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圆锥球头立铣刀数控磨削技术

摘要

钛合金叶轮作为航空发动机至关重要的零部件之一，其制造过程中的加

工表面完整性和质量直接关系到航空发动机的服役性能和可靠性。圆锥球头

立铣刀因其独特的锥形结构被广泛应用于叶轮的半精与精加工。在刀具的制

造过程中，通过控制工具磨床上砂轮的运动位姿，以精确磨制成品铣刀的各

个结构参数。目前，国内对圆锥形球头铣刀尤其是锥形螺旋槽的砂轮运动轨

迹计算方法研究较少，成熟的铣刀磨削仿真软件系统更是稀缺。因此，本文

对圆锥球头立铣刀的磨削轨迹算法展开研究。

本文首先基于广义回转刀具和螺旋运动的定义，推导出圆锥球头立铣刀

的等螺旋角周刃曲线与正交螺旋端刃曲线的几何模型。根据圆锥球头立铣刀

的形状特征，提出了周刃曲线与端刃曲线在连接处光滑过渡的条件；然后建

立了球端刃恒定前角前刀面与恒定宽度后刀面的数学模型，并基于

MATLAB对铣刀整体刃线与前后刀面的数学模型进行仿真，验证了所建模

型的准确性。

其次针对圆锥球头立铣刀关键结构的磨削轨迹算法展开研究，提出了一

种在保证前角和芯径设计参数的前提下，磨制锥形螺旋槽砂轮位置的计算方

法，几何参数计算误差精准控制在1%左右，保证了磨制精度；给出了复杂

螺旋槽槽型的求解方法，并对球头前刀面与后刀面的砂轮位置进行计算；基

于C#语言利用提出的磨削轨迹算法开发了磨削软件，可根据输入的设计参

数进行三维磨削仿真显示，并输出坐标位置。

最后，利用SAACKE五轴工具磨床进行了圆锥球头立铣刀的实际磨

制，采用Zoller刀具检测仪测量刀具的结构角度参数，实际几何参数误差在

5%左右，其在误差允许范围内。通过铣削实验对比铣削力、振动、刀具磨

损的情况，证明了应用本文所提出的磨削轨迹算法磨制的铣刀性能更优，从

而进一步验证了磨削轨迹算法的准确性与可靠性。

关键词圆锥球头立铣刀；数学模型；磨削轨迹算法；刀具磨制；铣削实验

-I-

ConicalballendmillCNCgrindingtechnology

Abstract

Asoneofthemostimportantpartsofaero-engine,theintegrityandquality

ofthemachinedsurfaceinthemanufacturingprocessoftitaniumalloyimpeller

aredirectlyrelatedtotheserviceperformanceandreliabilityofaero-engine.The

conicalball-endmillingcutteriswidelyusedinthesemi-finishingandfinishing

ofimpellersbecauseofitsuniqueconicalstructure.Inthemanufacturingprocess

ofthetool,themovementpositionofthegrindingwheelonthetoolgrinderis

controlledtopreciselygrindthestructuralparametersofthefinishedmilling

cutter.Atpresent,therearefewstudiesonthecalculationmethodofthegrinding

wheeltrajectoryoftheconicalball-endmillingcutter,especiallytheconical

spiralflute,andthematuremillingcuttergrindingsoftwaresystemisscarce.

Ther