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1、(10)申请公布号 CN 104128646 A (43)申请公布日 2014.11.05 C N 1 0 4 1 2 8 6 4 6 A (21)申请号 201410355542.0 (22)申请日 2014.07.24 B23C 3/00(2006.01) (71)申请人哈尔滨理工大学 地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府 路52号 (72)发明人刘献礼 马晶 岳彩旭 张安山 刘强 (74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人杨立超 (54) 发明名称 工件材料最小切削厚度的确定方法 (57) 摘要 本发明涉及一种工件材料最小切削厚度的确 定方法。目前工。
2、件材料的最小切削厚度值获得过 程中理论分析方法较繁琐、适用性差，获得的计算 结果不够准确。本发明组成包括：超景深显微镜 下观察工件材料铣削痕迹，将表面划分为切削区 域、犁耕区域和滑擦区域，测量犁耕区域-滑擦区 域的总长度l；取犁耕区域-切削区域分界面与第 一刀齿于工件表面边界线的交点A，取刀具第一 刀齿、第二刀齿开始切入工件材料时的中心位置 为点O 1 、O 2 ，以O 1 点为坐标原点建立坐标系，过点 O 2 与点A做垂直于XO1Y得切削断面，获得点O 1 在 剖面上的投影点O 1 ；再过点A做XO 1 Y的垂线，垂 线与切削断面下端轮廓的交点为点B，O 2 B与切削 断面上端轮廓的交点为点。
3、C，在三角形O 2 CO 1 中采 用余弦定理求得h D R-|O 2 C|。本发明用于刀具 加工时工件材料最小切削厚度的确定。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104128646 A CN 104128646 A 1/2页 2 1.一种工件材料最小切削厚度的确定方法，其特征在于：所述确定方法具体为， 步骤一：在数控铣床的工作台上对工件材料进行直线路径的铣削加工； 步骤二：采用超景深显微镜观察所述工件材料的铣削痕迹，依据所述铣削痕迹的表面 微。
4、观形貌特征将其划分为切削区域、犁耕区域和滑擦区域，并测量犁耕区域滑擦区域的 总长度l； 步骤三：利用步骤二获得的所述犁耕区域滑擦区域的总长度l，计算所述工件材料 的最小切削厚度值h D ，具体为： 步骤三1：第一刀齿铣削所述工件材料后于表面形成边界线，取犁耕区域切削区域 分界面与所述边界线的交点A，则点A坐标表示为：其中，R为铣削加 工时所用刀具的半径，a e 为刀具的径向切削深度； 步骤三2：取所述刀具第一刀齿开始切入所述工件材料时，所述刀具的中心位置为点 O 1 ，取所述刀具第二刀齿开始切入所述工件材料时，所述刀具的中心位置为点O 2 ，以O 1 点为 坐标原点建立坐标系，Z轴方向竖直向上。
5、，Y轴方向沿刀具进给方向，X轴方向与Y-Z轴构成 右手系，则O 2 点坐标为(0，fz，0)，fz为所述刀具每齿进给量； 步骤三3：过点O 2 与点A做垂直于XO 1 Y的剖面，获得未变形切削断面，获得点O 1 在所述 剖面上的投影点O 1 ；再过点A做XO 1 Y的垂线，所述垂线与所述切削断面下端轮廓的交点为 点B，连接O 2 B，O 2 B与切削断面上端轮廓的交点为点C，在三角形O 2 CO 1 中采用余弦定理有： 已知，|O 1 O 2 |f z sin， 得到h D R-|O 2 C|； 其中，为O 2 O 1 与O 1 O 1 之间的夹角，为过点O 2 且与面XO 1 Y垂直的垂线与。
6、O 2 C之间的 夹角。 2.根据权利要求1所述工件材料最小切削厚度的确定方法，其特征在于：用于铣削加 工的所述工件材料为长方体。 3.根据权利要求1或2所述工件材料最小切削厚度的确定方法，其特征在于：步骤二 中所述切削区域的表面微观形貌特征为具有一组材料残留棱条，所述材料残留棱条之间的 残留间距的宽度相同，所述残留间距的宽度为所述刀具的每齿进给量值。 4.根据权利要求3所述工件材料最小切削厚度的确定方法，其特征在于：步骤二中所 述犁耕区域的表面微观形貌特征是表面形貌光滑。 5.根据权利要求4所述工件材料最小切削厚度的确定方法，其特征在于：步骤二中所 权 利 要 求 书CN 104128646。
7、 A 2/2页 3 述滑擦区域的表面微观形貌特征是表面排列有一组间距不相同的刀齿条纹，所述的刀齿条 纹的宽度小于所述材料残留棱条的宽度。 权 利 要 求 书CN 104128646 A 1/5页 4 工件材料最小切削厚度的确定方法 技术领域 0001 本发明涉及一种工件材料最小切削厚度的确定方法。 背景技术 0002 切削刀具在制造过程中都会存在一定的切削刃钝圆半径，由于切削刃钝圆半径 的存在，使得材料在加工过程中存在一个最小切削厚度，当实际加工中切削厚度小于所加 工材料的最小切削厚度时，将造成刀具与工件之间主要以滑擦的形式接触却不能够正常切 削，严重影响加工工件表面质量及精度，甚至造成刀具与。
