一种渐变刃口形状立铣刀及其磨制方法

本发明涉及金属切削，具体为一种渐变刃口形状立铣刀及其磨制方法。

背景技术：

1、传统的铣刀在进行镍基高温合金切削加工过程中，由于切削力较大，切屑不易断续，易产生长丝屑，这会对刀具造成较大的应力和磨损。且在切削过程中，切屑容易黏附在刀具刃口上，造成刀具负荷增加，且由于切屑不易折断，刀具磨损严重等原因，使切削过程不够平稳，导致工件表面质量和精度较差；且现有的研究主要集中在刃口形状对切削力、切削温度和切削振动的影响上，然而，由于缺乏系统的优化和验证方法，仍然存在一些技术瓶颈；

2、现有技术中的，公开号为cn117972887a，名称为一种不等渐变螺旋铣刀切削力建模方法和系统，通过对螺旋角变量进行微分，将铣刀分割为若干切削刃微元，将铣削过程工件的变形过程等效为变截面阶梯悬臂梁模型以计算瞬时切削厚度，利用弹性变形量计算考虑工件变形的微元力；引入摩擦效应力模型，计算刀具磨损微元力；将考虑变形的微元力与刀具磨损微元力求和并在螺旋角范围积分，获得不同磨损程度的不等渐变螺旋刀具切削框梁类零件铣削力模型。针对不等渐变螺旋刀具的各个刃线的螺旋角为变量致使按照轴向微分的切削力模型不适用的问题，以机械ⅱ型力学模型为基础，提出以螺旋角为微分对象计算微元切削力，建立不等渐变螺旋刀具切削过程动态铣削力模型。

3、传统方法中对渐变刃口的性能评估大多依赖于经验或单一指标，缺乏系统化的数据分析和优化策略，导致刃口的设计难以达到最佳状态。其次，现有的评估标准和参数设定通常没有充分考虑不同加工条件的复杂性，导致在实际应用中，刃口寿命和加工稳定性难以预测和控制。此外，对于多种参数的协同优化，现有技术也缺乏有效的方法来实现多参数之间的平衡与调整；

4、在上述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它能够包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种渐变刃口形状立铣刀及其磨制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种渐变刃口形状立铣刀磨制方法，该方法应用于具有刀头、切削刃、刃口和端刃的刀具，具体步骤包括：

4、步骤s1：针对同一待加工零件，使用若干组不同渐变刃口形状的立铣刀在相同的切削条件下进行实际加工实验，以采集不同渐变刃口形状立铣刀在待加工零件上的切削状态数据，其中，渐变刃口形状包括刃口宽度和刃口角度，切削状态数据包括作用在刃口上的切削载荷参数、切削温度参数和切削振动幅度参数；

5、步骤s2：根据实验验证或专家组评定，为步骤s1中的不同渐变刃口形状立铣刀设定寿命评判标准，寿命评判标准用于为切削状态数据包括的各个参数设定基准值和警戒阈值，警戒阈值取值范围为0%至100%；并基于这些基准值和警戒阈值，生成渐变刃口形状的初步调整策略，并基于初步调整策略对立铣刀的渐变刃口形状进行调整；

6、步骤s3：使用调整后的立铣刀进行实际切削实验，同时在切削实验过程中持续监测切削状态数据；

7、步骤s4：将步骤s3中获得的切削状态数据与步骤s2中对应的基准值和警戒阈值进行比对分析，从切削载荷参数、切削温度参数和切削振动幅度参数中，筛选出超过对应基准值所设定的警戒阈值的参数；

8、步骤s5：将步骤s3中切削状态数据包括的切削载荷、切削温度和切削振动幅度参数进行结合分析，生成调整指数，该调整指数用于根据步骤s4中筛选出的切削状态数据，为立铣刀的渐变刃口形状提供微调策略，基于微调策略对立铣刀的渐变刃口形状进行调整；

9、步骤s6：重复步骤s3至步骤s5，直到切削状态数据包括的切削载荷参数、切削温度参数和切削振动幅度参数均符合对应的寿命评判标准为止。

10、进一步地，对于切削载荷评判标准：

11、将每个渐变刃口形状刀具的初始切削载荷参数作为基准值，当主切削力或侧切削力变化超过基准值的第一警戒阈值时，即判定刀具处于即将磨损状态，并调整刀具渐变刃口形状；

12、第一警戒阈值设定为30%；

13、设定第t个时刻的主切削力和侧切削力分别为clm(t)、cls(t)；

14、将初始主切削力和初始侧切削力分别标记为clm(0)、cls(0)，当任一时刻主切削力clm(t)或cls(t)满足以下条件时，则进入磨损预警，初步调整策略为减小刃口宽度rkd或增大刃口角度rkj；

15、；

16、；

17、对于切削温度参数评判标准：

18、将切削温度参数的基准值设定为初始温度ct(0)，当切削温度参数超过初始温度的第二警戒阈值时，表示刀具热疲劳增加，则进入温度预警，触发刀具渐变刃口形状调整；

19、第二警戒阈值设定为20%；

20、将第t个时刻的切削温度标记为ct(t)；

21、当满足时，刀具热疲劳进入预警状态，仅对刃口宽度rkd进行增加调整；

22、对于切削振动幅度评判标准：

23、将切削振动幅度参数的基准值设定为初始振动幅度cv(0)，当切削振动幅度参数增加超过初始振动幅度的第三警戒阈值时，刀具处于振动不稳定状态，则进入振动预警，触发刀具渐变刃口形状调整；

