專利名稱：表面加工中的擦傷和干涉避免的制作方法
表面加工中的擦傷和干涉避免發(fā)明背景微結(jié)構(gòu)表面已被廣泛用于許多應(yīng)用，如散射體、太陽能電池板、棱鏡反 射薄膜、微射流和用于流和熱/質(zhì)量轉(zhuǎn)移的控制表面。在較寬范圍的光學(xué)應(yīng)用 中，表面具有紋理結(jié)構(gòu)以改變方向、重新分布或散射光線以增強(qiáng)亮度、散射 或反射。微通道被加工在用于動力電子儀器的散熱片上以改善冷卻效率。嵌 入有微通道的微射流裝置已被用于臨床診斷、化學(xué)合成、生物醫(yī)學(xué)份分析 等。這些微觀特征以高精度和準(zhǔn)確性產(chǎn)生在表面上，且通常用從包括所需的 微結(jié)構(gòu)的母模制造的工具傳遞到最終產(chǎn)品的表面。母?？墒褂酶鞣N微加工技 術(shù)生產(chǎn)在典型地由可加工材料如銅或鎳制成的工件上，如使用精密磨削或車 削。產(chǎn)生在母模上的加工缺陷如劃痕、毛刺和擦傷對于產(chǎn)品的美觀或?qū)τ谝?求的如光學(xué)的、熱傳遞和流動等功能和性能是有害的。這些缺陷主要由切削 刀具與被加工表面的干涉導(dǎo)致，如在刀具在工件表面上橫越時，切削刀具的 側(cè)翼或側(cè)面摩纟察已加工的表面。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了對于沿工件的任意指定的路徑的確定切削刀具的刀具幾何條件和刀具方位的方法。該方法包括提供參數(shù)組，其 中該參數(shù)組的參數(shù)包括刀具幾何條件和關(guān)于工件表面的刀具方位；確定參數(shù)組中的參數(shù)的數(shù)值，使得不發(fā)生局部干涉或整體干涉，其中局部干涉發(fā)生在 刀具的切削刀刃緊鄰的刀具部分接觸已被切削刀刃切削的槽的側(cè)壁時，且整體干涉發(fā)生在遠(yuǎn)離切削刀刃的刀具的部分接觸已被切削刀刃切削的槽的側(cè) 壁時；根據(jù)確定的參數(shù)值提供實(shí)際的切削刀具和刀具方位以避免干涉。本發(fā)明的這些和其它方面、優(yōu)點(diǎn)和突出的特點(diǎn)將從下文的詳述、附圖和 所附的權(quán)利要求書中變得明白。


圖i示意性地示出了本發(fā)明實(shí)施例的切入圓柱形工件表面的切削刀具10的例子;圖2更詳細(xì)地示出了圖1中所示的工件的一部分；圖3示意性地示出了當(dāng)切削刀具經(jīng)過其刀路時擦傷或干涉的概念；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的切削刀具的各部分的不同視圖；圖5是圖示對于不同的半夾角a ，作為(J)的函數(shù)的側(cè)間隙角度y的圖表； 圖6示意性地示出了在沒有干涉的情況中，在沿其刀路的兩個位置的切削刀具；圖7示意性地示出了在干涉的情況中，在沿其刀路的兩個位置的切削刀具；圖8是示出用于確定位于最近被切削的區(qū)域的切削刀具的數(shù)量的幾何條 件的側(cè)^L圖；圖9是示出對于01=45。且y=(3，作為tan (e)的函數(shù)的沒有干涉的條件 的表；圖IO是示出對于of45。且『(3，作為9的函數(shù)沒有干涉的條件的表； 圖11是示出，對于y值為7。、 10°和15°,在正弦切削^4圣中，波長作為振幅的函數(shù)的沒有干涉的條件的圖表；圖12是示出對于半夾角a為45。，作為旋轉(zhuǎn)角5的函數(shù)的有效半夾角an的圖表；圖13是示出了需要產(chǎn)生45。的有效半夾角an，作為旋轉(zhuǎn)角度S的函數(shù)的 的半夾角a的圖表；圖14是示出了旋轉(zhuǎn)角S為-10。、 -5°、 0。