一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法

本发明属于加工，涉及一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法。

背景技术：

1、丝锥是加工内螺纹的常用刀具，尤其是在中、小直径或者大批量生产的过程中，都采用丝锥。因为丝锥的攻丝条件比较苛刻，属于半封闭、多切削刃成形切削，所以对丝锥的设计和制造提出了更高的要求。螺旋槽丝锥相比普通丝锥具有寿命更长、效率更高、冷却润滑较好和切削扭矩较小的特点，在螺旋槽丝锥加工的过程中，切屑沿着螺旋槽排出，不会堵在沟槽中，改善了切削时的冷却润滑条件，减少了丝锥与工件之间的摩擦，因此得到广泛的关注。

2、文献1(螺旋槽丝锥槽型参数优化及其攻丝过程分析[j].工具技术,2019,53(12):63-66.)中介绍了螺旋槽丝锥的结构特点以及槽型的设计要求，并对304l不锈钢材料进行切削实验研究，选择出了合适的丝锥容屑槽槽型，使用实验的方法进行螺旋槽丝锥的结构设计虽然设计效果较好，但是过程繁琐，耗时较长，成本较高。

3、文献2(influence of chip breaker and helix angle on cutting efforts inthe internal threading process[j].the international journal of advancedmanufacturing technology,2019,102(5-8):1537-1546.)中指出丝锥攻丝过程中，切屑形状是影响切削力和切削温度的重要因素，切屑应当流畅并容易排出。文献3(基于切削实验的螺旋槽丝锥设计与制造研究[j].制造技术与机床,2014(02):111-114.)中指出，在实际的螺旋槽丝锥加工实验中发现，螺旋槽丝锥的切屑也是螺旋形状，所以切屑的形状可以用卷曲半径和螺距两个参数定义。

4、文献4(螺旋槽丝锥槽型优化设计[j].工具技术,2017,51(05):81-84.doi:10.16567/j.cnki.1000-7008.2017.05.020)中使用仿真软件分析了不同槽型对切屑的影响，改善了攻丝情况。

5、现有螺旋槽丝锥优化方法一般通过相关有限元仿真软件对丝锥容屑槽整体进行仿真优化，仿真目标一般为降低切削扭矩和切削温度，但是缺少对螺旋槽丝锥切屑形状的控制，从而导致丝锥攻丝过程质量降低，丝锥设计效率低下。

6、因此，研究一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，以解决现有技术中存在的问题，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，首先构建螺旋槽丝锥切削刃的二维平面模型，所述二维平面模型中的主要参数为螺旋槽丝锥切削刃口的第一圆弧半径r和丝锥前角α，其中第一圆弧半径表示的是丝锥切削刃口处的圆弧半径大小，丝锥前角表示的是丝锥切削刃口最前端与竖直直线之间的夹角；然后将所述二维平面模型导入到third wave advantedge软件中，选择刀具材料和被加工工件材料，输入等效得到的加工参数，进行仿真计算得到切屑的卷曲半径，并将仿真得到的卷曲半径投影到切屑平面，计算得到真实的切屑卷曲半径(真实的切屑卷曲半径＝仿真得到的卷曲半径×丝锥螺旋角的余弦值)；最后以控制真实的切屑卷曲半径为目标，对切削刃口进行优化，获得最优的螺旋槽丝锥切削刃口结构设计参数(参数即第一圆弧半径r和丝锥前角α)。

4、本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种从螺旋槽丝锥切屑形状角度出发的螺旋槽丝锥刃口优化设计方法，以控制丝锥切屑形状为目标优化螺旋槽丝锥微观刃口，主要刃口结构有第一圆弧半径和前角，从而帮助工程师更好地从刃口的角度优化螺旋槽丝锥结构。现有文献中已经表明，螺旋槽丝锥切削过程中排出的切屑形状对于加工过程中的加工力和扭矩有影响作用，通过设计刃口来控制螺旋槽丝锥的切屑形状，从而可以降低加工过程中的加工力和扭矩，进而提高丝锥攻丝过程的质量。