8、工件的损伤，实际加工中应当避 免。当切削加工中其他切削参数确定的情况下，工件材料的最小切削厚度决定着加工所能 达到的最小单元，目前工件材料的最小切削厚度值是通过理论分析、切削过程仿真技术、切 削实验方法来获得，其中理论分析方法较繁琐、适用性差，切削过程仿真技术方法及以往切 削实验方法过程麻烦、且获得的计算结果不够准确。 发明内容 0003 本发明的目的是为了解决现有刀具切削工件材料时，无法确定加工最小切削厚度 的问题，导致工件表面加工质量差，而提出一种工件材料最小切削厚度的确定方法。 0004 一种工件材料最小切削厚度的确定方法，所述确定方法具体为， 0005 步骤一：在数控铣床的工作台上对工。
9、件材料进行直线路径的铣削加工； 0006 步骤二：采用超景深显微镜观察所述工件材料的铣削痕迹，依据所述铣削痕迹的 表面微观形貌特征将其划分为切削区域、犁耕区域和滑擦区域，并测量犁耕区域滑擦区 域的总长度l； 0007 步骤三：利用步骤二获得的所述犁耕区域滑擦区域的总长度l，计算所述工件 材料的最小切削厚度值h D ，具体为： 0008 步骤三1：第一刀齿铣削所述工件材料后于表面形成边界线，取犁耕区域切削 区域分界面与所述边界线的交点A，则点A坐标表示为：其中，R为铣 削加工时所用刀具的半径，a e 为刀具的径向切削深度； 0009 步骤三2：取所述刀具第一刀齿开始切入所述工件材料时，所述刀具的。
10、中心位置 为点O 1 ，取所述刀具第二刀齿开始切入所述工件材料时，所述刀具的中心位置为点O 2 ，以O 1 点为坐标原点建立坐标系，Z轴方向竖直向上，Y轴方向沿刀具进给方向，X轴方向与Y-Z轴 构成右手系，则O 2 点坐标为(0，fz，0)，fz为所述刀具每齿进给量； 0010 步骤三3：过点O 2 与点A做垂直于XO 1 Y的剖面，获得未变形切削断面，获得点O 1 在 所述剖面上的投影点O 1 ；再过点A做XO 1 Y的垂线，所述垂线与所述切削断面下端轮廓的交 点为点B，连接O 2 B，O 2 B与切削断面上端轮廓的交点为点C，在三角形O 2 CO 1 中采用余弦定 说 明 书CN 1041。
11、28646 A 2/5页 5 理有： 0011 0012 已知，| O 1 O 2 |f z s i n， 0013 得到h D R-|O 2 C|； 0014 其中，为O 2 O 1 与O 1 O 1 之间的夹角，为过点O 2 且与面XO 1 Y垂直的垂线与O 2 C之 间的夹角。 0015 本发明的有益效果为：本发明方法与以往研究工件材料最小切削厚度的试验方法 相比，具有测量过程简单、计算结果准确的优点，对工件材料最小切削厚度确定所需的计算 公式中，只有犁耕与滑擦的总长度为未知量，只需利用超景深显微镜的测量模块对铣削痕 迹中犁耕-滑擦区域的总长度l进行测量即可。省去了人工目测、估计计算数值。
12、的过程，利 用本方法确定的工件材料最小切削厚度，对于提高工件表面加工质量具有实质作用，且加 工精度提高了5060。 0016 本发明方法适用于不同材质工件的最小切削厚度的确定，设定不同的切削参数： 刀具每齿进给量、刀具轴向切削深度、刀具径向切削深度及刀具半径，由测得的不同犁耕区 域滑擦区域的总长度l最终均可计算得到h D 。 附图说明 0017 图1为本发明方法对工件材料进行的铣削方案图，图中1为工件材料，2为切削区 域图； 0018 图2为图1中标号2处的局部放大图，图中a p 为刀具轴向切削深度，f z 为每个刀 齿进给量； 0019 图3为图2的俯视图，为本发明铣削加工走刀路径示意图，图。
13、中n为主轴转速，3为 刀具路径，4为刀具； 0020 图4为铣削区域表面形貌图，图中5为切削区域，6为犁耕区域，7为滑擦区域； 0021 图5为最小切削厚度计算图，其中BC段为预求的最小切削厚度值h D ； 具体实施方式 0022 具体实施方式一： 0023 本实施方式的工件材料最小切削厚度的确定方法，所述确定方法具体为， 0024 步骤一：在数控铣床的工作台上对工件材料进行直线路径的铣削加工； 0025 步骤二：采用超景深显微镜观察所述工件材料的铣削痕迹，依据所述铣削痕迹的 表面微观形貌特征，将刀具旋转时远离刀尖至刀尖的区域划分为切削区域、犁耕区域和滑 说 明 书CN 104128646 A。
14、 3/5页 6 擦区域，并测量犁耕区域滑擦区域的总长度l； 0026 步骤三：利用步骤二获得的所述犁耕区域滑擦区域的总长度l，计算所述工件 材料的最小切削厚度值h D ，具体为： 0027 步骤三1：第一刀齿铣削所述工件材料后于表面形成边界线，取犁耕区域切削 区域分界面与所述边界线的交点A，则点A坐标表示为：其中，R为铣 削加工时所用刀具的半径，a e 为刀具的径向切削深度； 0028 步骤三2：取所述刀具第一刀齿开始切入所述工件材料时，所述刀具的中心位置 为点O 1 ，取所述刀具第二刀齿开始切入所述工件材料时，所述刀具的中心位置为点O 2 ，以O 1 点为坐标原点建立坐标系，Z轴方向竖直向上。