、 5。和10。，有效間隙角度Yn, 作為tan (e)的函數(shù)的沒有干涉的條件的圖表。優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明在下面的說明中，在貫穿附圖所示的多個視圖的類似或相應(yīng)的零件用類似的參考符號表示。還應(yīng)理解，術(shù)語"頂部"、"底部"、"向外"、"向內(nèi)"和類似的是方便的用詞且不被解釋為限制的術(shù)語。 擦傷和干涉避免根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明人已認(rèn)識到通過在^M亍物理上的微結(jié)構(gòu) 加工前，執(zhí)行切削刀具幾何條件、刀具方位和刀路的虛擬模擬，可以避免在
切削刀具經(jīng)過時其與已加工的表面干涉造成的缺陷。通過以虛擬的方式確定 對于規(guī)定的避免干涉的刀路的刀具方位和刀具幾何條件的參數(shù)組的數(shù)值范 圍，昂貴和費(fèi)時的微結(jié)構(gòu)加工來確定干涉可被避免，同時還保持加工微結(jié)構(gòu) 的需要幾何條件。在本發(fā)明的實(shí)施例中，數(shù)學(xué)模型被提供以模擬刀具幾何條件和刀具方位 以允許在切削刀具沿刀路經(jīng)過時，辨別切削刀具和工件表面已加工的表面的 干涉。圖1示意性示出了切進(jìn)工件20的工件表面的切削刀具IO的例子。刀具 10沿著沿z方向的名義5各徑而行，該^各徑具有沿垂直于z方向的x方向的牙黃 向調(diào)制。進(jìn)入工件的方法垂直于x-z平面。例如，沿橫向的x方向的調(diào)制可 以是實(shí)質(zhì)上的正弦的，其特征在于周期或波長X。切削刀具所切的槽之間的 距離由間距P給出。在圖1中，根據(jù)20支撐在鼓30上。例如，切削刀具 IO可以是金剛石。圖2更詳細(xì)地示出了工件的一部分。圖3示意性地示出當(dāng)切削刀具IO在其刀路移動時，擦傷或干涉的概念。 圖3示出當(dāng)?shù)毒逫O切削其特征為槽谷(槽的最深點(diǎn))和槽峰(槽的最高點(diǎn)) 的槽35時，在刀具10的x-z平面內(nèi)具有切削寬度W的刀具10的橫截面。 當(dāng)?shù)毒?0經(jīng)過其^各徑時，刀具10的前部的切削刀刃切削槽35。當(dāng)遠(yuǎn)離切削刀刃的刀具10的部分隨后接觸已切削槽的側(cè)壁和從而從側(cè) 壁去除材料時，整體擦傷可發(fā)生。在此例中，整體千涉發(fā)生。當(dāng)緊鄰切削刀刃的刀具10的部分接觸已切削槽的側(cè)壁且因此從側(cè)壁去 除材料時，局部擦傷發(fā)生。當(dāng)?shù)毒吣Σ烈亚邢鞯牟鄣膫?cè)壁時，局部擦傷經(jīng)常 發(fā)生。在此例中，局部干涉發(fā)生。通常，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型來確定參數(shù)值范圍，其中局部和整體擦傷的發(fā)生將 取決于刀具幾何條件的特定參數(shù)，和對于沿工件的指定的路徑的刀具方位。 為了說明，下面提供對于特定參數(shù)組的數(shù)學(xué)模型的例子。然而，本發(fā)明不限 于刀具幾何條件、刀具方位和路徑的特定參數(shù)組。圖4示出了才艮據(jù)一個例子的切削刀具的部分的頂部、前部和側(cè)部的不同 視圖。在該例中，切削刀具的名義路徑采取z方向，沿x方向具有調(diào)制，且 進(jìn)入工件的方向垂直于x-z平面，即y方向。圖4中所示的刀具10的刀具幾 何條件包括刀尖IIO，其位于穿入工件表面的最深的點(diǎn)；頂部切削面120; 第一側(cè)間隙面130A和第二側(cè)間隙面130B。頂部切削面120朝向z方向，且
