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上沿球刃后刀面的法向平移一個距離δh，計算公式為δh＝r/cos[γ-(90°-θ)]-r，以此保證砂輪可以在球刃后刀面的任意位置平滑退出。實際加工應(yīng)用中，接刀痕跡多位于球刃和周刃的交接位置，離去角度一般給0°，若接刀痕跡略偏離交接位置，即痕跡位于球刃后刀面上，根據(jù)實際情況給較小的離去角度(一般小于1°)控制砂輪在球刃后刀面上某個位置開始平滑退出，加工完球刃后刀面后，繼續(xù)執(zhí)行退刀、進刀等動作，開始周刃后刀面的加工。

本發(fā)明方案可在已有的球頭銑刀后刀面軌跡計算的基礎(chǔ)上實現(xiàn)?？梢酝ㄟ^刀具磨削軟件算法實現(xiàn)球頭銑刀球頭后刀面加工軌跡計算以及理論上與之平滑交接的周刃后刀面軌跡計算功能。

根據(jù)需要，針對不同規(guī)格的球頭銑刀，可以開放相應(yīng)接口，保證用戶可以選擇是否需要接刀痕跡平滑過渡功能。如需要進行接刀痕跡平滑，設(shè)計軟件開放平滑功能相關(guān)的參數(shù)，根據(jù)用戶的輸入，自動插入計算步驟，如：首先，根據(jù)給定的離去角度、退刀距離參數(shù)，計算砂輪在球刃后刀面磨削完成后的退刀位置和距離，并生成相應(yīng)軌跡；其次，根據(jù)進刀距離，重新計算周刃后刀面的磨削開始位置以及相應(yīng)軌跡。為保證周刃后刀面的加工效果，磨削軌跡需要在砂輪與刀具毛坯實際接觸前就進入加工軌跡運行過程，以進一步減少機床運行的軌跡變化引起的表面質(zhì)量降低。

為了配合該功能的實現(xiàn)，可以提供相應(yīng)的參數(shù)輸入接口供用戶進行細節(jié)調(diào)整，提供諸如球刃終點處退刀距離、周刃起點處進刀距離等功能。為了加強平滑過渡效果，還可以額外提供了刀具周刃后角的外徑調(diào)節(jié)功能。

實際使用過程中，在保證安全的前提下，退刀距離和進刀距離可以合理設(shè)置較小的數(shù)值，通?？梢詾楹撩准壣踔粮?。相對于將球刃后刀面和周刃后刀面加工分成兩個工序而進行安全確認造成的大量空走刀而言，本方案的空走刀行程幾乎可以忽略不計。由于是空走刀，走刀速度可以較正常磨削加工時快，故本方案與不考慮交接過渡的理想加工過程比較，耗時差異幾乎無法察覺。通過實際長時間的加工驗證表明，加工一把球頭銑刀通常需要數(shù)分鐘，而本發(fā)明引起的延時通常為1秒之內(nèi)，該耗時完全被淹沒在由于油壓波動等外部信號等待的時間波動之中。實際的長期批量加工過程中，未發(fā)現(xiàn)開啟或關(guān)閉該功能造成的加工效率波動。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。