中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法
2023-10-22 06:02:07 1
中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法
【專利摘要】本發明公開了中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法，包括以下步驟：參數輸入，將工件的設計尺寸和技術要求輸入到數控系統；數控系統根據步驟一中輸入的參數選擇刀具並計算刀軌數據，確定工具機的C、Z、X三軸的聯動的刀軌數據；通過仿真模塊校驗刀軌數據；裝夾定位；切削加工，啟動數控加工程序，電機帶動刀盤高速迴轉，同時控制工具機主軸帶動工件作C軸運動，控制刀盤作Z軸和X軸運動，通過C、X、Z三軸聯動加工出活塞外表面。該方法採用旋風銑削工藝加工中凸變橢圓活塞，工具機運動精度高、動態穩定性好，易於實現對加工過程的精確控制，而且不需要直線電機、磁致伸縮驅動器等高頻相應執行機構，降低了設備成本。
【專利說明】中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及零件的數控加工領域，尤其涉及中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法。
【背景技術】
[0002]活塞是汽車發動機的關鍵零件，也是發動機中工作條件最惡劣的零部件之一。考慮到活塞自身材料分布不均勻，受熱易產生不規則變形等因素，為保證其在工作環境下儘可能地呈現近似圓形，通常將常溫下的中高速發動機活塞設計成中凸變橢圓形狀:從縱向截面看，它呈鼓形；從橫截面看，則近似於橢圓形。中凸變橢圓活塞可以有效地減少和缸壁間的摩擦，提高活塞的使用壽命。但是，這種複雜的外形也給機械加工帶來極大的困難。
[0003]目前，中凸變橢圓活塞多採用仿形靠模車床加工和數控車床加工兩種方式。靠模加工效率低，質量較差，速度較高時穩定性差，並且靠模製作周期長且不能互換，調整複雜，不便於企業迅速響應用戶需求的變化。隨著汽車工業的發展，對中凸變橢圓活塞的加工精度和加工效率的要求越來越高。因此，該類非圓截面零件的加工系統更傾向於採用數控技術。
[0004]關於中凸變橢圓活塞的數控加工，主要採用車削工藝，即採用專門的活塞數控車床加工。基本原理是，主軸夾持活塞毛坯以較高速度旋轉(以保持必要的切削速度)，同時，實時調整刀具位置，通過刀具沿主軸徑向的高頻往復運動實現非圓加工。這就需要刀架伺服系統具有高頻響、大行程以及高精度特性。所以，活塞數控車床系統需要採用高頻響的直線執行機構作為進給機構，如直線電機、壓電元件、小慣量伺服電機以及超磁致伸縮驅動器等，無疑增加了設備成本。即使如此，當主軸需要以較高速度旋轉時，刀具仍然難以精確跟蹤主軸角度，穩定性差，難以保證加工精度。
【發明內容】
[0005]為解決現有技術存在的不足，本發明公開了中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法，利用該方法可以在專門的工具機上或者在螺紋旋風銑床上或在帶有C軸的且加裝旋風銑頭的數控車床上通過銑削方式加工中凸變橢圓活塞外表面。
[0006]為實現上述目的，本發明的具體方案如下:
[0007]中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:參數輸入，將工件的設計尺寸和技術要求輸入到數控系統；
[0009]步驟二:數控系統根據步驟一中輸入的參數選擇刀具並計算刀軌數據，確定工具機的C、Z、X三軸的聯動的刀軌數據；
[0010]步驟三:通過仿真模塊校驗刀軌數據，當存在幹涉、碰撞現象或者加工誤差時，則返回步驟二，否則，將通過校驗的刀軌數據傳送給數控系統；
[0011]步驟四:裝夾定位，將工件安裝在工具機的工具機主軸上，工件軸線與工具機主軸軸線重合，在刀盤上安裝刀具並保證刀尖內切圓與刀盤同軸，控制刀盤沿工件軸向即Z軸和徑向即X軸運動，使刀盤環繞工件，並進行對刀操作；