側(cè)間隙面130A、 130B位于頂部切削面120的側(cè)部。第一側(cè)間隙面130A和 第二側(cè)間隙面130B相交于交線135。第一側(cè)間隙面130A和第二側(cè)間隙面 130B分別具有第一切削刃140A和第二切削刃140B,位于它們與頂部切削 面120的相交處。側(cè)間隙面130a和130b關(guān)于z方向成y角。因此，y是側(cè)間隙角。雖然 圖4示出了側(cè)間隙面130A和130B關(guān)于z方向成相同的角度，^旦本發(fā)明不 限于側(cè)間隙面130A和130B關(guān)于z方向成相同的角度的情況。交線135關(guān)于x-z平面(工件表面的平面)成卩角，如A^圖4中可見。(3 是前間隙角。對于切削刀具10在切削期間沿其名義路徑(z方向)具有沿x方向的調(diào) 制的運(yùn)動，刀尖的位置可表示為時間t的函數(shù)如下[X(t),O,Z(t)],其中沿y 方向的位置在整個運(yùn)動中采取恒定的數(shù)值0， Z(t)是沿z方向在時間t的位置 數(shù)值，且X(t)是沿x軸在時間t的位置數(shù)值。如果工件被支撐在旋轉(zhuǎn)鼓上，例如，y方向是相對于鼓的軸線的徑向。 在刀具沿其路徑運(yùn)動期間，刀尖位于離鼓的軸線恒定的徑向距離處，且因此 刀尖沿y方向的位置不變。在關(guān)于刀尖的x-z平面內(nèi)，第一間隙面130A(CF1 )和第二間隙面130B (CF2)上的任一點(diǎn)可被參數(shù)化如下PCFl(tHXCsin(a>dsin(y)rs.cos(a)JZ(t>(icos(Y)], PFC2(tHX(t)"S.sin(a)+dsin(y),-s.cos(a)鄰;Kicos(力](公式1),其中PCFl(t)是第一間隙面130A上的在時間t的點(diǎn),PCF2(t)是第二間隙 面130B上的在時間t的點(diǎn)，Z(t)是在時間t時刀尖沿z軸的位置lt值，X(t) 是在時間t時刀尖沿x軸的位置數(shù)值，a是半夾角，且y是側(cè)間隙角。d通過 方程d.sin(Y"Az.tan(力給出，其中Az是刀尖和間隙面上的點(diǎn)的距離。 第一和第二間隙面130A、 130B的法線方向通過以下l合出 N-CF1 :[cos( cf) ).cos(oi),cos( cj) ).sin(a)陽sin( cj))〗, N-CF2:[-cos( 4> ).cos(a)，cos(小).sin(a)-sin( 4))](公式2) 其中N-CF1是第一間隙面130A的法線方向，N-CF2是第二間隙面130B 的法線方向，且(兀/2-cb)是第一間隙面130A和頂部切削面120之間的角度。 側(cè)間隙角y可用4>和半夾角a表示如下
<formula>formula see original document page 8</formula>(公式3)cos(a)圖5顯示了對于a的數(shù)值在41-49之間(包括41和49)時，Y作為小的函數(shù)。前間隙角(3,其為z軸和兩側(cè)間隙面130A和130B的交線135之間的夾 角，可用小和半夾角a表示如下<formula>formula see original document page 8</formula>(公式4).刀具運(yùn)動[X(t)，O,Z(t)]可通過消去時間變量而被再參數(shù)化為[X(Z),O,Z],以 允許對于干涉條件的推導(dǎo)。間隙面130A或130B上的任一點(diǎn)經(jīng)過x-z平面內(nèi) 的平面曲線，即在間隙面上的任一點(diǎn)(包括在切削刃上的點(diǎn))的軌跡是平面 的。