CN102319920B - 非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空制造工艺技术高效数控加工技术领域，涉及一种解决复杂非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面波纹状超差残留问题的偏心铣削加工方法。本发明非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法通过选择加工刀具，确定镶刀片强力铣刀直径、刀片刃宽度及刀片R角值，确定出加工方法，确定出编程时的偏心值范围及最小偏心值，再计算确定编程最大加工步距。通过该技术思路，确定了复杂非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面数控加工方法，设计出通用偏心铣削偏心量确定方法及最大加工步距计算公式。本发明在解决复杂非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面加工波纹状超差残留问题，保证加工质量的前提下，能获得最高加工效率。

Description

非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法

技术领域

本发明属于航空制造工艺技术高效数控加工技术领域，涉及一种解决复杂非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面波纹状超差残留问题的数控加工方法。 

背景技术

目前，航空、航天、船舶、汽车等行业存在大量复杂曲线回转体零件，该类零件带复杂回转面结构，其中，存在部分结构为非完整圆柱面(截面非整圆，而是一段圆弧与其它直线段结构连接)或非规则圆柱回转曲面(截面非整圆，而是多段变曲率曲线连接)，对于非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面需利用铣削方式进行加工。目前，加工过程中对刀具结构参数、加工步距控制无有效确定方法，加工步距过大，零件加工完成后会出现大量波纹状残留，造成加工质量差。为避免加工完成后回转面存在超差残留区域，一般加工步距仅凭经验选择较小值，但这样会导致加工刀路数量大，加工效率极低，同时，该类高精度零件一般采用高精度五轴数控加工设备进行加工，较低的加工效率直接导致高档数控加工设备利用率大幅下降，造成了高附加值数控加工资源的浪费。 

发明内容

本发明的目的是：提出一种加工效率高、质量好、可以有效解决非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面波纹状超差残留的偏心铣削加工方法。 

本发明的技术方案是：一种非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法，其采取如下措施： 

a、刀具选择： 

对非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的铣削加工宜选用镶刀片强力铣刀，其刀具参数如下， 

1.1、刀具直径D_T：刀具直径D_T取φ32mm以上； 

1.2、刀片刃宽W_T：刀片刃宽W_T选取8～12mm； 

1.3、刀片R角值R_T：粗加工刀片R角值R_T取2～3mm，精加工刀片R角值R_T取0.8～2mm； 

b、确定加工方式： 

工件采用旋转加工，刀具随机床主轴走插补的形式进行加工，加工过程中刀具应相对于工件轴线始终保持固定的偏心量； 

c、计算偏心值V_P： 

3.1、最小偏心值： $V_{P\min }=\frac{D_T}{2}-W_T+R_T;$

3.2、最大偏心值： $V_{P\max }=\frac{D_T}{2}-R_T;$

3.3、偏心值V_P范围： $(\frac{D_T}{2}-W_T+R_T)\≤V_P\≤(\frac{D_T}{2}-R_T);$

d、计算最大加工步距P_stepMAX为： 

4.1、 $P_{\mathrm{stepMAX}}=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{V_{P\min }}^2}-2\×R_T$

$=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{(\frac{D_T}{2}-W_T+R_T)}^2}-2\×R_T;$

e、根据选取的刀具以及加工方式和加工参数，通过数控方式对工件进行偏心铣削加工。 

所述刀具直径D_T=φ40mm，刀片刃宽W_T=8mm，铣刀刀片R角值R_T=0.8mm，其偏心值V_P范围：12.8mm≤V_P≤19.2mm，其最大加工步距P_stepMAX为29.13mm。 

本发明的优点是：本发明非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法，可实现高效率快速准确确定复杂非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面偏心铣削的偏心量以及最大加工步距，采用该步距进行零件偏心铣削加工时，可以在解决复杂非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面加工波纹状超差残留问题，保证加工质量的前提下，极大的减少了进刀加工量，缩短了加工周期，具有较高的加工效率。 

附图说明

图1是本发明加工零件中非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的示意图， 

图2本发明非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法的刀具加工区示意图。 

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。 

针对复杂非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面加工存在波纹状超差残留的问题，本发明非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法采 取如下措施： 

