【摘 要】
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木线刀作为木工成形铣刀的一种类型,具备优异的切削性能且针对性较强,被广泛应用于木材成形面的铣削加工。成形刃的回转轮廓精度和后刀面质量直接影响被加工材料的成形面质量和加工精度。国内针对木线刀成形刃加工制造的相关研究起步较晚、研究较少,针对成形刃较长、形状跨度较大以及齿间的非对称性等特点造成的制造效率低、成形刃回转轮廓不规则和精度较低等问题依然缺少合理有效的解决办法。本文分析了木线刀成形刃的结构特征及
【基金项目】
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四川省智能制造与机器人重大科技专项“精密智能五轴联动加工中心研制及应用” (2019ZDZX0021);
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木线刀作为木工成形铣刀的一种类型,具备优异的切削性能且针对性较强,被广泛应用于木材成形面的铣削加工。成形刃的回转轮廓精度和后刀面质量直接影响被加工材料的成形面质量和加工精度。国内针对木线刀成形刃加工制造的相关研究起步较晚、研究较少,针对成形刃较长、形状跨度较大以及齿间的非对称性等特点造成的制造效率低、成形刃回转轮廓不规则和精度较低等问题依然缺少合理有效的解决办法。本文分析了木线刀成形刃的结构特征及其与回转轮廓之间的空间几何关系,首先通过刀具回转轮廓建立了成形刃后刀面的刃线模型;然后研究得到适用于后刀面刃磨加工的砂轮三面磨削刃磨模型,并针对砂轮补偿及螺旋成形刃等问题对刃磨工艺进行了改进;接着研究了辅助开槽工艺的磨削轨迹,最后通过仿真加工和实际加工验证了刃磨模型的正确性以及工艺改进的实用性。本文具体研究内容如下:(1)成形刃曲线及后刀面建模通过分析木线刀的结构特征,建立了工件坐标系及参考坐标系,并定义了相应坐标系下的成形刃的刀刃曲线及其后刀面相关的结构参数。完成了成形刃曲线模型的计算推导,并在刃线模型的基础上推导出了直纹型后刀面模型,最后通过空间坐标变换实现了成形刃曲线及后刀面在工件坐标系下的参数化表达。(2)成形刃后刀面磨削轨迹的计算方法分析并定义了合适的成形刃后刀面刃磨过程的砂轮初始姿态,计算了初始姿态下的砂轮端面中心点坐标和砂轮轴矢量。通过定义工艺参数,在砂轮初始姿态的基础上调整砂轮姿态,实现了砂轮的灵活调整从而有效避免磨削过程发生干涉。最后遍历所有刀刃点形成了成形刃后刀面的砂轮磨削轨迹。(3)后刀面刃磨工艺改进分析并定义了成形刃后刀面的三面磨削方法,通过随刀刃点变换的参考坐标系(浮动坐标系)与工件坐标系的空间位置关系,对砂轮应用磨削面进行判断,实现磨削面的灵活变换从而提高了刃磨效率并减少磨削干涉。结合木线刀成形刃加工所用砂轮的结构特点,对砂轮圆角进行补偿,从而提高刃磨精度。通过分析螺旋成形刃的结构特点,在成形刃后刀面磨削轨迹算法的基础上,推算出螺旋成形刃后刀面的砂轮磨削轨迹算法。(4)成形刃后刀面辅助开槽工艺磨削轨迹的计算方法分析了辅助开槽工艺的结构特性,在工件坐标系的基础上建立了随刀刃点变换的开槽坐标系。在开槽坐标系上定义了相关工艺参数,并计算推导出了任意刀刃点对应的辅助开槽的磨削点轨迹。基于磨削点轨迹分析并定义了砂轮的初始姿态,再根据成形刃的形状计算砂轮所需倾角,计算了砂轮端面中心点坐标和砂轮轴矢量。然后遍历磨削点形成了任意刀刃点的辅助开槽工艺的砂轮磨削轨迹,从而实现了辅助排屑、减振等目的。最后针对研究内容进行仿真加工和实际加工验证,通过参数测量验证了成形刃后刀面及其相关工艺的正确性和有效性,为木线刀成形刃后刀面及相关工艺加工提供一定的理论支持。
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