5、作为优选的技术方案：

6、如上所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，所述二维平面模型是使用autodesk cad二维平面绘图设计软件构建得到的。

7、如上所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，所述二维平面模型被保存成为dxf格式。

8、如上所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，所述等效得到的加工参数为进给量、切削深度和切削速度。

9、如上所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，设三维空间中丝锥的转速为n，直径为d，进给速度为vf，螺距是p，螺纹的高为h，则等效得到的二维空间中切削速度进给量切削深度

10、如上所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，所述刀具材料为粉末高速钢asp2030。

11、如上所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，所述被加工工件材料为304不锈钢。

12、如上所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，以控制真实的切屑卷曲半径为目标，对切削刃口进行优化，具体过程为：通过设置一系列第一圆弧半径和丝锥前角的组合参数，分别进行仿真得到切屑的卷曲半径，最后选择最小的真实卷曲半径的切屑对应的组合参数作为螺旋槽丝锥切削刃口结构设计参数值。

13、有益效果：

14、本发明的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，从螺旋槽丝锥切屑形状角度出发，以控制丝锥切屑形状为目标优化螺旋槽丝锥微观刃口，主要刃口结构有第一圆弧半径和前角，从而帮助工程师更好地从刃口的角度优化螺旋槽丝锥结构，提高丝锥攻丝过程的质量。

技术特征：

1.一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，其特征在于：首先构建螺旋槽丝锥切削刃的二维平面模型，所述二维平面模型中的主要参数为螺旋槽丝锥切削刃口的第一圆弧半径r和丝锥前角α；然后将所述二维平面模型导入到third wave advantedge软件中，选择刀具材料和被加工工件材料，输入等效得到的加工参数，进行仿真计算得到切屑的卷曲半径，并将仿真得到的卷曲半径投影到切屑平面，得到真实的切屑卷曲半径；最后以控制真实的切屑卷曲半径为目标，对切削刃口进行优化，获得最优的螺旋槽丝锥切削刃口结构设计参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，其特征在于，所述二维平面模型是使用autodesk cad二维平面绘图设计软件构建得到的。

3.根据权利要求2所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，其特征在于，所述二维平面模型被保存成为dxf格式。

4.根据权利要求1所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，其特征在于，所述等效得到的加工参数为进给量、切削深度和切削速度。

5.根据权利要求4所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，其特征在于，设三维空间中丝锥的转速为n，直径为d，进给速度为vf，螺距是p，螺纹的高为h，则等效得到的二维空间中切削速度进给量切削深度

6.根据权利要求1所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，其特征在于，所述刀具材料为粉末高速钢asp2030。

7.根据权利要求6所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，其特征在于，所述被加工工件材料为304不锈钢。

8.根据权利要求1所述的一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，其特征在于，以控制真实的切屑卷曲半径为目标，对切削刃口进行优化，具体过程为：通过设置一系列第一圆弧半径和丝锥前角的组合参数，分别进行仿真得到切屑的卷曲半径，最后选择最小的真实卷曲半径的切屑对应的组合参数作为螺旋槽丝锥切削刃口结构设计参数值。

技术总结本发明涉及一种基于螺旋槽丝锥切屑形状的切削刃口优化方法，首先构建螺旋槽丝锥切削刃的二维平面模型，二维平面模型中的主要参数为螺旋槽丝锥切削刃口的第一圆弧半径R和丝锥前角α；然后将二维平面模型导入到Third Wave AdvantEdge软件中，选择刀具材料和被加工工件材料，输入等效得到的加工参数，进行仿真计算得到切屑的卷曲半径，并将仿真得到的卷曲半径投影到切屑平面，得到真实的切屑卷曲半径；最后以控制真实的切屑卷曲半径为目标，对切削刃口进行优化，获得最优的螺旋槽丝锥切削刃口结构设计参数。本发明通过设计刃口来控制螺旋槽丝锥的切屑形状，更好地从刃口的角度优化螺旋槽丝锥结构，从而提高丝锥攻丝过程的质量。技术研发人员：陈明,周亚亚,张克楠,徐锦泱,张学生,孙伟,廖俊,安庆龙,明伟伟受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9