[發明專利]一種一軸步進三軸聯動的空間曲面銑削加工方法

在審

• 申請號: 201410021169.5
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103752924A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 謝晉;黎宇弘;李青;楊林豐
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23C3/08
• 分類號: B23C3/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及一種銑削加工方法，特別是涉及一種一軸步進三軸聯動的空間曲面銑削加工方法，屬于零部件的高精度和高表面質量的制造技術領域。

背景技術

人工關節假體、發動機曲軸、航空飛行體零部件大多采用復雜的空間任意曲面，但是，其加工的形狀精度和表面質量直接影響到工作性能。空間曲面零部件通常采用的燒結、鑄造、鍛造等制造方法，但是，形狀精度和表面質量仍然需要后續的機械加工。因為空間曲面比較復雜，加工工具的姿態與工件曲面的位置非常難控制，特別是在工件的空間曲面的不同曲率的地方，其形狀精度和表面質量會因加工的切點的工作狀況不同會存在不同的去除量和不同的切削速度等不穩地因數。目前，主要考慮到銑刀的加減速控制方法，很少涉及切點的切削狀況的控制技術。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于創造一種一軸步進三軸聯動的空間曲面銑削加工方法。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種一軸步進三軸聯動的空間曲面銑削方法：將工作球面上分布有切削刃的球形銑刀固定在銑床主軸上，銑床軸心線垂直于水平面，銑床可沿著Z軸作上下插補運動，三爪卡盤固定在可沿著X軸和Y軸可作水平插補運動水平工作臺上，工作臺平面為XY平面，三爪卡盤安裝截面為圓形的工件，工件可繞工件中心線旋轉；

依據球形銑刀的工作球面與工件的空間曲面的切點法向的半徑計算出球形銑刀中心的系列坐標，將系列坐標擬合成空間的軌跡曲面，再將其作0.01mm～10mm間距的YZ截面，其截面輪廓為二維刀軌跡曲線，球形銑刀中心位于刀軌跡曲線上，銑刀的工作球面就與工件的空間曲面相切；在對工件進行銑削時，X軸方向進行插補運動驅動工件，0.01mm～10mm間距的步進后固定，球形銑刀沿著刀軌跡進行Y軸、Z軸的插補運動以及旋轉插補轉動，球形銑刀以進給速度f=100～1500mm/min沿著二維刀軌跡曲線對工件進行切削，調整空間曲面的切削點上的法向與球形銑刀的旋轉軸心線成的偏置角α為銳角，當加工出一段環形空間曲面后，球形銑刀沿X軸向步進0.01mm～10mm間距，再加工下一環空間曲面，最終形成光順的空間曲面。

為進一步實現本發明目的，優選地，所述球形銑刀加工時的轉速為800～20000rpm。所述球形銑刀的材料為硬質合金、cBN或PCD。所述旋轉插補轉動的角度為0.1°～5°。所述工件材料為鋁合金、鈦合金、不銹鋼或模具鋼。所述球形銑刀切削刃半徑為0.5～50mm。所述偏置角α大于30度小于80度。

本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

（1）該發明采用的一軸步進三軸聯動的銑削方法與四軸聯動的傳統銑削方法相比，減少了一個軸的運動誤差，可以改善加工的形狀精度和表面質量。

（2）該發明利用在二維截面上的三軸聯動控制加工切點的空間銑刀姿態角，控制程序編寫簡單，可對復雜空間曲面的加工點的工作狀況進行實時控制。

（3）該發明可以調節一軸步進間距實現空間曲面零部件的高效連續切削加工，加工過程中無空行程、無順逆銑轉換，切削效率高、表面質量穩定。

附圖說明

圖1為本發明的球形銑刀的刀具軌跡規劃示意圖。

圖2本發明的加工用的工件空間曲面。

圖3為X軸步進后的球形銑刀在YZ截面上沿著刀軌跡行走示意圖。

具體實施方式

為更好理解本發明，下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明，但是本發明要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。

如圖1-3所示，一種一軸步進三軸聯動的空間曲面銑削方法：將工作球面上分布有切削刃的球形銑刀1固定在銑床主軸上，銑床軸心線2垂直于水平面，可沿著Z軸作上下插補運動，三爪卡盤固定在水平工作臺上（XY平面），水平工作臺沿著X軸和Y軸可作水平插補運動，三爪卡盤安裝截面為圓形的工件3，可繞工件中心線4進行插補轉動（旋轉插補），該轉動軸為A軸。