1.一种渐变刃口形状立铣刀磨制方法,该方法应用于具有刀头、切削刃、刃口和端刃的刀具,其特征在于,具体步骤包括:步骤S1:针对同一待加工零件,使用若干组不同渐变刃口形状的立铣刀在相同的切削条件下进行实际加工实验,以采集不同渐变刃口形状立铣刀在待加工零件上的切削状态数据,其中,渐变刃口形状包括刃口宽度和刃口角度,切削状态数据包括作用在刃口上的切削载荷参数、切削温度参数和切削振动幅度参数;
将刃口宽度和刃口角度依次标记为RKd、RKj;设定刃口宽度的初步范围为0.1mm≤RKd≤0.5mm;
刃口角度的范围为10°≤RKj≤40°;
根据以上渐变刃口形状的参数范围,选用具有不同刃口形状的立铣刀,并在磨削工艺中制备不同形状的渐变刃口立铣刀;
通过力传感器实时测量每组立铣刀在切削过程中作用于刀具上的切削载荷参数,切削载荷参数包括主切削力和侧切削力;
使用红外热成像仪或嵌入式热电偶传感器监测刀具刃口的切削温度参数;
通过三维振动传感器记录切削过程中刀具的切削振动幅度参数;
步骤S2:根据实验验证或专家组评定,为步骤S1中的不同渐变刃口形状立铣刀设定寿命评判标准,寿命评判标准用于为切削状态数据包括的各个参数设定基准值和警戒阈值,警戒阈值取值范围为0%至100%;并基于这些基准值和警戒阈值,生成渐变刃口形状的初步调整策略,并基于初步调整策略对立铣刀的渐变刃口形状进行调整;
寿命评判标准包括:切削载荷评判标准、切削温度参数评判标准和切削振动幅度评判标准;
将切削载荷参数、切削温度参数和切削振动幅度参数依次标记为CL、CT、CV,其中,将切削载荷参数包括的主切削力和侧切削力依次标记为CLm、CLs;依次设定切削载荷参数、切削温度参数和切削振动幅度参数的警戒阈值分别为第一警戒阈值、第二警戒阈值、第三警戒阈值;第一警戒阈值、第二警戒阈值、第三警戒阈值根据专家组通过实验数据进行调整;
将经过初步调整策略调整后的刃口宽度和刃口角度依次标记为RKd(t+1)、RKj(t+1);
RKd(t+1)、RKj(t+1)中的t+1为调整后进行以下步骤S3的实际切削实验时刻;
步骤S3:使用调整后的立铣刀进行实际切削实验,同时在切削实验过程中持续监测切削状态数据;
步骤S4:将步骤S3中获得的切削状态数据与步骤S2中对应的基准值和警戒阈值进行比对分析,从切削载荷参数、切削温度参数和切削振动幅度参数中,筛选出超过对应基准值所设定的警戒阈值的参数;
步骤S5:将步骤S3中切削状态数据包括的切削载荷、切削温度和切削振动幅度参数进行结合分析,生成调整指数,该调整指数用于根据步骤S4中筛选出的切削状态数据,为立铣刀的渐变刃口形状提供微调策略,基于微调策略对立铣刀的渐变刃口形状进行调整;
步骤S6:重复步骤S3至步骤S5,直到切削状态数据包括的切削载荷参数、切削温度参数和切削振动幅度参数均符合对应的寿命评判标准为止。
2.根据权利要求1所述的一种渐变刃口形状立铣刀磨制方法,其特征在于:对于切削载荷评判标准:将每个渐变刃口形状刀具的初始切削载荷参数作为基准值,当主切削力或侧切削力变化超过基准值的第一警戒阈值时,即判定刀具处于即将磨损状态,并调整刀具渐变刃口形状;
第一警戒阈值设定为30%;
设定第t个时刻的主切削力和侧切削力分别为CLm(t)、CLs(t);
将初始主切削力和初始侧切削力分别标记为CLm(0)、CLs(0),当任一时刻主切削力CLm(t)或CLs(t)满足以下条件时,则进入磨损预警,初步调整策略为减小刃口宽度RKd或增大刃口角度RKj;
对于切削温度参数评判标准:
将切削温度参数的基准值设定为初始温度CT(0),当切削温度参数超过初始温度的第二警戒阈值时,表示刀具热疲劳增加,则进入温度预警,触发刀具渐变刃口形状调整;
第二警戒阈值设定为20%;
将第t个时刻的切削温度标记为CT(t);
当满足 时,刀具热疲劳进入预警状态,仅对刃口宽度RKd进行增加调整;
对于切削振动幅度评判标准:
将切削振动幅度参数的基准值设定为初始振动幅度CV(0),当切削振动幅度参数增加超过初始振动幅度的第三警戒阈值时,刀具处于振动不稳定状态,则进入振动预警,触发刀具渐变刃口形状调整;
设定第t个时刻的切削振动幅度参数为CV(t);第三警戒阈值为50%;
当满足 时,减小刃口角度。
