槽特征內型轉角一體化精加工方法技術

一種槽特征內型轉角一體化加工方法，它首先根據槽特征粗加工信息，建立粗加工余量曲線方程；然后對粗加工余量曲線進行離散；將側面余量方程離散的點向外法向偏置形成加工側面的刀位點；利用轉角處的離散點和側面余量曲線方程，根據恒定接觸角和最大接觸角原則在轉角處進行循環加工，求出轉角處的刀位點，進而形成軸向第一層刀位點；沿刀具軸向反向將第一層刀位點按軸向切深逐層偏置直至最后一層，得到所有刀位點；設置進退刀圓弧，連接所有刀位點，形成槽特征內型轉角一體加工方法的完整刀軌。該發明專利技術避免了換刀，提高了工件表面加工質量；考慮了接觸角對刀具受力的影響，提出了恒定接觸角和最大接觸角原則，減少刀具震動，延長了刀具的使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種機械零件的加工方法，尤其是一種槽內型及其轉角的精加工方法，具體地說是一種在數控銑床上利用同一把刀具對槽特征內型和轉角進行一體化精加工的方法。
技術介紹
槽特征在飛機結構件中廣泛存在，目前航空主機廠采用的加工方法是先用大直徑的刀具精加工內型，然后采用小直徑的刀具精加工轉角。這種方法在加工過程中需要進行換刀，影響加工效率；加工轉角時由于切削力的急劇變化，導致刀具震動加劇，磨損加速，可能出現刀具崩刃、斷刀等事故發生；此外由于換刀的原因會在轉角處有明顯的接刀痕，影響了零件的表面加工質量。查閱現有技術與文獻發現，專利(專利號CN201110059891.4)公布了一種高速銑加工壁板類零件轉角加工方法，該專利提出了轉角特征典型加工步驟首先進行槽腔粗加工，對側壁留有余量；然后選用與轉角半徑對應的銑刀進行轉角精加工；轉角的切點向外偏置:T5mm作為刀具的切入點，同時設置刀具切入角度；最后采用大切深精銑轉角。該方法能夠解決轉角加工的問題，但是沒有考慮刀具的受力情況。H. S. Choy 等在學術期刊《Computer-Aided Design))2003, 35 (2)pl55_166 上發表的論文“A corner-looping based tool path for pocket milling”,公開了一種內型轉角加工方法，該方法采用同一把刀具加工槽特征內型和轉角。通過在轉角處采用多次走刀的方式，使得切削量均勻，從而達到改善刀具切削力的目的。但是該方法沒有考慮刀具接觸角變化對刀具受力的影響。M. Sharif UDDIN 等在會議 International Conference on Leading EdgeManufacturing in 21st Century 上發表的論文“Constant engagement tool pathgeneration enhance machining accuracy in end milling，，，公開了一種精力口工刀軌算法，為了避免加工最后一層刀軌時，刀具接觸角發生變化，刀具負荷不穩定，引起刀具震動，影響工件表面加工質量。通過改變刀具軌跡使得最后一層刀軌的余量滿足刀具恒定接觸角的要求，從而使得刀具負荷恒定，避免刀具震動，提高工件表面加工質量。但是該方法沒有考慮在整個加工過程中的接觸角變化對刀具受力的影響，并且不能適應于內型-轉角一體的加工。槽特征內型轉角精加工方法是用在飛機結構件的槽特征，到目前為止，尚沒有公開采用恒定接觸角和最大接觸角原則，使用同一把刀具加工槽特征內型轉角的方法及其刀軌的生成方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有的槽特征內型轉角加工存在的效率低、工件表面加工質量低、加工過程中刀具受力不均勻，導致刀具震動，容易引起刀具崩刃、斷刀等事故發生等問題，專利技術了一種效率高、表面加工質量高、刀具負荷平穩的槽特征內型轉角一體加工方法。