斜圆柱结构的新型微细球端铣刀的设计与制造

doi:10.3901/JME.2015.21.185

机械工程学报 ›› 2015, Vol. 51 ›› Issue (21): 185-190.doi: 10.3901/JME.2015.21.185

扫码分享

斜圆柱结构的新型微细球端铣刀的设计与制造

方泽平, 刘志兵, 何理论, 王西彬, 焦黎

北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室北京 100081

收稿日期:2014-11-09 修回日期:2015-06-30 出版日期:2015-11-05 发布日期:2015-11-05
通讯作者: 刘志兵，男，1977年出生，博士，副教授。主要研究方向为先进制造技术。 E-mail：liuzhibing@bit.edu.cn
作者简介:方泽平，男，1985年出生，博士研究生。主要研究方向为微细切削刀具技术。 E-mail：zpf011@sina.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(50935001，51375055)

Design and Manufacture of a New Micro Ball End Milling with Helical Cylindrical Structure

FANG Zeping, LIU Zhibing, HE Lilun, WANG Xibin, JIAO Li

Key Laboratory of Fundamental Science for Advanced Machining, Beijing Institute of Technology,
Beijing 100081

Received:2014-11-09 Revised:2015-06-30 Online:2015-11-05 Published:2015-11-05

摘要/Abstract

摘要： 针对微细切削刀具的特点与应用需求，设计一种斜圆柱结构的新型微细球端铣刀，将铣刀球端刀刃复杂的空间曲线转化为易加工的平面曲线。根据所设计铣刀的几何结构特征，从制造工艺方面进行刀具结构的调整，分析刀具的刃磨成形原理，并在微细刀具数控刃磨机上完成该刀具的制作。通过与传统螺旋槽球端铣刀和椭圆柱刃型球端铣刀的切削性能对比试验，研究所设计刀具的切削性能。试验结果表明，所设计的微细球端立铣刀在显著降低刀具制备难度的同时，具有较高的切削刃强度，能够满足硬脆性材料的微细切削要求。

关键词: 刀具刃磨, 刀具设计, 切削性能, 微细立铣刀

Abstract: According to the characteristics of micro cutting tools and their application requirement, a new design method of micro ball end mill with helical cylindrical structure is proposed. It changes the cutting edge of ball end milling from the complex space curve into a plane curve. Based on the geometric structure characteristics of the new designed micro ball end mill, the cutting tool structure is optimized with respect to the manufacturing process. Through the analysis of the principle of tool grinding process, the designed tool is fabricated in micro NC grinder. The cutting performance of the new designed tool is investigated through cutting experiment compared to the cutting performance of traditional spiral groove ball end milling and elliptical ball end mill. The results indicate that the designed micro ball end mill can achieve higher cutting edge strength, which can meet the micro cutting requirement for hard brittle materials. In the meantime, the complexity of cutting tool preparation can decrease dramatically.

Key words: cutting performance, tool design, tool grinding, micro end mill

方泽平, 刘志兵, 何理论, 王西彬, 焦黎. 斜圆柱结构的新型微细球端铣刀的设计与制造[J]. 机械工程学报, 2015, 51(21): 185-190.

FANG Zeping, LIU Zhibing, HE Lilun, WANG Xibin, JIAO Li. Design and Manufacture of a New Micro Ball End Milling with Helical Cylindrical Structure[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(21): 185-190.