這是由于我們采用其中任一點(diǎn)的y座標(biāo)在整個運(yùn)動中保持相同的情況， 即刀具IO在經(jīng)過其刀路時沒有上或下移動進(jìn)入工件。圖6和7顯示沿其刀路的兩個位置的刀具，幫助解釋千涉情形。 圖6顯示了在刀具從時間t=tl到時間t^2移動時，處于兩個位置中的刀 具，分別對應(yīng)Z=zl和Z二z2的z軸上的刀尖位置。在時間t-t2,其中Z-z2, 間隙點(diǎn)，即間隙面中一個上的點(diǎn)處于在刀具運(yùn)動期間已被切削的區(qū)域。這可 通過比較間隙點(diǎn)的x座標(biāo)和對應(yīng)切削刃點(diǎn)的x座標(biāo)而被示出。由于任一點(diǎn)的 軌跡是在x-z平面內(nèi)的平面，且y座標(biāo)保持相同，間隙點(diǎn)和對應(yīng)的切削刃點(diǎn) 將具有相同的y座標(biāo)。由于間隙點(diǎn)的座標(biāo)是在已被切削的位置上，對于間隙 點(diǎn)沒有干涉。圖7還示出了在刀具從t41到t=t2 (相當(dāng)于Z=zl到Z=z2)移動時，處 于兩個位置上的刀具。在1=12 (Z=z2)處，間隙點(diǎn)處于超出在刀具運(yùn)動期間 已被切削的區(qū)域的區(qū)域中位置上。因此，圖7圖示了其中間隙點(diǎn)干涉的情形。通常為了檢查間隙面中一個的點(diǎn)與工件的干涉，采取以下步驟首先， 對于間隙面上的任一點(diǎn)，PCF1 (第一間隙面130A上的點(diǎn))或PCF2 (第二 間隙面上的點(diǎn))，識別對應(yīng)的切削刃上具有相同的y座標(biāo)的點(diǎn)，PCE1 (第一 切削刃上的點(diǎn)) 或PCE2 (第二切削刃上的點(diǎn))； 第二，當(dāng)PCE1(或PCE2) 的z^立置與PCFl (或PCF2)相同日t，比專交該點(diǎn)PCF1 (或PCF2)的x座才示 與切削刃點(diǎn)PCE1 (或PCE2)的x座標(biāo)。在數(shù)學(xué)上，對于第一間隙面130A沒有干涉的條件是X(PCFl,t^t2)〈X(PCEl,t^tl)，其中Y(PCF1)=Y(PCE1)(公式5A) E對于第二間隙面130B是X(PCF2，t^t2)〉X(PCE2,tH),其中Y(PCF2)=Y(PCE2)(公式5B) 注意，對于在第一和第二切削刃140A、 140B上的所有點(diǎn)，d=0，其使 用公式1和公式5A和5B,可導(dǎo)出下面的沒有干涉的條件。對于間隙面1: X(t2)+s.sin(Y) ~dsin(Y)<X(t 1 )+s.sin(a) =^ X(t2)-d.sin(力鄰l) X(t2)-X(tl)〈d,sin(力， 對于間隙面2X(t2)-s.sin(a)+ d.sin(力〉X(tl)-s.sin(a)X(t2)+d.sin(力〉X(tl)X(t2)-X(tl)〉-d.sin(Y)在任意給定時刻這兩個條件都必須保持聯(lián)立，以避免在PCF1和PCF2 兩處干涉，其因此沒有干涉的條件可通過以下給出 -d,sin(力〈X(t2)- X(tl) 〈d.sin(力(公式6 )注意，d.sin(Y)= Az.tan(力，時間變量可被消去，導(dǎo)致沒有干涉的條件用X位置表示，而X位置用Z位置表示-△Z.tan(y)< X(Z2)-X(Z1) 〈AZ.tan(力-△Z.tan(^< X(Z)-X(;Z匪AZ;) 〈AZ.tanC丫) X(Z)-X(Z-AZ)--tan(y)< X(Z)-X(Z-AZ)〈tan(Y)〈tan(力(公式7)?！磘an(力(公式8)Y> tan一△Z從(公式7)和(公式8)中，我們可計算沒有干涉的最小間隙角 X(Z)-X(Z-AZ),其中l(wèi) l表示絕對值。假設(shè)刀路關(guān)于z軸的角度是e,沒有干涉的條件為 -tan(Y)<tan(e)< tan(力 e〈Y(使用絕對值) (公式9 )公式8提供了對于緊鄰切削刃的點(diǎn)(當(dāng)Az—O時)避免干涉的條件，即
