(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 202210569010.1 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 北京交通大 学 地址 100044 北京市海淀区西直门外上园 村3号 (72)发明人 蔡永林　朱灿　赵明波　 (74)专利代理 机构 北京市诚辉律师事务所 11430 专利代理师 朱伟军　耿慧敏 (51)Int.Cl. B23C 5/12(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) (54)发明名称 高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化 设计方法 (57)摘要 本发明涉及高速数控 鞋楦加工领域， 具体涉 及一种高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优 化设计方法， 该方法包括以下步骤： (1)将准圆环 铣刀的铣刀刀片绕刀具径向旋转一定角度， 此时 的刀具母线是由刀片偏心和旋转叠加形成， 近似 于标准圆； (2)推导出倾斜刃圆环铣刀的母线方 程； (3)得到倾斜刃圆环铣刀的母线与拟合出的 标准圆之间的误差； (4)优化得出一组误差最小 时的旋转轴位置和旋转角度。 本发 明对准圆环铣 刀提出通过旋转刀片降低误差、 提高加工精度， 根据实例计算 误差降低了 64.33％。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114799303 A 2022.07.29 CN 114799303 A 1.一种高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀优化设计方法， 基于准圆环铣刀进行优化， 所述准圆环铣刀包括铣刀刀片和刀体； 所述铣刀刀片刃所在平面未过刀具几何中心， 所述 铣刀刀片逆时针偏置 h； 其特征在于， 包括以下步骤： S1： 将准圆环铣刀的铣刀刀片绕刀具径向旋转一定角度， 建立铣刀刀片的刀刃包络面 的三维模型； S2： 推导出倾 斜刃圆环铣刀的母线方程和刀刃包络面母线方程； S3： 得到倾 斜刃圆环铣刀的母线与拟合出的标准圆之间的误差； S4： 优化得 出一组误差最小时的旋转轴位置和旋转角度。 2.根据权利要求1所述的高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法， 其特征 在于： 所述步骤S1具体为： 将准圆环铣刀的铣刀刀片绕刀具径向旋转一定角度θ， 建立铣刀刀 片的刀刃包络面的三维模型， 设圆环铣刀简化模型的铣刀刀片旋转一周的中心Ot为坐标原 点， 以左手法则建立坐标系Ot‑XtYtZt， 其中铣刀刀片中心点到Ot的距离为R， R是铣刀刀片中 心所在的圆的半径； XtOtYt平面与铣刀刀片中心相交于O1点， 再以O1为坐标原点建立局部坐 标系O1‑X1Y1Z1， 其坐标轴方向与Ot‑XtYtZt方向一致； 设标准圆环铣刀的铣刀刀片的刀具母线 Γ初始位置在X1O1Y1平面上， 其中心为坐标原点O1， 半径r， q为刀具母线Γ上的任意一点； 在 坐标系O1‑X1Y1Z1中， 标准圆环铣刀的截面圆方程为： rq＝[rcosγ   ‑rsinγ 0]T， 其中γ为刀 具母线上的点q与O1的连线O1q与X1轴的夹角。 3.根据权利要求2所述的高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法， 其特征 在于： 所述步骤S2中， 计算出旋转θ后的刀具母线方程 为： 此时的刀具母线并非为实 际加工时的刀刃包络面母线， β 为铣刀刀刃所在平面与轴线 存在的偏移距离h转换为刀刃平面与轴线的旋转夹角， 推导出倾斜刃圆环铣刀的刀刃包络 面母线方程 为： 其中， ω＝arctan( ‑D3/D1)。 4.根据权利要求3所述的高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法， 其特征 在于： 所述步骤S3具体包括： 利用最小二乘法对倾斜刃圆环铣刀的刀刃包络面方程进行数据 拟合， 得到标准圆的圆心以及半径； 用每个离散数据点与对应标准圆上 的点之间的距离累 计之和除以数据点的个数定义 为圆环铣刀的误差， 得 出误差T计算的公式：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114799303 A 2其中 5.根据权利要求4所述的高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法， 其特征 在于： 所述步骤S4具体包括： 根据遗传算法步骤， 对其进行优化， 经过迭代优化算法达到收 敛， 此时误差T最小， 优化的约束条件设置为： 优化得出的数据为： a1＝‑8.2409， a2＝‑7.2455， c2＝0.0960， θ＝0.1229， θ为弧度制， 最 小误差0.02279。 6.根据权利要求5所述的高速数控鞋楦加工倾斜刃圆环铣刀及优化设计方法， 其特征 在于： 所述步骤S4中， 根据遗传算法步骤， 设置种群规模为20个， 染色体个数为3个， 经过200 次迭代优化 算法达到收敛， 得到的误差T最小。 7.一种高速数控鞋楦加工倾 斜刃圆环铣刀， 其特 征在于： 包括刀体(1)和若干个刀片(2)， 所述若干个刀片(2)圆周分布在刀体(1)上； 所述刀片(2)为圆台结构， 其圆台结构的下底面 为刀刃； 所述圆台结构的下底面与刀体(1)上优化的轴线之间存在夹角， 夹角为7.0417 °， 此时 误差最小。 8.根据权利要求7 所述的高速数控鞋楦加工倾 斜刃圆环铣刀， 其特 征在于： 所述刀片(2)的上底面与刀体(1)固定 。 9.根据权利要求8所述的高速数控鞋楦加工倾 斜刃圆环铣刀， 其特 征在于： 所述刀片(2)的上底面与刀体(1)通过螺钉固定 。 10.根据权利要求9所述的高速数控鞋楦加工倾 斜刃圆环铣刀， 其特 征在于： 所述刀体(1)的外侧上设有固定座(3)， 刀片(2)的上底面通过螺钉固定固定座(3)上； 所述刀片(2)的数量 为三个； 所述 三个刀片(2)在刀体(1)周围圆周均布。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114799303 A 3