砂轮磨损对球头立铣刀制造误差的影响研究

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在航天、航空、汽车、造船等生产制造领域，叶片螺旋桨、外覆盖件模具、内饰件的注塑模具等具有 自由曲面的轮廓零件 ，它们 的应用越来越广泛 ，自由曲面的加工工具及技术显得非常重要 。自由曲面数控加工 除了要求 刀具具 备高强度、高刚度 、高耐用度、高精度与良好的切屑性 能外 ，还要保证 有 良好 的刀位计算功能 ，便 于生成简洁有效、稳定连续的刀具轨迹。目前加工 曲面的主要刀具是球头立铣刀 。

球头立铣刀在自由曲面的数控加工中得到了广泛应用，特别是在三坐标端铣数控加工自由曲面的应用最为广泛。由于这种刀具刃形复杂，磨削和制造困难 ，并且球头部分切削条件恶劣 ，刀具承受 的轴向力较大 ，在实际加工过程中极易发生磨损。

目前国内很多专家学者，对 s型球头立铣刀的加工机理和数学模型做了很多的工作，但是这些工作都是基于理想的、没有任何偏差的前提下实现的。

而在实际工业生产过程 中，存在着许多不可避 免的偏差 。因此有必要对球头立铣刀的制造过程进行误差分析，用以提高球头立铣刀的加工精度，降低生产成本、提高产品质量。本文拟基于建立的球头立铣刀加工模型，建立球头立铣刀的仿真磨削加工系统，开展有关分析研究，为制定球头立铣刀制造工艺提供依据。

收稿 日期 ：2012-05-09基金项目：贵州省国际科技合作计划项目[黔科合外 G字(2008)700114]作者简介：夏文胜(1984-)，男，江苏阜宁人，盐城工学院工程训练中心工学硕士，从事机床、刀具与模具方面的教学研究工作 ，(E-mail)xws2222### 126.eom 。

2013年 1月 夏文胜 ，等：砂轮磨损对球头立铣刀制造误差的影响研究 ·41·考 ，考察当砂轮半径磨损到 73mm时所得到的刃形曲线 ，分析两者存在 的误差 。分析误差 的方法是在铣刀球头部分作垂直于 轴 的截面(如图 5所示 )，该截面与刃形曲线相交 ，测量两交点之间的位移量 。

截面面图 5 误差分析截 面在图 5中分别取 9个截面 ，分别加工球头半径为5mm和 8mm的球头立铣刀 ，表 1是球刃误差的分析结果。

根据测量结果可以得到如下结论 ：(1)同-直径的铣刀 ，从球刃顶部 开始 ，误差相对较小，越靠近周刃部分，误差相对越大；(2)随着铣刀直径的增大，同-位置截面上 的误差也增大 ；(3)在铣刀球头顶部，即在 轴的坐标为0.5mm与 1mm位置处 ，刃形 曲线的误差较大，刃形 曲线的曲率变动也较大。

表 1 砂轮磨损对球刃误差 影响铣刀半径 R5 R8序列 坐标 l， Z 距 离 坐标 l， Z 距离截面 1 O.5mm -20.9 16.9 26.9 O.8mm -76.3 74.4 1O6.6截面 2 1.0mm 3.8 2.6 4.6 1.6mm -176.5 157.9 262.7截面 3 1.5mm 1.O -O.1 1.O 2.4mm 178.4 -3.7 178.5截面 4 2.0mm 0.4 0.1 O.4 3.2mm -22.9 34.9 41.8截面 5 2.5mm ， ， ， 4.0mm 22.O -15.5 26.9截面 6 3.0mm ， ， 4.8mm -3.5 1.5 3.8截面 7 3.5mm ， ， 5.6mm ， ， ，截面 8 4.0mm ， ， ， 6.4mm ， ， ，截面 9 4.5mm ， ， ， 7.2mm ， ， ，注 ：未标单位 的数据其单位为 mm ，/表示数 量级小于 1.0×10mm的数据3 结论(1)基于球头立铣刀前刀面磨削加工 的运动关系开发出的球头立铣刀磨削仿真加工系统，可用于前刀面磨削仿真加工。仿真加工表明，球刃为 s形弧形刃 ，刃形曲线较理想 ；球 刃前刀面刃 口处存在很窄的刃带 ，在球刃 中部区域刃带宽度最大 ；前刀面在球头和圆柱结合处能实现光滑连接。

(2)砂轮磨损造成的制造误差分析表 明：刃带的最大宽度随砂 轮半径 的磨损 而减小 ，递减 比较有规律 ，半径 8mm的铣刀 比起半径 5mm 的铣刀 ，递减 幅度要大 ；相 同半 径 的铣刀 ，靠 近球刃顶 部 的球 刃 曲线 ，误差相对较大 ，刃形 曲线的 曲率变动较大，而靠近周刃部分的球刃 曲线 ，误差相对较小 ；随着铣刀半径的增大，同-位置截面上的误差也越来越大。这些误差分析结论有助于制定球头立铣刀制造工艺及误差补偿策略。

(3)利用仿真结果编制 的数控加工程序在与企业联合研制 的设备上 的执行 结果表 明，所提 出的球头立铣刀磨削加工运动关 系是 完全正确 的，研制 的球头立铣刀的数控磨削制造设备完全能够实现球 头立铣刀的磨削制造 。