1、刀具选择： 

对非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的铣削加工宜选用镶刀片强力铣刀，其刀具参数如下， 

1.1、刀具直径D_T：在避免加工干涉的前提下，尽量选取大直径铣刀，一般刀具直径D_T取φ32mm以上； 

1.2、刀片刃宽W_T：一般刀片刃宽W_T选取8～12mm； 

1.3、刀片R角值R_T：粗加工刀片R角值R_T取2～3mm，精加工刀片R角值R_T取0.8～2mm； 

2、确定加工方式： 

该类非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面结构宜采用工件旋转加工，刀具随机床主轴走插补的形式进行加工，考虑到镶刀片铣刀切削过程中刀具中心存在一无切削刃的圆周区域，因此，加工过程中刀具应相对于工件轴线始终保持一固定的偏心量，即采取偏心铣削方式进行加工； 

3、计算刀具的偏心量，即该偏心值V_P为： 

3.1、最小偏心值： $V_{P\min }=\frac{D_T}{2}-W_T+R_T;$

3.2、最大偏心值： $V_{P\max }=\frac{D_T}{2}-R_T;$

3.3、偏心值V_P范围： $(\frac{D_T}{2}-W_T+R_T)\≤V_P\≤(\frac{D_T}{2}-R_T);$

4、计算最大加工步距P_stepMAX为： 

4.1、 $P_{\mathrm{stepMAX}}=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{V_{P\min }}^2}-2\×R_T$

$=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{(\frac{D_T}{2}-W_T+R_T)}^2}-2\×R_T;$

5、根据选取的刀具以及加工方式和加工参数，通过数控方式对零件进行偏心铣削加工。 

其中，刀具的选择，特别是刀具直径、刃宽以及刀片R角值的选取，直接关系后续偏心量的大小，从而影响加工步距的大小，对加工出合格的零件甚为重要。 

下面通过一个实际零件的加工，对本发明作进一步的说明，请参阅图1 和图2，其中，图1是本发明较佳实施方式中加工零件中非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的示意图，图2本发明非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法的刀具加工区示意图。 

实施例1，对某型直升机起落架旋转筒零件法兰面(非规则圆柱回转曲面)采用偏心铣削方法进行外圆曲面加工，本实施方式中，本发明偏心铣削的数控加工方法的措施如下： 

1、刀具选择：根据加工零件的特性，选用镶刀片强力铣刀； 

1.1、刀具直径D_T：根据零件结构及干涉情况分析，确定镶刀片强力铣刀直径D_T=φ40mm； 

1.2、刀片刃宽W_T：确定两种镶刀片强力铣刀刀片刃宽均为W_T=8mm； 

1.3、刀片R角值R_T：确定镶刀片强力铣刀刀片R角值R_T=0.8mm； 

2、确定加工方式：根据零件特性，采用工件旋转加工，刀具随机床主轴走插补的形式进行加工，请参阅图1，其是刀具的加工区示意图，所述镶刀片铣刀切削过程中刀具只存在部分的有效切削区，其中心存在一无切削刃的圆周区域，因此，加工过程中刀具应相对于工件轴线始终保持一固定的偏心量，采用偏心铣削加工方式进行加工； 

3、计算刀具的偏心量，即该偏心值V_P为 

3.1、最小偏心值： $V_{P\min }=\frac{D_T}{2}-W_T+R_T=12.8\mathrm{mm};$

3.2、最大偏心值： $V_{P\max }=\frac{D_T}{2}-R_T=19.2\mathrm{mm};$

3.3、偏心值V_P范围：12.8mm≤V_P≤19.2mm； 

4、编程时最大加工步距P_stepMAX计算 

4.1、 $P_{\mathrm{stepMAX}}=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{V_{P\min }}^2}-2\×R_T$

$=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{(\frac{D_T}{2}-W_T+R_T)}^2}-2\×R_T$