避免局部干涉。為確定整體干涉的條件，公式7中較寬范圍的Az應(yīng)被估算。 被估算的范圍取決于切削進(jìn)工件的深度。位于剛切削的區(qū)域內(nèi)的刀具沿z方 向(切削方向)的量應(yīng)被估算以確定在該區(qū)域內(nèi)是否發(fā)生干涉。圖8示出了用于確定刀具處于剛被切削的區(qū)域內(nèi)的量的幾何條件，其中次間隙角大于主間隙角(3,其中主間隙角卩是靠近刀尖的間隙角且次間隙角距離刀尖遠(yuǎn)些的 間隙角。對于切削深度C, Az的范圍可被確定為 0<AZ<- Ctan(") 或等效地，<formula>formula see original document page 10</formula>其中t是切削的等效深度(或從刀尖沿y軸的距離X 應(yīng)用此到公式7，沒有整體干涉的條件變?yōu)?lt;formula>formula see original document page 10</formula>對于a二45。(對于全夾角90°), r=P,且該條件簡化為 |Z(Z) - X(Z - AZ)| < r ; 0<t;￡C 。圖9和10示出了對于01=45°和"卩沒有干涉的條件，其分別作為tan(e)和e的函凄t。正弦曲線的X運(yùn)動刀具沿x方向的正弦曲線調(diào)制的例子中，沒有干涉的條件可被導(dǎo)出。對 于沿x方向的正弦調(diào)制，X被給出為 X(t^A.sin(Bt)或，X(Z)=A.sin(BZ), 其中A是振幅，B二2兀/X,其人是正弦運(yùn)動的波長。 在該例中，沒有干涉的條件/人^^式7簡化為 -tan(Y)<A.B xos(BZ)〈tan(y)。假i殳cos的最大和最小值為+1和-1,該條件進(jìn)一步筒化為 y>tan-'(A5)(/>式10)圖11示出了對于Y數(shù)值為7°、 10°和15°，對于作為振幅的函數(shù)的波長 沒有干涉的條件。對于線之上的點(diǎn)發(fā)生干涉。對于線之下的點(diǎn)沒有干涉。如乂人圖ll可看出，對于振幅42|^m和波長2mm, 7。的側(cè)間隙角導(dǎo)致干 涉，而10。的側(cè)間隙角沒有。切削刀具繞x軸的旋轉(zhuǎn) 切削刀具繞X軸的旋轉(zhuǎn)影響有效的前間隙角。對于相對于未旋轉(zhuǎn)狀態(tài)繞x軸的旋轉(zhuǎn)角S，第一間隙面130A和第一切削刃上的點(diǎn)一皮^^出如下。 任一點(diǎn)PCF1(第一間隙面130A上的點(diǎn))的旋轉(zhuǎn)可通過以下給出 [X(t)+s.sin(a)-d.sin(Y), -s.cos(a),cos(S)-sin(S).(Z(t)-d.cos(Y)), -s.cos(a).sin(5)+cos(5).(Z(t)-d.cos("Y))]. 任一點(diǎn)PCE1 (t)(第一切削刃上的點(diǎn))可通過以下給出 [X(t)+s.sin(a), -s.cos(a).cos(5)-sin(5). Z(t), -s.cos(a),sin(5)+cos(5), Z(t)].S切削刀具沿其路徑轉(zhuǎn)動到角度S,有效切削刃是伸出到z-y平面上的 旋轉(zhuǎn)的切削刃。伸出到x-y平面的任一切削刃點(diǎn)PCE1 (t)變?yōu)?[X(t)+s.sin(a), -s.cos(a).cos(5)-sin(5). Z(t)， O].