参考文献

[1] CHAE J，PARK S S，FREIHEIT T．Investigation of micro-cutting operations[J]．International Journal of Machine Tools & Manufacture，2006，46：313-332.
[2] 刘志兵，王西彬．微细切削刀具及其相关技术研究进展[J]．中国机械工程，2010，21(14)：1758-1763. LIU Zhibing，WANG Xibin．State-of-the-art of micro cutting tool and its related technologies[J]．China Mechanical Engineering，2010，21(14)：1758-1763.
[3] DOMFELD D，MIN S，TAKEUCHI Y．Recent advances in mechanical micromachining[J]．Annals of the CIRP，2006，55：745-768.
[4] FANG F Z，WU H，LIU X D．Tool geometry study in micromachining[J]．Journal of Micromechanics and Micro Engineering，2003，13(5)：726-731.
[5] OSAMU O，HIROMICHI O，SEUNGKI M，et al．Characteristics of grooving by micro end mills with various tool shapes and approach to their optimal shape[J]．Memoirs of the Faculty of Engineering，Kyushu University，2007，67(4)：143-151.
[6] CHENG X，NAKANMOTO K，SUGAI M，et al．Development of ultra-precision machining system with unique wire EDM tool fabrication system for micro/nano machining[J]．Annals of the CIRP，2008，57：415-420.
[7] CHENG X，WANG Z G，NAKANMOTO K，et al．A study on the micro tooling for micro/nano milling[J]．Int. J. Adv. Manuf. Technol.，2011，53：523-533.
[8] CHENG X，WANG Z G，NAKANMOTO K，et al．Design and development of PCD micro straight edge end mills for micro/nano machining of hard and brittle materials[J]. Journal of Mechanical Science and Technology，2010，24(11)：2261-2268.
[9] KAZUO N，KAZUTOSHI K，HITOSHI O，et al．A study on the quality of micro-machined surfaces on tungsten carbide generated by PCD micro end-milling[J]．CIRP Annals-Manufacturing Technology，2012，61：567-570.
[10] FLEISCHER J，DEUCHERT M，RUHS C，et al．Design and manufacturing of micro milling tools[J]．Microsyst. Technol.，2008，14：1771-1775.
[11] MASAHIKO J，ISAMU G，TAKESHI W，et al．Dvelopment of CBN ball-nosed end mill with newly designed cutting edge[J]. Journal of Materials Processing Technology，2007，192-193：48-54.
[12] JAN C A，INGO G R，GUIDO M S．Manufacture and application of ultra-small micro end mills[J]．CIRP Annals - Manufacturing Technology，2012，61(1)：83-86.
[13] AOYAMA H，KISHINAMI T，SAITO K．Development of elliptic ball-end mill[J]．Bull. Japan Soc. Precision Engg.，1986，20(4)：291-293.
[14] LIN P，LIN Mingfu．Geometric modelling of an elliptic ball-end mill[J]．Proc. IMechE Part B：Journal of Engineering Manufacture，2005，219：87-97.
[15] 刘刚，王亚飞，张恒，等. 基于分屑原理的螺旋铣孔专用刀具研究[J]. 机械工程学报，2014，50(9)：176-184. LIU Gang，WANG Yafei，ZHANG Heng，et al．Research on helical milling specialized tool based on chip-splitting principle[J]. Journal of Mechanical Engineering，2014，50(9)：176-184.

斜圆柱结构的新型微细球端铣刀的设计与制造

Design and Manufacture of a New Micro Ball End Milling with Helical Cylindrical Structure

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	杨树财, 韩佩, 佟欣, 刘献礼, 张晓辉. 刀具介观几何特征成形技术及其作用研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(5): 317-351.
[2]	冯伯华, 栾志强, 张若冲, 夏雨, 姚伟强, 胡晓冬, 许雪峰. 电渗效应对水基切削液在刀-屑界面渗透润滑影响机理的实验研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(9): 320-334.
[3]	李明星, 岳彩旭, 刘献礼, 陈志涛, 姜志鹏, 岳大荀, STEVEN Y L. 钛合金框架类零件铣削用立铣刀设计与应用研究进展[J]. 机械工程学报, 2023, 59(23): 283-309.
[4]	刘汉中, 张瑞涛, 宗文俊, 孙涛. 微圆弧金刚石刀具刃磨关键技术及应用[J]. 机械工程学报, 2023, 59(21): 34-42.
[5]	丁明娜, 刘献礼, 岳彩旭, 范梦超, 顾浩. 面向智能制造过程的刀具设计、制备与管控技术[J]. 机械工程学报, 2023, 59(19): 429-459.
[6]	梁志强, 马悦, 陈建军, 李玉, 马丹, 曹宇轩, 蔡荣宾, 郭海新, 王西彬. 横刃修磨高长径比微细钻削刀具的钻削性能研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(7): 244-252.
[7]	郭江, 王兴宇, 赵勇, 许永波, 崔海龙, 魏兆成, 金洙吉, 康仁科. 微织构刀具制备技术及加工性能研究新进展[J]. 机械工程学报, 2021, 57(13): 172-200.
[8]	连云崧, 谢超平, 周伟, 褚旭阳, 赵国龙. 基于血蚶表面微结构的仿生刀具干切削GH4169的性能研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(13): 242-251.
[9]	吕涛, 黄水泉, 胡晓冬, 冯伯华, 许雪峰. 静电微量润滑气雾特性及其切削加工性能研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(1): 129-138.
[10]	刘献礼, 范梦超, 计伟, 王广越, 赵泽民. 椭球头铣刀设计及其刀具路径生成算法[J]. 机械工程学报, 2018, 54(15): 199-212.
[11]	陈涛, 王道源, 李素燕, 刘献礼. 渐变倒棱PCBN刀具设计制造及磨削精度检测[J]. 机械工程学报, 2018, 54(11): 214-221.
[12]	毛聪, 卢继, 梁昶, 张明军, 胡永乐. CBN-WC-10Co复合材料单纤维切削性能[J]. 机械工程学报, 2017, 53(15): 188-200.
[13]	何理论, 刘志兵, 王西彬, 闫正虎, 吕唯唯, 焦黎. 基于无瞬心包络的微细铣刀螺旋槽刃磨分析^*[J]. 机械工程学报, 2016, 52(19): 197-203.
[14]	刘献礼, 计伟, 范梦超, 王昌红. 基于特征的刀具“形-性-用”一体化设计方法[J]. 机械工程学报, 2016, 52(11): 146-153.
[15]	陈明;刘钢;张晓辉;沈中;杨贵军. 新型低碳硫系易切削钢切削性能试验[J]. , 2007, 43(9): 161-166.