(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211224374.2 (22)申请日 2022.10.08 (71)申请人 杭州电子科技大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2 号大街 (72)发明人 倪敬　张浩翰　刘轩松　崔一鸣　 郭跃　蒙臻　 (74)专利代理 机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 33240 专利代理师 陈炜 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/10(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设 计方法 (57)摘要 本发明公开了一种性能导向的内凹功能结 构拉刀优化 设计方法； 该方法如下： 一、 获取切削 过程中的剪切力。 二、 获取被优化拉刀的摩擦系 数。 三、 对被测拉刀进行参数优化。 本发 明针对具 有内凹功能结构的拉刀， 实现了切削过程中的剪 切力和摩 擦系数的精准计算， 实现了对内凹功能 结构的几何尺 寸与拉刀切削参数的关联， 实现内 凹功能结构刀具切削性能的评测和优化。 本发明 通过引入内凹功能结构的宏观几何尺 寸， 实现了 通过调控功能结构的几何尺寸， 进而优化和改善 刀具的切削性能。 本发明根据获得的内凹功能结 构拉刀的剪切力Fs和摩擦系 数u1， 对拉刀的功 能 结构尺寸进行调整， 提高了拉刀的性能。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115422616 A 2022.12.02 CN 115422616 A 1.一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设计方法， 其特征在于： 被优化拉刀的前刀 面设置有功能结构(1 ‑1)； 功能结构(1 ‑1)包括沿着切削刃方向依次排列的多个凹槽单 元； 该参数优化方法包括以下步骤： 步骤一、 获取切削过程中的剪切力Fs； 1‑1.拉刀与切屑之间的实际接触面积Ac的表达式如下： Ac＝l·(d‑ny1)+lw·n·y1 其中， l为刀屑贴合在被测试前刀面所在平面上的长度； lw是刀屑对齐凹槽单元的部分 与前刀面的接触长度； d为切屑宽度； y1为凹槽单 元的宽度； n 为切屑对齐的凹槽单 元数量； 1‑2.被优化拉刀在切削过程中的剪切力Fs的表达式如下： 其中， τs为被优化拉刀的剪切应力， 为刀‑屑间的剪切角； β 为刀 ‑屑接触面的摩擦角； γ是拉刀的前角； 步骤二、 获取被优化拉刀的摩擦系数u1； 被优化拉刀的摩擦系数u1的表达式如下： 其中， FC为切削力； 步骤三、 对被测拉刀进行参数优化； (1)若Fs＞180N且u1＞0.6， 则使用以下 方案中的若干种进行参数调整： 方案①.将被优化拉刀的前角γ为调整原数值的80％～ 90％； 方案②.减小被优化拉刀上凹槽单元的宽度y1和相邻两个凹槽单元的间距z1； y1和z1 的取值范围为1 μm～ 200 μm； (2)若120＜Fs＜180N或0.5＜u1＜0.6， 且被优化拉刀用于加 工硬度小于或等于160HBW 的工件， 则使用以下两种方案中的若干种进行参数调整： 方案①.增大被优化拉刀上凹槽单 元的宽度y1； 增大的幅度为原数值的3％～5％； 方案②.增大被优化拉刀上凹槽单 元的宽度z1； 增大的幅度为原数值的10％～ 20％； (3)若120＜Fs＜180N或0.5＜u1＜0.6， 且被优化拉刀用于加工硬度大于160HBW的工件， 则使用以下两种方案中的若干种进行参数调整： 方案①.减小被优化拉刀上凹槽单 元的宽度y1； 减小的幅度为原数值的5％～7％； 方案②.减小被优化拉刀上凹槽单 元的宽度z1； 减小的幅度为原数值的10％～ 20％； 除本步骤上述的三种情况外， 被优化拉刀切削性能符合要求， 不调整参数； 被优化拉刀的参数 经过调整后， 重新执 行步骤一和二。 2.根据权利要求1所述的一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设计方法， 其特征在 于： 接触长度lw的取值方式如下： 当切屑与拉刀前刀面的接触范围未超过凹槽单元远离刃口的端部时， 接触长度lw的表 达式如下： lw＝s1 其中， s1为凹槽单 元与切削刃的间距；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422616 A 2当切屑与拉刀前刀面的接触范围超过凹槽单元远离刃口的端部时， 接触长度lw的表达 式如下： lw＝l‑x1 其中， x1为凹槽单 元的长度。 3.根据权利要求1所述的一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设计方法， 其特征在 于： 在Fs＞180N且u1＞0.6的情 况下， 调整被优化拉刀的剪切角 使得被优化拉刀的前刀面 与被加工垂直 面的夹角小于前角γ的预设的阈值比例； 该阈值比例为3 0％～50％。 4.根据权利要求1所述的一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设计方法， 其特征在 于： 在Fs＞180N且u1＞0.6的情况 下， 更换被优化拉刀的材 料， 被优化拉刀的硬度增大。 5.根据权利要求1所述的一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设计方法， 其特征在 于： 被优化拉刀在对工件进行拉削时采用正交拉削。 6.根据权利要求1所述的一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设计方法， 其特征在 于： 所述的凹槽单元呈矩形， 其长度为0.7mm～1mm， 宽度为0.03mm～0.08mm， 相邻两个凹槽 单元的间距为0.1m m～0.2mm。 7.根据权利要求1所述的一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设计方法， 其特征在 于： 被优化拉刀为单齿拉刀。 8.根据权利要求7所述的一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设计方法， 其特征在 于： 被优化拉刀(1)上设置有功能结构(1 ‑1)、 定位孔(1 ‑2)和切削刃(1 ‑3)； 被优化拉刀(1) 的前角γ为10 °～15°； 被优化拉刀1 的后角 α 为5 °～8°； 所述的定位孔(1 ‑2)的直径为3.5mm ～4.5mm； 所述的切削刃(1 ‑3)的有效长度为0.2m m～0.6mm。 9.根据权利要求7所述的一种性能导向的内凹功能结构拉刀优化设计方法， 其特征在 于： 被优化拉刀(1)底部靠近刃口的一侧设置有限位结构(1 ‑4)； 所述的限位结构(1 ‑4)呈内 凹的楔形。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422616 A 3