一種內球面的數控鏜銑加工方法
2023-04-30 15:11:01
專利名稱：一種內球面的數控鏜銑加工方法
技術領域：
本發明涉及數控加工領域，特別涉及一種內球面的數控鏜銑加工方法。
背景技術：
在實際生產中，受到設備、工裝等限制無法車加工迴轉半徑過大的零件內球面；而採用成型銑刀銑削內球面時基本都會發生「讓刀」情況，造成加工尺寸不合格，需要人工拋修加工表面，若材料稍硬就需要耗費大量的人工且極易造成尺寸不合格，表面光度也僅能達到Ra6. 3左右，嚴重影響零件的裝配精度、使用性能及使用壽命。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提出一種內球面的數控鏜銑加工方法，通過對刀具軌跡設計實現對各類內球面進行加工的目的。一種內球面的數控鏜銑加工方法，包括以下步驟
步驟1:根據待加工內球面確定刀具圓弧半徑中心的運動軌跡，水平面內運動軌跡計算公式如下
{R-r}*dn0(I)
豎直平面內運動軌跡公式如下
(R-r}mcos8(2)
式中，R為待加工球面半徑；r為刀尖圓弧半徑；沒為刀具中心至待加工球面中心的連線與待加工球面中心至零件上表面的垂直連線之間的夾角；
步驟2 :將刀具置於距零件上表面，且該位置必須在步驟I所確定的豎直平面內運動軌跡的延伸線上；
刀具距離零件上表面的距離為刀尖圓弧半徑的1. 5倍至2倍之間；
步驟3 :確定起刀點，方法為利用勾股定理，根據三角形的兩條邊，即帶加工球面球心半徑與刀具圓弧的差、球心至零件上表面距離，計算第三邊長，該第三邊長與步驟2的結果即可確定起刀點坐標；
步驟4:由起刀點開始，使刀具在水平平面內圍繞待加工內球面中心線旋轉一周，直至刀具重新回到起刀點；
步驟5 :沿著步驟I所確定的軌跡，在豎直平面內使刀具沿該軌跡做切削運動，切削的步進的取值範圍為刀尖圓弧半徑的1/4至1/5之間；
步驟6 :將做切削運動後的位置作為新的水平圓周運動的起點，繼續使刀具在水平平面內圍繞待加工內球面中心線旋轉一周，並使刀具重新回到起始點；
步驟7 :判斷是否達到零件的下表面，若達到，則結束加工過程，否則，執行步驟5。本發明的有益效果本發明通過對刀具軌跡的設計實現了對內球面的加工，克服了傳統方法只能在零件內鏜削出圓柱形表面的缺陷，適用於各類內球面的加工，加工時間平均為5分鐘左右，加工效率可提高2倍以上，還可大量節約生產成本。因此，該項目在國內具有廣泛的適應性、良好的經濟性及強大的推廣意義。
圖1為本發明一種實施方式內球面的數控鏜銑加工方法流程 圖2為本發明一種實施方式刀具圓弧半徑中心的運動軌跡示意 圖3為本發明一種實施方式刀具置於零件表面示意 圖4為本發明一種實施方式起刀點示意 圖5為本發明一種實施方式刀心圓弧做插補運動主視 圖6為本發明一種實施方式刀心做整圓插補運動俯視 圖中，1、待加工內球面2、刀尖3、刀柄4、零件。
具體實施例方式 下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。本發明實施方式採用內球面的數控鏜銑加工方法加工內球面的方法，其流程如圖1所示，該流程開始於步驟101。在步驟102，利用公式(I)計算刀具圓弧半徑中心的運動軌跡，本實施方式中，如圖2所示，曲線AB即為刀具圓弧半徑中心的運動軌跡，該運動軌跡與內球面具有刀尖圓弧半徑的距離。在步驟103，為保證球面邊緣的表面質量及整個球面的連貫性，將刀具置於距零件表面一定距離處，如圖3所示，本實施方式中，刀具放置在點C，點C位於刀尖圓弧半徑的1.5倍至2倍之間。在步驟104，確定起刀點，如圖4所示，方法為根據帶加工球面球心半徑與刀具圓弧的差(本實施方式中的CZ0，其中CZ0=R-r)、球心至零件上表面距離(本實施方式中的Z0D)，利用勾股定理計算第三邊長⑶，將第三邊長⑶作為C的橫坐標、步驟103得到的C點縱坐標即可確定起刀點坐標。在步驟105，由起刀點開始，使刀具在水平平面內圍繞待加工內球面中心線旋轉一周，直至刀具重新回到起點，如圖5所示。