15、，Y轴方向沿刀具进给方向，X轴方向与Y-Z轴 构成右手系，则O 2 点坐标为(0，fz，0)，fz为所述刀具每齿进给量； 0029 步骤三3：过点O 2 与点A做垂直于XO 1 Y的剖面，获得未变形切削断面，获得点O 1 在 所述剖面上的投影点O 1 ；再过点A做XO 1 Y的垂线，所述垂线与所述切削断面下端轮廓的交 点为点B，连接O 2 B，O 2 B与切削断面上端轮廓的交点为点C，在三角形O 2 CO 1 中采用余弦定 理有： 0030 0031 已知，|O 1 O 2 |f z sin， 0032 0033 得到h D R-|O 2 C|； 0034 其中，为O 2 O 1 与O 1 O。
16、 1 之间的夹角，为过点O 2 且与面XO 1 Y垂直的垂线与O 2 C之 间的夹角。 0035 具体实施方式二： 0036 本实施方式与具体实施方式一不同的是： 0037 所述工件材料最小切削厚度的确定方法，用于铣削加工的所述工件材料为长方 体。 0038 其它步骤及参数与具体实施方式一相同。 0039 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是： 0040 所述工件材料最小切削厚度的确定方法，步骤二中所述切削区域的表面微观形貌 特征为具有一组材料残留棱条，所述材料残留棱条之间的残留间距的宽度相同，所述残留 间距的宽度为所述刀具的每齿进给量值。 说 明 书CN 104128646。
17、 A 4/5页 7 0041 其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。 0042 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是： 0043 所述工件材料最小切削厚度的确定方法，步骤二中所述犁耕区域的表面微观形貌 特征是表面形貌光滑。 0044 其它步骤及参数与具体实施方式三相同。 0045 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是： 0046 所述工件材料最小切削厚度的确定方法，步骤二中所述滑擦区域的表面微观形貌 特征是表面排列有一组间距不相同的刀齿条纹，所述的刀齿条纹的宽度小于所述材料残留 棱条的宽度。 0047 其它步骤及参数与具体实施方式四相同。 0048 实施例1： 0。
18、049 工件材料选为淬火硬度为58HRC的淬硬钢Cr12MoV，工件材料尺寸为长120mm，宽 60mm，高50mm，在数控铣床的工作台上对其进行直线路径的铣削加工，加工的刀具轴向切削 深度a p 0.3mm，刀具径向切削深度a e 0.3mm，铣削加工完成后取下工件材料； 0050 超景深显微镜下观察加工形成的铣削痕迹，将表面形貌为排列一组材料残留棱条 的区域划分为切削区域，将表面形貌光滑区域划分为犁耕区域，将表面形貌为排列一组间 距不相同的刀齿条纹的区域划分为滑擦区，超景深显微镜下测量宽度量取犁耕区域-滑擦 区域的总长度l为600.12m； 0051 取犁耕区域-切削区域分界面与第一刀齿铣。
19、削后工件表面边界线的交点A，则点 A坐标表示为：设定刀具半径R为10mm，每个刀齿进给量f z 为0.1mm/ z，主轴转速n2000r/min，取刀具第一刀齿开始切入工件材料时的中心位置为点O 1 ，取刀 具第二刀齿开始切入工件材料时中心位置为点O 2 ，以O 1 点为坐标原点建立坐标系，Z轴方向 竖直向上，Y轴方向沿刀具进给方向，X轴方向与Y-Z轴构成右手系，则O 2 点坐标为(0，fz， 0)，过点O 2 与点A做垂直于XO 1 Y的剖面，获得未变形切削断面，获得点O 1 在剖面上的投影 点O 1 ；再过点A做XO 1 Y的垂线，垂线与切削断面下端轮廓的交点为点B，连接O 2 B，O 2。
20、 B与切 削断面上端轮廓的交点为点C，在三角形O 2 CO 1 中采用余弦定理有： 0052 0053 已知，|O 1 O 2 |f z sin， 0054 得 0055 说 明 书CN 104128646 A 5/5页 8 0056 h D R-|O 2 C|0.0062mm。 说 明 书CN 104128646 A 1/4页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104128646 A 2/4页 10 图3 说 明 书 附 图CN 104128646 A 10 3/4页 11 图4 说 明 书 附 图CN 104128646 A 11 4/4页 12 图5 说 明 书 附 图CN 104128646 A 12 。