[發明專利]非圓截面零件周向分區域變主軸轉速車削加工方法

有效

• 申請號: 202110562342.2
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113333785B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 馬建偉;魯曉;李冠霖;胡國慶;韓東旭;曹興坤;李佳偉;賈振元
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23B1/00
• 分類號: B23B1/00;B23B5/00;B23B25/06;B23Q15/08;B23Q15/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明非圓截面零件周向分區域變主軸轉速車削加工方法屬于復雜曲面零件慢刀伺服車削技術領域，涉及一種非圓截面零件周向分區域變主軸轉速車削加工方法。該方法先建立復雜曲面非回轉區域截面輪廓曲線函數，構造非回轉區域周向幾何特征評價系數。求解周向區域刀具進給運動軌跡函數，并將其進行傅里葉級數展開。建立周向加工區域分割準則，進行復雜曲面周向加工區域分割。以機床伺服性能為約束，基于曲面分割結果確定區域主軸轉速變化曲線，實現曲面周向子區域正弦型變主軸轉速規劃。最后，進行單次走刀過程加工軌跡設計與修正，完成非圓截面零件周向分區域變主軸轉速車削加工工藝規劃。該方法適用于復雜曲面分區車削加工，可顯著提高加工質量。

技術領域

本發明屬于復雜曲面零件慢刀伺服車削技術領域，涉及一種非圓截面零件周向分區域變主軸轉速車削加工方法。

背景技術

精密車削由于其連續性切削特點，易獲得高表面質量，適用于復雜曲面零件的高質高效加工。隨著直線電機、主軸伺服等新技術應用在精密車削加工中，車床主軸既可以提供主運動也可以作為C軸實現旋轉進給運動，傳統普通車削方法僅滿足加工回轉面零件的局限性被打破，一種基于伺服系統的車削創成方法逐漸適用于具有非回轉區域幾何特征的復雜曲面零件(即本方法所述非圓截面零件)的精密加工。其中，相較于快刀伺服車削，慢刀伺服車削可實現較大行程伺服車削，因此更適用于截面輪廓波動起伏較大的非圓截面零件加工。

車削非圓截面零件要求車床X軸和Z軸隨著C軸進給聯動，通過多軸插補實現目標截面輪廓形狀的加工。然而，當采用全域統一參數整體加工法進行非圓截面零件的慢刀伺服車削加工時，為確保在復雜曲面區域波動頻率較大位置處仍能滿足機床伺服運動性能，往往使用保守主軸轉速，這就使得在加工過程中表面切削速度不穩定，加工表面質量不均勻，局部切削區域往往因為切削速度過低而出現表面加工缺陷甚至無法實現車削創成；若以最小切削速度為約束進行全域恒轉速加工，則切削復雜曲面幾何特征急變區域時又會導致機床進給不穩定，從而影響加工精度。

Mishra等人的文獻“Experimental?investigations?on?slow?tool?servoprocess?parameters?for?freeform?optics?machining”，Materials?and?ManufacturingProcesses，2020，35(7)，797-810，面向自由曲面慢刀伺服車削加工，采用優化方法求解單一加工參數的權重，并找到這些加工參數的最佳范圍，以提高加工表面光潔度。該方法通過開展10-110RPM范圍的不同主軸轉速試驗，發現了主軸轉速過低會增加表面粗糙度，而主軸轉速過高時又會導致X軸和Z軸的顯著隨動誤差這一現象，并針對其試驗樣件明確最優主軸轉速為50RPM。然而，該研究缺乏理論指導，對主軸轉速的選取結果不具有普適性，且該研究缺乏對變主軸轉速加工方法的研究，對于進一步發揮慢刀伺服車削系統的潛在加工能力具有一定的局限性。劉建群等人的專利“一種變主軸轉速數控車修不同導程外螺紋的方法”，公開號CN110722224A，該專利按照工件表面不同螺紋導程將加工區域劃分為不同的走刀切削區域，不同走刀過程采用不同的主軸轉速，從而消除數控車削中的變速亂牙現象。然而，該方法在單次走刀過程中依然采用恒主軸轉速切削方式，且對單次走刀過程中的“去除材料余量轉速”“為達到螺紋最終尺寸、提高表面質量轉速”和“滿足其他要求轉速”等不同轉速的選取與設計缺乏理論依據。周曉勤等人的專利“一種主動改變主軸轉速的離軸車削自由曲面方法”，公開號CN102107372A，該專利首先將多個自由曲面工件等間隔離軸安裝，然后根據加工過程中刀觸點的坐標位置調整主軸回轉速度以提高加工表面切削速度的一致性。該方法事實上為沿工件回轉半徑方向，根據刀觸點所在回轉半徑實時調整該環刀具軌跡對應的主軸轉速，即沿回轉半徑方向變主軸轉速，然而，沿回轉周向切削時仍采用恒轉速切削。對于沿周向凹凸起伏的工件來說，該方法仍然無法保證加工表面切削速度的勻化，且該方法缺少對加工過程中不同主軸轉速間合理過渡的研究，對提高加工表面質量和加工精度具有較大的局限性。

發明內容