主視方向可以看出為防止刀具進刀時與工件碰撞，起刀點要在球面最高點或最高點上方一定距離處，當刀完成一次圓周運動後，需根據加工精度及表面質量確定合理的X、Z向進刀量。計算所加工圓的半徑後再進行一次圓周運動,如此往復,最終完成加工。在步驟106，沿著步驟102所確定的軌跡，在豎直平面內使刀具沿該軌跡做切削運動，切削的步進為刀尖圓弧半徑的1/4至1/5之間，如圖6所示。當刀具每完成一次圓周運動後，都需要落刀準備下一次的圓周遠動，落刀量由待加工球面尺寸精度及表面質量來決定，而落刀量是跟隨角度的變化而變化的，因此每次落刀後刀心運動軌跡的半徑都可以通過步驟102的三角函數計算得出。在步驟107，將做切削運動後的位置作為新的起刀點，繼續使刀具在水平平面內圍繞待加工內球面中心線旋轉一周，並使刀具重新回到起刀點。在步驟108 :判斷是否達到零件的下表面，若達到，則步驟109，否則，執行步驟106。在步驟109，結束加工過程。
將上述控制過程在數控銑床實施，具體是指將內球面循環指令分解成單步的球
面加工指令，利用數控宏程序對加工過程進行控制，並根據要求的加工尺寸精度及表面質
量確定角度變化量。刀具軌跡的密集程度是由角度變化量決定的，跟據實際加工實驗，可得
出加工表面粗糙度與角度變化量具體關係，具體見表1:
表I為加工表面粗糙度與角度變化量對照表
權利要求
1.一種內球面的數控鏜銑加工方法，其特徵在於包括以下步驟 步驟1:根據待加工內球面確定刀具圓弧半徑中心的運動軌跡，水平面內運動軌跡公式如下 (Jl rranfii(I) 豎直面內運動軌跡公式如下 (R-r)*cos8(2) 式中，R為待加工球面半徑；r為刀尖圓弧半徑；5為刀具中心至待加工球面中心的連線與代加工球面中心至零件上表面的垂直連線之間的夾角； 步驟2 :將刀具置於距零件上表面，且保證所置位置處於步驟I所確定的豎直平面內運動軌跡的延伸線上； 步驟3 :確定起刀點； 步驟4:由起刀點開始，使刀具在水平平面內圍繞待加工內球面中心線旋轉一周，直至刀具重新回到起始點； 步驟5 :沿著步驟I所確定的軌跡，在豎直平面內使刀具沿該軌跡做切削運動，切削的步進的取值範圍為刀尖圓弧半徑的1/4至1/5之間； 步驟6:將做切削運動後的位置作為新的起始點，繼續使刀具在水平平面內圍繞待加工內球面中心線旋轉一周，並使刀具重新回到起始點； 步驟7 :判斷是否達到零件的下表面，若達到，則結束加工過程，否則，執行步驟5。
2.根據權利要求1所述的內球面的數控鏜銑加工方法，其特徵在於步驟3所述的確定起刀點的方法為利用勾股定理，根據三角形的兩條邊，即帶加工球面球心半徑與刀具圓弧的差、球心至零件上表面距離，計算第三邊長，該第三邊長與步驟2的結果即可確定起刀點坐標。
3.根據權利要求1所述的內球面的數控鏜銑加工方法，其特徵在於步驟2所述的刀具置於零件上表面的距離為刀尖圓弧半徑的1. 5倍至2倍之間。
全文摘要
一種內球面的數控鏜銑加工方法，涉及數控加工領域。根據待加工內球面確定刀具圓弧半徑中心的運動軌跡，將刀具置於距零件上表面；確定起刀點；由起刀點開始，使刀具在水平平面內圍繞待加工內球面中心線旋轉一周，直至刀具重新回到起刀點；在豎直平面內使刀具沿該軌跡做切削運動，切削的步進的取值範圍為刀尖圓弧半徑的1/4至1/5之間；將做切削運動後的位置作為新的水平圓周運動的起點，繼續使刀具在水平平面內圍繞待加工內球面中心線旋轉一周，並使刀具重新回到起始點。本發明克服了傳統方法只能在零件內鏜削出圓柱形表面的缺陷，適用於各類內球面的加工，加工時間平均為5分鐘左右，加工效率可提高2倍以上。
文檔編號B23P15/00GK103008986SQ20121050967
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者王建新, 郭紅, 宋迪, 劉森, 譚偉佳, 呂文斯 申請人:瀋陽黎明航空零部件製造有限公司