[發明專利]三維曲面加工裝置及方法和應用

有效

• 申請號: 202010244811.1
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN111421637B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 錢德貴
• 申請（專利權）人: 錢德貴;錢瑋瑋
• 主分類號: B27M3/24
• 分類號: B27M3/24;B27J1/00;B27C5/00;B27G13/12
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 周麗娟

本發明公開了三維曲面加工裝置及方法和應用。該裝置包括切削工具、夾具、進給機構和凸輪機構，以目標加工曲面投影在XOZ面上外輪廓線旋轉180°得到的曲線作為凸輪的特征輪廓曲線，以目標加工曲面上特征曲線的形狀作為切削工具的切削刃的形狀，控制進給機構驅動待加工零件坯料在X軸方向上相對切削工具作相向運動，在凸輪與從動件的配合下，待加工零件坯料相對于切削工具同時產生Z軸方向上的位移，切削工具在待加工零件坯料的不同接觸位置上加工出一系列形狀相同的曲線，最終形成目標加工曲面，完成三維曲面加工。本發明結構簡單，方便控制，容易實現，精度控制好，加工效率高，成本低，設備維護方便，尤其適合竹木制品的三維曲面加工。

技術領域

本發明屬于機械加工領域，具體涉及一種三維曲面加工裝置及方法和應用。

背景技術

機械加工領域中，常常會對工件進行各種各樣的加工，如對工件表面的切削、沖壓等，其中常見的一種為將平面的板材加工成具有一定弧度的三維曲面。

傳統的曲面加工方法，多為選擇與目標曲面相吻合的沖子，將工件固定在機床上，利用氣缸帶動沖子沖擊工件，最終使得工件成型為預設的形狀。但現有的工藝存在著一定的缺陷，如將工件直接固定在機床上，加工的過程中工件與機床之間存在摩擦，對工件的表面造成一定的損傷；工件與沖子之間的摩擦力、沖擊力較大，降低了工件的抗沖擊強度，縮短了工件的使用壽命。也有采用人工加工的方式實現，人工手動使用銑刀進行加工，然后通過銼刀或砂帶進行打磨修整曲面及圓角，操作復雜，工作量大，且工作效率低下，粉塵污染嚴重，工作環境惡劣，隨著人工成本的增加，企業的生產成本大大增加。

隨著工業的不斷發展，人們期望通過機械自動化的手段完成各種復雜曲面的加工。目前常用的手段為數控加工方式，數控加工技術與傳統的加工技術不同，數控加工技術是在數控機床上對零件進行精細加工的技術，該技術需要運用到機械加工零件和數字信息控制方法，是一項較為復雜的技術。例如，目前多采用數控五軸聯動機床進行復雜曲面加工，五軸聯動對控制系統要求很高，涉及精確控制、軟件算法等方面的內容，造價昂貴，對于小型工廠來說負擔過大；此外，聯動的軸數多，帶入的加工誤差翻倍，導致曲面加工精度下降；而且，數控加工一般為單件加工，加工耗時較長，對于低利潤大批量零件生產來說，數控加工方式并不適合。

因此，尋找一種能夠低成本實現高精度的三維曲面加工的裝置和方法，是廣大中小企業迫切需要解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種三維曲面加工裝置和方法，無需復雜的電控設備及數控加工手段，成本較低，加工效率較高，實現方式簡單，維護方便。

為了實現上述目的，本發明提供了一種三維曲面加工裝置，包括：

切削工具，包括切削部分，所述切削部分的切削刃的形狀與目標加工曲面上特征曲線的形狀相同，所述目標加工曲面為由所述特征曲線沿著平掃方向進行平移掃描所獲得的三維曲面，所述特征曲線由以下方式確定：以所述平掃方向為X軸方向，在X軸方向上取不同位置用一組平行于YOZ面的平面截切所述目標加工曲面得到一組截交線，比較各條截交線在XOY面上投影聚集所得的直線段，取最長直線段所對應的截交線為特征曲線；

夾具，用于夾持待加工零件坯料，使得所述待加工零件坯料固定在所述夾具上且所述待加工零件坯料的待加工區域置于所述切削工具的切削刃下；

進給機構，與所述夾具連接，用于實現所述夾具在X軸方向上的傳動，從而實現所述待加工零件坯料沿X軸方向的進給運動；

凸輪機構，包括從動件和固定的凸輪；其中，所述凸輪的特征輪廓曲線的形狀與所述目標加工曲面投影在XOZ面上所呈現的外輪廓線的形狀互為上下對稱的鏡像，所述特征輪廓曲線自起始端至終止端的指向與所述待加工零件坯料向著所述切削工具的前進方向一致；所述從動件安裝在所述夾具的底板的底部，且所述從動件與所述凸輪相配合，使得在所述夾具沿X軸方向的進給過程中，所述從動件沿著所述凸輪的特征輪廓曲線自起始端運動到終止端；