3.根据权利要求2所述的一种渐变刃口形状立铣刀磨制方法,其特征在于:获取初步调整策略以对立铣刀的渐变刃口形状进行优化调整,并使用调整后的立铣刀进行实际切削实验,同时在切削实验过程中持续监测切削状态数据,具体包括:将步骤S3中实际切削实验时刻t+1监测的切削状态数据进行标记,形成CLm(t+1)、CLs(t+1)、CT(t+1)、CV(t+1)。
4.根据权利要求3所述的一种渐变刃口形状立铣刀磨制方法,其特征在于:将步骤S3中获得的切削状态数据与步骤S2中对应的基准值和警戒阈值进行比对分析,从切削载荷、切削温度和切削振动幅度参数中,筛选出超过对应基准值所设定的警戒阈值的参数,具体包括:基于切削载荷评判标准,将超过初始主切削力的第一警戒阈值的主切削力标记为CLm′(t+1);
基于切削载荷评判标准,将超过初始侧切削力的第一警戒阈值的侧切削力标记为CLs′(t+1);
基于切削温度参数评判标准,将超过初始温度的第二警戒阈值的切削温度参数标记为CT′(t+1);
基于切削振动幅度评判标准,将超过初始振动幅度的第三警戒阈值的切削振动幅度参数标记为CV′(t+1)。
5.根据权利要求4所述的一种渐变刃口形状立铣刀磨制方法,其特征在于:调整指数的构建,具体包括:定义调整指数为AItotal,计算公式如下:
其中,AICL是切削载荷调整指数,表征切削载荷参数的相对变化量,AICL计算公式如下:其中,η1为正常数项,0.08≤η1≤0.65,用于确保AICL大于0;
AICT是切削温度调整指数,表征切削温度的变化量,AICT计算公式如下:其中,η2为正常数项,0.03≤η2≤0.53,用于确保AICT大于0;
AICV是切削振动调整指数,表征切削振动的变化量,计算公式如下:其中,η3为正常数项,0.011≤η3≤0.71,用于确保AICV大于0,且 w1、w2、w3为权重系数。
6.根据权利要求5所述的一种渐变刃口形状立铣刀磨制方法,其特征在于:调整指数用于根据步骤S4中筛选出的切削状态数据,对初步调整策略提供微调策略,具体包括:对初步调整策略提供微调策略,包括:
确定步骤S4中在警戒阈值以上的切削状态数据,对CLm′(t+1)、CLs′(t+1)、CT′(t+1)、CV′(t+1)中存在的参数按照从大到小顺序进行排序,并根据排序结果,对相应的权重系数的分配比例进行调整,调整策略如下;
当CLm′(t+1)、CLs′(t+1)中任意一个排序第一位置时,w1增加当前值的10%,w2、w3均进行相同数值的减少,以确保w1+w2+w3=1;
当CT′(t+1)排序第一位置时,w2增加当前值的10%,w1、w3均进行相同数值的减少,以确保w1+w2+w3=1;
当CV′(t+1)排序第一位置时,w3增加当前值的10%,w1、w2均进行相同数值的减少,以确保w1+w2+w3=1;
经过初步调整策略的刃口宽度RKd(t+1)调整公式为:其中,ΔRKd%为基于调整指数的宽度调整百分比;RKd′(t+1)为经过微调策略调整后的刃口宽度;
经过初步调整策略的刃口角度RKj(t+1)调整公式为:其中,ΔRKj°为基于调整指数的角度调整度数;RKj′(t+1)为经过微调策略调整后的刃口角度。
7.根据权利要求6所述的一种渐变刃口形状立铣刀磨制方法,其特征在于:直到切削状态数据包括参数均符合对应的寿命评判标准为止,具体停止条件,包括:根据切削载荷参数评判标准,将 作为切削载荷参数停止循环条件;
根据切削温度参数评判标准,将 作为切削温度参数停止循环条件;
根据切削振动幅度参数评判标准,将 作为切削振动幅度参数停止循环条件。
8.一种渐变刃口形状立铣刀,其特征在于:所述渐变刃口形状立铣刀用于执行权利要求1‑7任意一项所述的渐变刃口形状立铣刀磨制方法,包括:刀具还包括刀柄和排屑槽;
刀头上设有至少四个切削刃,切削刃前部设有排屑槽,切削刃后部设有刃口和端刃,所述刀头底部设有底刃与切削刃相交,刃口沿引导线渐变变化,且至少四个切削刃上的刃口以奇数刃口与偶数刃口交替设置,奇数刃口与偶数刃口形状呈相反变化设置;
刀头底部设有底刃与切削刃相交,且至少四个切削刃在刀头轴向均匀间隔分布;
刃口呈倾斜平面,刃口两侧边缘朝内侧沿引导线渐进地向内倾斜设置,刃口宽度为端刃侧往刀柄侧逐渐变窄的距离;
引导线由最速曲线段与圆弧段相连接形成;圆弧段位于最速曲线段之间,使刃口宽度的变化速度逐渐减小。