有效半夾角(an)是由伸出切削刃線與y軸所成的角，且通過以下給出 tan(an)=[(X(t)+s.sin(a))/(s.cos(a).cos(5)+sin(5),Z(t))]。 由于在x-y平面內(nèi)的伸出不依賴于關(guān)于時間的刀具位置，有效半夾角an 的方程可被如所示的筒化為tan(an)=[tan(a)/cos(5)] (公式11) 圖12示出了對于半夾角a為45。，作為旋轉(zhuǎn)角度5的函數(shù)的有效半夾角對于45。的有效半夾角an (對于總切削角90。)，切削刀具對于給定的旋 轉(zhuǎn)角5必須具有的半夾角a通過以下給出 a = taiT'(cos仰(公式12).圖13示出了需要得出45。的有效半夾角an的作為旋轉(zhuǎn)角5的函數(shù)的半 夾角a。有效側(cè)間隙角 >將依賴于旋轉(zhuǎn)角S。有效側(cè)間隙角 >可通過考慮間隙面 法線的N-CF1 (從公式2)繞x軸的旋轉(zhuǎn)通過旋轉(zhuǎn)角5而被確定。對于第一 間隙面(CF1)和第二間隙面(CF2)的旋轉(zhuǎn)的法線可通過以下給出旋轉(zhuǎn)的N-CF1: [cos( cj) ).cos(a)，cos( (J) ).sin(a).cos(5)+sin( (J) ).sin(S)cos(小).sin(a).sin(5)-sin( (}) ).cos(5)],和
旋轉(zhuǎn)的N-CF2: [-cos( cj) ).cos(a), cos( 4> ).sin(a).cos(5)+sin( 4> ).sin(5) cos( (|) ).sin(a).sin(5)-sin( (}) ).cos(5)]。間隙面的有效間隙角 >可被以與公式3類似的方式計算，因為該角是通過在平行于x-y平面的任意橫截面的間隙面得出。有效間隙角 >可表示為 tar(yh)^(cos(5)^小》^n(5).008(^ 〉^r(a)ycos((1) ).cos(a)] (7>式13) 因此，不干涉的條件從公式7變?yōu)?-tan(>)<dX/dZ<tan(>).圖14示出了對于旋轉(zhuǎn)角5為-10°、 -5°、 0°、 5°和10。，對于作為tan(e) 的函數(shù)的有效間隙角>，沒有干涉的條件。該線下的點(diǎn)發(fā)生干涉。線上面的 點(diǎn)沒有干涉。由于切削刀具的傾斜導(dǎo)致的X位置的誤差刀具繞x軸旋轉(zhuǎn)角S的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生x位置中的誤差。當(dāng)?shù)都庠谔囟ǖ膠位 置時，切削刃(以及面)的端部由于旋轉(zhuǎn)將處于不同的z位置，因而導(dǎo)致在 該z位置的x位置誤差。對于給定的切削深度C,作為旋轉(zhuǎn)角5的函數(shù)的x 位置的誤差e(5)通過以下給出 Z+C.5)-X(Z)換句話說，由于x旋轉(zhuǎn)角s,當(dāng)我們從刀尖向切削面上的任一點(diǎn)移動時， 存在輪廓的相對改變。該位置誤差通過以下公式涉及5的最大值 ￡(S)= C.S.tan(e)=C.tan(e).5 (公式14)。對于如上所述的沿x方向的正弦調(diào)制，位置誤差簡化為 ￡(S)=C.A.B.S。如可看見的，位置誤差s(S)關(guān)于旋轉(zhuǎn)角S線性增加。以上沖莫型提供了防止千涉的參數(shù)數(shù)值的一些見解。增加的側(cè)間隙角允許在刀路上更大的傾斜度(e值)而沒有局部干涉。對于4交小的角度，主間隙 角和允許的環(huán)繞刀路的傾斜度之間的關(guān)系幾乎線性的。切削的正弦路徑中的 間隙角的增大對于給定的波長允許更大的振幅，或?qū)τ诠潭ǖ恼穹试S更小的周期。遠(yuǎn)離工件表面傾斜頂部切削面(增加旋轉(zhuǎn)角，正s)有效地增加了沿切 削方向的側(cè)間隙角。另一方面，朝工件表面傾斜頂部切削面(減少旋轉(zhuǎn)角，負(fù)S)降低有效的側(cè)間隙角。正(遠(yuǎn)離工件表面)旋轉(zhuǎn)角5被期望以增加沿