$=2\×\sqrt{{20}^2-{12.8}^2}-2\×0.8$

$=29.13\mathrm{mm}$

即最大加工步距P_stepMAX为29.13mm。 

5、根据选取的刀具，再将加工方式和加工参数，如偏心值和最大加工步距等参数输入到数控机床，以数控方式对零件进行偏心铣削加工。 

实施例2，对某型直升机起落架旋转筒零件叉耳外侧面(非完整圆柱面) 采用偏心铣削方法进行外圆曲面加工，本实施方式中，本发明偏心铣削的数控加工方法的措施如下： 

1、刀具选择：根据加工零件的特性，选用镶刀片强力铣刀； 

1.1、刀具直径D_T：根据零件结构及干涉情况分析，确定镶刀片强力铣刀直径D_T=φ32mm； 

1.2、刀片刃宽W_T：确定两种镶刀片强力铣刀刀片刃宽均为W_T=8mm； 

1.3、刀片R角值R_T：确定镶刀片强力铣刀刀片R角值R_T=1.2mm； 

2、确定加工方式：根据零件特性，采用工件旋转加工，刀具随机床主轴走插补的形式进行加工，请参阅图1，其是刀具的加工区示意图，所述镶刀片铣刀切削过程中刀具只存在部分的有效切削区，其中心存在一无切削刃的圆周区域，因此，加工过程中刀具应相对于工件轴线始终保持一固定的偏心量，采用偏心铣削加工方式进行加工； 

3、计算刀具的偏心量，即该偏心值V_P为 

3.1、最小偏心值： $V_{P\min }=\frac{D_T}{2}-W_T+R_T=9.2\mathrm{mm};$

3.2、最大偏心值： $V_{P\max }=\frac{D_T}{2}-R_T=14.8\mathrm{mm};$

3.3、偏心值V_P范围：9.2mm≤V_P≤14.8mm； 

4、编程时最大加工步距P_stepMAX计算 

4.1、 $P_{\mathrm{stepMAX}}=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{V_{P\min }}^2}-2\×R_T$

$=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{(\frac{D_T}{2}-W_T+R_T)}^2}-2\×R_T$

$=2\×\sqrt{{16}^2-{9.2}^2}-2\×1.2$

$=23.78\mathrm{mm}$

即最大加工步距P_stepMAX为23.78mm； 

5、根据选取的刀具，再将加工方式和加工参数，如偏心值和最大加工步距等参数输入到数控机床，以数控方式对零件进行偏心铣削加工。 

本发明非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法，根据加工零件的特性，选取合适的刀具，计算偏心值和最大加工步距，利用数控偏心铣削加工方法，可有效解决复杂非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面加工波纹状超差残留问题，并能在保证加工质量的前提下，能获得最高加工效率。 

Claims (4)

1.一种非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法，其特征在于，采取如下措施：

a、刀具选择：

对非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的铣削加工选用镶刀片强力铣刀，其刀具参数如下，

1.1、刀具直径D_T：刀具直径D_T取φ32mm以上；

1.2、刀片刃宽W_T：刀片刃宽W_T选取8～12mm；

1.3、刀片R角值R_T：粗加工刀片R角值R_T取2～3mm，精加工刀片R角值R_T取0.8～2mm；

b、确定加工方式：

工件采用旋转加工，刀具随机床主轴走插补的形式进行加工，加工过程中刀具应相对于工件轴线始终保持固定的偏心量；

c、计算偏心值V_P：

3.1、最小偏心值： $V_{P\min }=\frac{D_T}{2}-W_T+R_T;$

3.2、最大偏心值： $V_{P\max }=\frac{D_T}{2}-R_T;$

3.3、偏心值V_P范围： $(\frac{D_T}{2}-W_T+R_T)\≤V_P\≤(\frac{D_T}{2}-R_T);$

d、计算最大加工步距P_stepMAX为：

4.1、 $P_{\mathrm{stepMAX}}=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{V_{P\min }}^2}-2\×R_T$

$=2\×\sqrt{{\left(\frac{D_T}{2}\right)}^2-{(\frac{D_T}{2}-W_T+R_T)}^2}-2\×R_T;$

e、根据选取的刀具以及加工方式和加工参数，通过数控方式对工件进行偏心铣削加工。

2.根据权利要求1所述的非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法，其特征在于：所述刀具直径D_T=φ40mm，刀片刃宽W_T=8mm，铣刀刀片R角值R_T=0.8mm。

3.根据权利要求2所述的非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法，其特征在于：所述偏心值V_P范围：12.8mm≤V_P≤19.2mm。

4.根据权利要求3所述的非完整圆柱面或非规则圆柱回转曲面的偏心铣削加工方法，其特征在于：最大加工步距P_stepMAX为29.13mm。

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