[0012]步驟五:切削加工，啟動數控加工程序，電機帶動刀盤高速迴轉，同時控制工具機主軸帶動工件作C軸運動，控制刀盤作Z軸和X軸運動，通過c、x、z三軸聯動加工出活塞外表面。
[0013]所述步驟四的工具機包括工具機主軸，工具機主軸上裝夾有工件，工具機主軸與安裝在旋風銑頭上的刀盤軸線平行且距離可調，刀盤垂直於工具機主軸，刀盤上能安裝若干把能在電機的驅動下高速迴轉的刀具，刀具的刀尖內切圓圓心在刀盤的迴轉軸線上，且其直徑大於工件的最大直徑。
[0014]所述步驟一的活塞的設計尺寸包括直徑、長度、橫向廓形型線、橫向廓形型線，技術要求包括材料、尺寸公差、表面粗糙度。
[0015]所述刀具的數量為2-8。
[0016]所述刀軌數據的計算過程為:
[0017](2-1):首先通過插值方法或經驗公式得到整條型線的數學方程:
[0018]yz = (ζ)；
[0019]其中，ζ為活塞裙部縱向廓形型線上任意點的軸向坐標，yz為該點的徑向坐標，表示兩者的函數關係，見圖3。
[0020](2-2):根據設計公式或通過插值方法得到活塞裙部任意位置的橫向廓形數學方程:
[0022]其中，ζ為該廓形的位置，Φ、和P Oz分別為該廓形上任意點的極角和極徑，f表示極角和極徑間的函數關係。
[0023](2-3):令Φ和ζ在給定範圍內變動，根
【權利要求】
1.中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法，其特徵是，包括以下步驟: 步驟一:參數輸入，將工件的設計尺寸和技術要求輸入到數控系統； 步驟二:數控系統根據步驟一中輸入的參數選擇刀具並計算刀軌數據，確定工具機的C、Z、X三軸的聯動的刀軌數據； 步驟三:通過仿真模塊校驗刀軌數據，當存在幹涉、碰撞現象或者加工誤差時，則返回步驟二，否則，將通過校驗的刀軌數據傳送工具機的數控系統； 步驟四:裝夾定位，將工件安裝在工具機的工具機主軸上，工件軸線與工具機主軸軸線重合，在刀盤上安裝刀具並保證刀尖內切圓與刀盤同軸，控制刀盤沿工件軸向即Z軸和徑向即X軸運動，使刀盤環繞工件，並進行對刀操作； 步驟五:切削加工，啟動數控加工程序，電機帶動刀盤高速迴轉，同時控制工具機主軸帶動工件作C軸運動，控制刀盤作Z軸和X軸運動，通過C、X、Z三軸聯動加工出活塞外表面。
2.如權利要求1所述的中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法，其特徵是，所述步驟一的活塞的設計尺寸包括直徑、長度、橫向廓形型線、橫向廓形型線，技術要求包括材料、尺寸公差、表面粗糙度。
3.如權利要求1所述的中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法，其特徵是，所述步驟四的工具機包括工具機主軸，工具機主軸上裝夾有工件，工具機主軸與安裝在旋風銑頭上的刀盤軸線平行且距離可調，刀盤垂直於工具機主軸，刀盤上能安裝若干把能在電機的驅動下高速迴轉的刀具，刀具的刀尖內切圓圓心在刀盤的迴轉軸線上，且其直徑大於工件的最大直徑。
4.如權利要求3所述的中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法，其特徵是，所述刀具的數量為2-8。
5.如權利要求1所述的中凸變橢圓活塞的數控旋風銑削加工方法，其特徵是，所述刀軌數據的計算過程為: (2-1):首先通過插值方法或經驗公式得到整條型線的數學方程: yz = fi(z)； 其中，Z為活塞裙部縱向廓形型線上任意點的軸向坐標，yz為該點的徑向坐標，表示兩者的函數關係； (2-2):根據設計公式或通過插值方法得到活塞裙部任意位置的橫向廓形數學方程:
P Φ, Z = f (Φ, z)； 其中，Z為該廓形的位置，Φ、和P 分別為該廓形上任意點的極角和極徑，f表示極角和極徑間的函數關係； (2-3):令Φ和ζ在給定範圍內變動，根據
【文檔編號】B23C3/00GK103658786SQ201310680705
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】劉日良 申請人:山東大學