切削方向的有效間隙而沒有物理上地增加切削刀具上的間隙角。何形式的偏差。V形刀具的夾角不得不減少以補(bǔ)償由于傾斜導(dǎo)致的改變(旋 轉(zhuǎn)角S增加)，以實(shí)現(xiàn)切入零件內(nèi)的夾角沒有傾斜。當(dāng)?shù)湫蛯?shí)施例出于說明的目的而被提出時，前述的說明不應(yīng)該被認(rèn)為是 本發(fā)明范圍的限制。相應(yīng)地，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可進(jìn)行各種修改、改變和替 換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種確定對于沿工件(20)的任意指定的路徑的切削刀具(10)的刀具幾何條件和刀具方位的方法，該方法包括提供參數(shù)組，其中該參數(shù)組的參數(shù)包括刀具幾何和關(guān)于工件(20)表面的刀具方位；確定所述參數(shù)組中的參數(shù)的數(shù)值，使得不發(fā)生局部干涉或整體干涉，其中局部干涉發(fā)生在所述刀具(10)的切削刀刃緊鄰的刀具(10)部分接觸已被切削刀刃切削的槽的側(cè)壁時，且整體干涉發(fā)生在遠(yuǎn)離所述切削刀刃的刀具的部分接觸已被所述切削刀刃切削的槽的側(cè)壁時；和根據(jù)確定的參數(shù)的數(shù)值，提供實(shí)際的切削刀具和刀具方位以避免干涉。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述刀具路徑大致沿z方向而在x 方向具有調(diào)制，且進(jìn)入所述工件(20)的方向垂直于x方向和z方向。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述刀具幾何條件包括朝向工件表面 定位的頂面、第一側(cè)間隙面(130A)和第二側(cè)間隙面(130B)，且其中下面 的條件對于所述第 一和第二側(cè)間隙面上的點(diǎn)對于沿所述路徑的所有位置有 效<formula>formula see original document page 2</formula>其中Y是第一和第二側(cè)間隙面相對于工件(20)表面的側(cè)間隙角，X(Z) 是當(dāng)?shù)毒?10)的刀尖(110)處于沿z軸的位置Z時，所述側(cè)間隙面的一 個上的點(diǎn)的x座標(biāo)，且Z-AZ是刀尖(110)在較早時間的位置。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述刀具路徑是使得刀尖進(jìn)入所述工 件(20)表面深度t,且下面的條件對在所述第一和第二側(cè)間隙面(130A, 130B )上的所有點(diǎn)對沿所述路徑的所有位置有效<formula>formula see original document page 2</formula> 其中(3是前間隙角，其為所述第一和第二側(cè)間隙面的交線(135)與所 述工件表面的夾角。