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螺纹铣刀牙型轮廓的少干涉优化方法

唐翊然 胡自化 樊远皞 秦长江 张旭东 邹业明

唐翊然, 胡自化, 樊远皞, 秦长江, 张旭东, 邹业明. 螺纹铣刀牙型轮廓的少干涉优化方法[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(11): 1740-1746. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190327
引用本文: 唐翊然, 胡自化, 樊远皞, 秦长江, 张旭东, 邹业明. 螺纹铣刀牙型轮廓的少干涉优化方法[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(11): 1740-1746. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190327
Tang Yiran, Hu Zihua, Fan Yuanhao, Qin Changjiang, Zhang Xudong, Zou Yeming. Less Interference Optimization Method for Thread Milling Cutter Profile[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(11): 1740-1746. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190327
Citation: Tang Yiran, Hu Zihua, Fan Yuanhao, Qin Changjiang, Zhang Xudong, Zou Yeming. Less Interference Optimization Method for Thread Milling Cutter Profile[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(11): 1740-1746. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190327

螺纹铣刀牙型轮廓的少干涉优化方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190327
基金项目: 

湖南省自然科学省市联合基金项目 2020JJ6035

湖南省教育厅创新平台项目 19K094

湘潭市科技计划重点项目 CG-ZD20201003

湘潭市科技计划一般项目 CG-YB20201007

详细信息
    作者简介:

    唐翊然(1991-), 硕士研究生, 研究方向为数字化设计与制造, 2568211510@qq.com

    通讯作者:

    胡自化, 教授, 博士生导师, iamtxtu@163.com

  • 中图分类号: TH131.3

Less Interference Optimization Method for Thread Milling Cutter Profile

  • 摘要: 根据螺纹铣削过程的径向和轴向干涉误差分析,提出了调整铣刀牙型轮廓特征点位置的螺纹铣刀牙型轮廓少干涉优化方法。首先,利用特征点法分别对标准螺纹和螺纹铣刀的牙型轮廓进行参数化表示;然后,建立螺纹轮廓面和螺纹铣刀铣削加工包络面的数学计算模型,以及螺纹铣削加工的干涉误差计算模型;最后,利用干涉模型计算得到的轴向和径向干涉误差,对螺纹铣刀牙型轮廓特征点进行适当调整,优化螺纹铣刀轮廓以减少干涉误差。以∅8×1.5螺纹铣刀加工M14×1.5内螺纹的加工仿真与切削实验为例,利用MATLAB计算螺纹铣刀优化后的最大干涉误差为2.6 μm,相比于螺纹铣刀优化前(8.1 μm)降低了67.9%;内螺纹铣削实验结果表明螺纹铣刀优化后的最大干涉误差仅为15.5 μm,相比于普通螺纹铣刀的最大干涉误差值(24.8 μm)降低了37.5%。可见,螺纹铣刀牙型轮廓少干涉优化方法能极大减小螺纹铣削加工干涉误差,有效提高螺纹加工精度。
  • 图  1  螺纹铣削加工的坐标系示意图

    图  2  标准螺纹牙型轮廓(M14×1.5)

    图  3  螺纹铣刀初始牙型轮廓(∅8×1.5)

    图  4  螺纹铣刀包络面轨迹线示意图(M14×1.5、∅8×1.5)

    图  5  螺纹铣刀牙型轮廓特征点示意图(M14×1.5、∅8×1.5)

    图  6  螺纹铣刀优化前后的加工干涉误差对比(M14×1.5, 3次迭代优化)

    图  7  DMU50五轴数控铣削中心

    图  8  圆柱内螺纹铣削加工现场图

    图  9  三轴全自动影像测量仪测试现场图

    图  10  螺纹铣刀优化前后的牙型轮廓尺寸

    图  11  螺纹铣刀牙型轮廓优化前后实物图(∅8×1.5)

    图  12  优化前后螺纹铣刀加工的实际螺纹牙型轮廓对比图(M14×1.5)

    图  13  优化前后螺纹铣刀加工的实际螺纹牙型轮廓对比图(M16×1.5)

    表  1  螺纹铣削仿真实验条件

    螺纹类型普通右旋圆柱内螺纹
    螺纹深度L10 mm
    螺纹尺寸M14×1.5
    螺纹铣刀尺寸∅8×1.5
    主轴转速Ss1 500 r/min
    进给速度Vf300 mm/min
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    表  2  螺纹铣削加工仿真实验方案与结果

    序号 迭代次数 最大干涉误差/μm
    牙型轮廓优化方法 现有优化方法的
    1 0 8.1 8.1
    2 1 3.6 7.3
    3 2 2.8 3.1
    4 3 2.6 2.8
    下载: 导出CSV

    表  3  螺纹铣削加工的实验条件

    毛坯材料锻铝
    工件尺寸50×50×30 mm
    普通螺纹尺寸M16×1.5×15 mm, M14×1.5×15 mm
    刀具尺寸∅8×1.5
    主轴转速Ss1 500 r/min
    进给速度Vf300 mm/min
    下载: 导出CSV

    表  4  螺纹铣削实验结果

    序号 螺纹大径
    D/mm
    最大干涉误差/μm
    铣刀优化前 铣刀优化后
    1 14 24.8 15.5
    2 16 16.8 10.8
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2019-07-14
  • 刊出日期:  2020-11-01

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