本專利技術的技術方案是 一種槽特征內型轉角一體加工方法，其特征是它包括以下步驟 步驟1，根據槽特征的粗加工信息，獲得轉角槽特征內型及轉角的粗加工余量； 步驟2，根據粗加工余量信息，構建包含粗加工余量的信息模型，在槽特征腹板所在平面內建立含粗加工余量的槽特征內型邊的曲線方程，以下簡稱加工余量的曲線方程； 步驟3，依據加工余量的曲線方程，按照一定的離散精度對粗加工余量曲線進行離散，得到離散點集P ； 步驟4，選擇進刀點，設置圓弧進刀； 步驟5，計算在加工側面直線段L時刀具的接觸角嘆并將α設定為最大接觸角；步驟6，將側面余量方程離散得到的點沿各自在內型面外法向方向偏置形成加工側面直線段時的刀位點； 步驟7，由于轉角處余量不均勻，為改善刀具的受力情況，在加工轉角時采用循環銑的方式進行加工，根據轉角處余量曲線方程離散的點求解循環銑徑向第一層切削刀軌的刀位點與接觸點； 步驟8，通過圓弧段、直線段和圓弧段三段線段將徑向第一層循環刀軌形成封閉刀軌；步驟9，按照步驟3的方法對封閉環中的圓弧和直線段進行離散，得到相應的刀位點；步驟10，以上一層徑向循環刀軌加工過程的接觸點為控制頂點，擬合成B樣條曲線，得到當前加工余量的曲線方 程； 步驟11，根據擬合的B樣條曲線，計算刀具與轉角面貼合時的刀具接觸角於； 步驟12，如果於，則刀具按照直線走刀，該直線刀軌同加工側面時的直線刀軌在同一直線上。當刀具與轉角面完全貼合時，刀軌改變方向加工轉角另一側面。按照一定的離散精度對相應的曲線方程進行離散，得到該段的刀位點，則該處轉角本層刀軌計算完畢，繼續步驟14 ； 步驟13，如果於>α ,則重復步驟6、7、8、9、10、11，直到接觸角歲； 步驟14，同理，求出其他內型轉角和側面處的走刀方式，軸向第一層刀位點計算完畢；步驟15，沿刀具軸向反向將軸向第一層刀位點按軸向切深逐層偏置，直至最后一層，形成所有層的刀位點； 步驟16，設置圓弧退刀，設置每個刀位點的刀軸矢量，形成槽特征內型轉角精加工完整加工刀軌。所述的根據粗加工信息建立曲線方程的方法為首先建立局部坐標系，以轉角處余量圓弧的圓心為坐標原點，以轉角兩側面余量直線方程方向為X，Y軸向建立局部坐標系；再根據各段余量信息建立曲線方程；根據粗加工信息可知，兩側面余量方程為直線，轉角處余量方程為圓弧，則曲線方程可表示如下側面I x=- (Rcu+r), -h ^ y O ；轉角x2+y2=(Rcu+r)2,- (Rcu+r) ^x^0,0^y^ (Rcu+r)；偵愐2y=Rcu+r, 0彡x彡h’。其中Reu為粗加工刀具半徑，r為粗加工時的高速轉角，h，h’分別為直線段長度。所述的加工側面直線段L時的刀具接觸角的計算方法為a =arccos[(R-y )/R]，式中μ為粗加工側面余量，R為刀具半徑。所述的偏置值ε的計算方法為ε = Rcos α，式中R為刀具半徑。所述的徑向第一層刀軌之后采用圓弧和直線段形成的封閉環各段之間具有相切關系，且圓弧段的半徑為1*。/2，其中r。為轉角半徑。所述的離散精度介于O. 005 O. 015之間。所述的根據粗加工信息建立數學方程的方法為如圖2所示，根據粗加工信息可知，AB段和⑶段為直線，BC段為圓弧。以BC圓弧圓心為原點，以⑶和AB為X、Y軸向建立局部坐標系，則數學方程可表示如下AB x=-(Rcu+r),-h彡y彡O ;BC x2+y2= (Rcu+r)2, - (Rcu+r) ^x^0,0^y^ (Rcu+r) ；CD y = Rcu+r, 0 < x < h，。其中Reu為粗加工刀具半徑，r為粗加工時的高速轉角，h為AB段長度，h’為CD段長度。曲線段FG、EH的特點為曲線段FG、EH為圓弧，半徑為re/2，rc為轉角半徑。FG、EH同EF、HG相切。本專利技術的有益效果本專利技術有助于提高工件的表面加工質量，避免加工內型和轉角采用不同的刀具，而在工件表面留下接刀痕；避免了加工過程中的換刀，提高了加工效率；在加工轉角時，采用恒定接觸角原則，保證刀具負荷穩定，減小刀具震動；當無法滿足恒定接觸角原則時，限制接觸角的最大值，使刀具受力不超過規定的閾值，從而減少刀具的磨損，達到延長刀具使用壽命的目的。