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述刀具幾何條件包括朝向所述工件 (20)表面定位的頂部面(120)、第一側(cè)間隙面(130A)和第二側(cè)間隙面 (130B), y是在所述刀具(10)的任意旋轉(zhuǎn)前，所述第一和第二側(cè)間隙面相對于所述工件(20)表面的側(cè)間隙角，所述刀具(10)被定位以使得繞x軸旋轉(zhuǎn)角度S,這樣所述側(cè)間隙角y變成如下定義的有效間隙角>: tan(Yn):[(cos(5)sin( (}) )-sin(5)cos( c]) )sin(a))/cos( (J) )sin(a)] 其中a是切削半夾角，(兀/2-(}))是第一間隙面(130A)和所述頂部面 (120)之間的夾角，且其中以下條件對在所述第一和第二側(cè)間隙面上的所 有點(diǎn)對沿所述路徑的所有位置有效 tan—' |Z(Z) - AXZ — AZ)|, 其中X(Z)是當(dāng)所述刀具(10)的刀尖(110)處在沿Z軸的位置時，所 迷側(cè)間隙面的一個上的點(diǎn)的x座標(biāo)的數(shù)值，且Z-AZ是所述刀尖(110)在 較早的時間的位置。
6. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述刀具幾何條件包括朝向所述工件 表面定位的頂部面(120)、第一側(cè)間隙面(130A)和第二側(cè)間隙面(130B), 其中所述切削刀具(10)具有V形橫截面，該V形橫截面具有半夾角a，繞 x軸成5角，這樣所述切削刀具將切削所述工件(20)的表面內(nèi)的調(diào)制的V 形槽，其具有如下定義的半夾角an:tan(an)=[tan(a)]/cos(5)]
7. 工件(20)，其被按權(quán)利要求6所述的方法提供的實(shí)際切削刀具(10) 根據(jù)權(quán)利要求6提供的方位切削，其中所述物理切削刀具具有遠(yuǎn)離所述工件 表面傾斜角度S的所述頂部面(120)，這樣所述切削刀具具有沿切削方向的 有效側(cè)間隙角Yn,且其中所述工件(20)包括母模。
8. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述刀具幾何條件包括朝向所述工件 表面定位的頂部面(120)、第一側(cè)間隙面(130A)和第二側(cè)間隙面(130B), 且所述切削刀具(10 )繞x軸成S角定位，由于S，被旋轉(zhuǎn)的刀具在工件(20 ) 的表面上切削的切削刀具輪廓離開所述設(shè)定路徑的相對x方向的偏差s通過 以下給出sC5， G.&tance)=c.tan(;e;).s，其中e是所述設(shè)定路徑關(guān)于z軸的角度且c是所述切削刀具(io)切進(jìn) 所述工件的切口的深度。
9. 一種副模，其具有利用權(quán)利要求l提出的方法生產(chǎn)的沒有由局部和整體干涉導(dǎo)致的擦傷缺陷的表面。
全文摘要
本發(fā)明描述了確定對于沿工件的任意指定的路徑的切削刀具的刀具幾何條件和刀具方位的方法。該方法包括提供參數(shù)組，其中該參數(shù)組的參數(shù)包括刀具幾何條件和關(guān)于工件表面的刀具方位；確定參數(shù)組中的參數(shù)的數(shù)值，使得不發(fā)生局部干涉或整體干涉，其中局部干涉發(fā)生在刀具的切削刀刃緊鄰的刀具部分接觸已被切削刀刃切削的槽的側(cè)壁時，且整體干涉發(fā)生在遠(yuǎn)離切削刀刃的刀具的部分接觸已被切削刀刃切削的槽的側(cè)壁時；根據(jù)確定的參數(shù)值提供實(shí)際的切削刀具和刀具方位以避免干涉。
文檔編號G05B19/4093GK101164027SQ200680013797
公開日2008年4月16日 申請日期2006年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者歐文·W·梁, 維諾德·P·庫瑪 申請人:通用電氣公司