24、设定第t个时刻的切削振动幅度参数为cv(t)；第三警戒阈值为50%；

25、当满足时，减小刃口角度。

26、进一步地，将步骤s3中获得的切削状态数据与步骤s2中对应的基准值和警戒阈值进行比对分析，从切削载荷、切削温度和切削振动幅度参数中，筛选出超过对应基准值所设定的警戒阈值的参数，具体包括：

27、基于切削载荷评判标准，将超过初始主切削力的第一警戒阈值的主切削力标记为；

28、基于切削载荷评判标准，将超过初始侧切削力的第一警戒阈值的侧切削力标记为；

29、基于切削温度参数评判标准，将超过初始温度的第二警戒阈值的切削温度参数标记为；

30、基于切削振动幅度评判标准，将超过初始振动幅度的第三警戒阈值的切削振动幅度参数标记为。

31、进一步地，调整指数用于根据步骤s4中筛选出的切削状态数据，对初步调整策略提供微调策略，具体包括：

32、定义调整指数为，计算公式如下：

33、；

34、其中，是切削载荷调整指数，表征切削载荷参数的相对变化量，计算公式如下：

35、；

36、其中，为正常数项，，用于确保大于0；

37、是切削温度调整指数，表征切削温度的变化量，计算公式如下：

38、；

39、其中，为正常数项，，用于确保大于0；

40、是切削振动调整指数，表征切削振动的变化量，计算公式如下：

41、；

42、其中，为正常数项，，用于确保大于0；

43、对初步调整策略提供微调策略，包括：

44、确定步骤s4中在警戒阈值以上的切削状态数据，对、、、中存在的参数按照从大到小顺序进行排序，并根据排序结果，对相应的权重系数的分配比例进行调整，调整策略如下；

45、当、中任意一个排序第一位置时，增加当前值的10%，均进行相同数值的减少，以确保；

46、当排序第一位置时，增加当前值的10%，均进行相同数值的减少，以确保；

47、当排序第一位置时，增加当前值的10%，均进行相同数值的减少，以确保；

48、经过初步调整策略的刃口宽度调整公式为：

49、；

50、其中，为基于调整指数的宽度调整百分比；为经过微调策略调整后的刃口宽度；

51、经过初步调整策略的刃口角度调整公式为：

52、；

53、其中，为基于调整指数的角度调整度数；为经过微调策略调整后的刃口角度。

54、进一步地，直到切削状态数据包括参数均符合对应的寿命评判标准为止，具体停止条件包括：

55、根据切削载荷参数评判标准，将作为切削载荷参数停止循环条件；

56、根据切削温度参数评判标准，将作为切削温度参数停止循环条件；

57、根据切削振动幅度参数评判标准，将作为切削振动幅度参数停止循环条件。

58、一种渐变刃口形状立铣刀，所述渐变刃口形状立铣刀用于执行所述的渐变刃口形状立铣刀磨制方法，包括：

59、刀具还包括刀柄和排屑槽；

60、刀头上设有至少四个切削刃，切削刃前部设有排屑槽，切削刃后部设有刃口和端刃，所述刀头底部设有底刃与切削刃相交，刃口沿引导线渐变变化，且至少四个切削刃上的刃口以奇数刃口与偶数刃口交替设置，奇数刃口与偶数刃口形状呈相反变化设置；

61、刀头底部设有底刃与切削刃相交，且四个切削刃在刀头轴向均匀间隔分布；

62、刃口呈倾斜平面，刃口两侧边缘朝内侧沿引导线渐进地向内倾斜设置，刃口宽度为端刃侧往刀柄侧逐渐变窄的距离；

63、引导线由最速曲线段与圆弧段相连接形成；圆弧段位于最速曲线段之间，使刃口宽度的变化速度逐渐减小。

64、与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过多维数据采集，全面评估了刀具的切削载荷、温度和振动幅度，克服了传统方法的局限性；其次，设定寿命评判标准与警戒阈值，形成科学的评估体系，提高了评估准确性和刀具寿命；同时，初步调整和微调策略的结合，增强了刀具在复杂条件下的适应性，确保其始终处于最佳工作状态；最终，通过调整指数的微调，实现了多参数的协同优化，提升刀具性能并拓宽应用范围，为高精度加工提供了有效方案；这些有益效果显著提升了加工效率和质量，克服了现有技术的不足；

65、刃口形状的渐进变化设计，从刀具的较粗部分到较精细部分，实现从粗到细的层层切削效果，提高了刀具的适应性，实现了从粗削到精削的良好过渡，有利于改善切削过程中的断屑效果，防止刀具产生粘刀；

66、刃口形状的渐变还能够降低每个刃口上的负荷，从而减轻刀具的切削载荷，减缓刀具磨损提高刀具寿命。