本專利技術可采用同一把刀`具加工出本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種槽特征內型轉角一體化精加工方法，其特征是它包括以下步驟：步驟1，根據槽特征的粗加工信息，獲得轉角槽特征內型及轉角的粗加工余量；步驟2，根據粗加工余量信息，構建包含粗加工余量的信息模型，在槽特征腹板所在平面內建立含粗加工余量的槽特征內型邊的曲線方程，以下簡稱加工余量的曲線方程；步驟3，依據加工余量的曲線方程，按照設定的離散精度對粗加工余量曲線進行離散，得到離散點集P；步驟4，選擇進刀點，設置圓弧進刀；步驟5，計算在加工側面直線段L時刀具的接觸角?，并將設定為最大接觸角；步驟6，將側面余量方程離散得到的點沿各自在內型面外法向方向偏置一個值ε形成加工側面直線段時的刀位點；步驟7，由于轉角處余量不均勻，為改善刀具的受力情況，在加工轉角時采用循環銑的方式進行加工，根據轉角處余量曲線方程離散的點求解循環銑徑向第一層切削刀軌的刀位點與接觸點；步驟8，通過圓弧段、直線段和圓弧段三段線段將徑向第一層循環刀軌形成封閉刀軌；步驟9，按照步驟3的方法對封閉環中的圓弧和直線段進行離散，得到相應的刀位點；步驟10，以上一層徑向循環刀軌加工過程的接觸點為控制頂點，擬合成B樣條曲線，得到當前加工余量的曲線方程；?步驟11，根據擬合的B樣條曲線，計算刀具與轉角面貼合時的刀具接觸角β；步驟12，如果β≤α，則刀具按照直線走刀，該直線刀軌同加工側面時的直線刀軌在同一直線上；當刀具與轉角面完全貼合時，刀軌改變方向加工轉角另一側面；按照一定的離散精度對相應的曲線方程進行離散，得到該段的刀位點，則該處轉角本層刀軌計算完畢，繼續步驟14；步驟13，如果β>α，則重復步驟6、7、8、9、10、11，直到接觸角β≤α；步驟14，同理，求出其他內型轉角和側面處的刀具軌跡，軸向第一層刀位點計算完畢；步驟15，沿刀具軸向反向將軸向第一層刀位點按軸向切深逐層偏置，直至最后一層，形成所有層的刀位點；步驟16，設置圓弧退刀，設置每個刀位點的刀軸矢量，形成槽特征內型轉角精加工完整加工刀軌。2013100017402100001dest_path_image001.jpg,453010dest_path_image001.jpg...

【技術特征摘要】
1.一種槽特征內型轉角一體化精加工方法，其特征是它包括以下步驟 步驟1，根據槽特征的粗加工信息，獲得轉角槽特征內型及轉角的粗加工余量； 步驟2，根據粗加工余量信息，構建包含粗加工余量的信息模型，在槽特征腹板所在平面內建立含粗加工余量的槽特征內型邊的曲線方程，以下簡稱加工余量的曲線方程； 步驟3，依據加工余量的曲線方程，按照設定的離散精度對粗加工余量曲線進行離散，得到離散點集P ； 步驟4，選擇進刀點，設置圓弧進刀； 步驟5，計算在加工側面直線段L時刀具的接觸角《，并將a設定為最大接觸角；步驟6，將側面余量方程離散得到的點沿各自在內型面外法向方向偏置一個值e形成加工側面直線段時的刀位點； 步驟7，由于轉角處余量不均勻，為改善刀具的受力情況，在加工轉角時采用循環銑的方式進行加工，根據轉角處余量曲線方程離散的點求解循環銑徑向第一層切削刀軌的刀位點與接觸點； 步驟8，通過圓弧段、直線段和圓弧段三段線段將徑向第一層循環刀軌形成封閉刀軌；步驟9，按照步驟3的方法對封閉環中的圓弧和直線段進行離散，得到相應的刀位點；步驟10，以上一層徑向循環刀軌加工過程的接觸點為控制頂點，擬合成B樣條曲線，得到當前加工余量的曲線方程； 步驟11，根據擬合的B樣條曲線，計算刀具與轉角面貼合時的刀具接觸角3 ； 步驟12，如果P ( a，則刀具按照直線走刀，該直線刀軌同加工側面時的直線刀軌在同一直線上；當刀具與轉角面完全貼合時，刀軌改變方向加工轉角另一側面；按照一定的離散精度對相應的曲線方程進行離散，得到該段的刀位點，則該處轉角本層刀軌計算完畢，繼續步驟14 ； 步驟13，如果3>a，則重復步驟6、7、8、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李迎光，劉長青，高鑫，郝小忠，劉旭，王偉，李海，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：