[发明专利]加工复合材料用铣刀的参数化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加工复合材料用铣刀的参数化设计方法，属于刀具设计技术领域。

背景技术

由于碳纤维复合材料以及玻璃纤维复合材料具有强重比高等诸多优点，因此越来越广泛低被应用在航空航天制造业中。但是，碳纤维复合材料却属于难加工的航空材料，尤其是碳纤维复合材料的铣削加工，因此加工复合材料用铣刀的设计与制造已成为刀具制造业的主流。

而目前，复合材料用铣刀的设计与制造仍停留在手工设计的阶段，其设计过程为：首先，依据给定的加工复合材料铣刀设计及要求手工查找铣刀的设计标准（国标、航标、企标）、拉刀设计相关知识库等资料进行铣刀的结构设计；其次，进行繁琐的、复杂而又容易出错的手工的拉刀设计参数计算；再次，在AutoCAD软件上进行手工的渐开线拉刀的图纸绘制；最后，完成铣刀的图纸存储或打印。

手工设计复合材料用铣刀至少需要16个小时，也就是2个工作日。由于每次设计铣刀都需要繁杂的工作，尤其是大量而复杂的参数计算，因此严重阻碍了铣刀的设计与制造效率，而且很容易因为人为因素造成设计误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种加工复合材料用铣刀的参数化设计方法，提高效率，减少设计误差。

本发明的技术方案：加工复合材料用铣刀的参数化设计方法，包括以下步骤：

1）设计开始；

2）确定加工复合材料铣刀的设计要求及数据；

3）加工复合材料铣刀的结构设计：根据被加工零件的材料及其结构参数、铣刀的设计标准并依据复合材料刀具设计与制造的知识库模块自动进行刀具结构的设计；

4）加工复合材料铣刀的参数计算：根据被加工零件的材料及其结构参数、铣刀的设计标准并依据复合材料刀具设计与制造的知识库模块自动进行刀具材料及其结构参数的计算；

5）加工复合材料铣刀的齿形坐标计算：依据选择的齿厚方式以及渐开线齿轮与花键齿形的基本数据，并应用VB程序设计软件编制渐开线齿形参数计算软件，然后进行渐开线齿形参数的计算，并计算出渐开线齿轮与花键齿形的坐标；

6）根据步骤3）得到的结构数据、步骤4）得到的参数数据以及步骤5）得到的齿形坐标数据，通过VB程序直接驱动AutoCAD软件自动完成AutoCAD版本的刀具图纸设计，包括铣刀的图形绘制、尺寸与形位公差标注以及刀具表面粗糙度标注、技术要求、按照企业标准的图纸框等；

7）将已经设计完的AutoCAD版本的刀具图纸存储到复合材料铣刀图纸数据库中，或者将其打印出来。

上述步骤3）中，根据被加工零件的材料及其结构参数、铣刀的设计标准并依据复合材料刀具设计与制造的知识库模块自动进行如下刀具结构的设计：

1）刀具侧刃的结构设计；

2）刀具端刃的结构设计；

3）刀具柄部的结构设计；

4）刀具刃部与柄部过渡部分的结构设计。

上述步骤4）中，根据被加工零件的材料及其结构参数、铣刀的设计标准并依据复合材料刀具设计与制造的知识库模块自动进行如下刀具材料及其结构参数的计算：

1）刀具材料；

2）刀具刃部直径；

3）刀具柄部直径；

4）切削刃长度；

5）刀具总长度；

6）刀具侧刃的切削单元前角；

7）刀具侧刃的切削单元刃长；

8）刀具侧刃的切削单元齿深；

9）右螺旋刃螺旋角；

10）左螺旋刃螺旋角；

11）右螺旋刃数量；

12）左螺旋刃数量；

13）端刃数量；

14）刀具端刃前角；

15）刀具端刃后角；

16）刀具端刃后刀面宽度；

17）刀具设计的技术要求。

所述复合材料刀具设计与制造的知识库模块，是根据复合材料零件的材料性能、零件结构特征及其参数而建立的刀具材料及其结构参数与复合材料零件的材料性能、零件结构特征及其参数之间的关联关系及算法数学模型，最终实现刀具设计模型需求数据的自动筛选与计算。

所述复合材料刀具设计与制造的知识库模块中，相关联的主要数据有：

1）复合材料的性能参数

1.1）复合材料的机械性能：硬度、强度、韧性等；

1.2）化学性能：主要是与刀具材料的亲和性；

1.3）切削加工性能：切屑塑性变形难易程度、与被加工材料的摩擦系数、导热性等；

2）复合材料零件总体结构及其精度参数