CN102350526A - 铣削加工等螺旋角等前角锥度铣刀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数控加工等螺旋角等前角锥形螺旋铣刀的铣削加工方法。本发明的方法，采用四轴联动及以上的数控加工系统，以刀具的长轴线为X轴，锥度铣刀的小端面为X轴的零点，以锥度铣刀的回转轴心线为Y轴、Z轴的零点，以刀具坯料的圆周上的零点为旋转轴A轴的零点，按刀具的切入点半径，计算螺旋角偏移量等参数。本发明具有如下优点：方法灵活，可以选择球头刀，平底R刀，角度刀来加工不同要求和不同形状的异形刀具；加工效率高，对于直径小且螺旋角和前角大的锥度铣刀可减少磨削前角及开槽的工序；实现方法简洁高效且通用性强，对于同类铣刀，加工程序选择相应的类型，修改实际的几何参数即可。

Description

铣削加工等螺旋角等前角锥度铣刀的方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，特别是铣削加工技术。

背景技术

对于加工复杂曲面工件，如叶片、模腔等异形刀具,等螺旋角锥形铣刀比等导程锥形铣刀切削性能优越,随着机械加工对象日趋复杂化,等螺旋角锥形铣刀的应用也日益广泛。制造锥形螺旋铣刀的传统加工方法，如凸轮补偿法、皮带变径法、变距丝杠法、非圆齿轮传动法等，实际得到的刀刃曲线并非真正的等螺旋角圆锥曲线，而是等导程圆锥曲线，并且不能完全实现刀具等螺旋角等前角和等刃带宽。

锥度型面刀具主要包括正锥度刀具、倒锥度刀具、锥度型面刀具。目前，加工锥度型面铣刀的主要方法为数控铣削后再数控磨削。数控刀具磨削在国外已有很多的数控刀具磨床及数控刀具磨削专用软件。而锥度型面刀具的数控铣削，国内外市场还没有出现专用的数控刀具铣床及相应的刀具铣削方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种数控加工等螺旋角等前角锥形铣刀的方法。

实现本发明的步骤为：

 a 确定锥度铣刀；

 b 根据锥度铣刀的几何参数和加工系统，确定加工参数：X轴安全距离A_X，Y轴安全距离A_Y，Z轴安全距离A_Z、切削角ω₁、主轴摆角ω₃、单次切削深度H₁、分度度数ω₂、分度次数N₁；

 c各控制轴的参数计算；

d 根据具体的数控系统编制加工程序；

 e 数控加工等螺旋角等前角锥度铣刀。

本发明的方法，采用四轴联动及以上的数控加工系统，以刀具的长轴线为X轴，锥度铣刀的小端面为X轴的零点，以锥度铣刀的回转轴心线为Y轴、Z轴的零点，以刀具坯料的圆周上的零点为旋转轴A轴的零点，

以小端切入时，

Y轴初始坐标值Y=-（D₂/2+ D₃/2- H_min）

其中：ω₀，锥度铣刀的螺旋角

r₂，锥度铣刀的切入点的圆锥截面的圆半径

D₂，锥度铣刀小端直径 

D₃，加工锥度铣刀的刀具直径 

H_min，锥度铣刀小端刀槽深度

β₂，锥度铣刀前刀槽锥度；

主轴/C轴的摆角为：

ω=ω₀ + ω₁  

根据刀具螺旋角展开定义公式：360 tanω₀/πr₂ ，得到A轴的切入点，在锥度铣刀毛胚上的切入点，即A轴的初始值为360 tanω₀/πr₂。

设X轴步距为k，以小端切入后，按单步增量k向大端移动；

Y轴单步增量为：

△Y= ktanβ₂

A轴单步增量值为：

                                                 

Z轴的坐标值是控制锥形刀具等前角，在锥面上不同的切点位置，其偏移量是不同的，即为：

 

其中：r，加工点所在圆锥截面的圆半径

        α，刀具的前刀面角度

          H：加工切点所在圆锥截面的刀槽深度，为变量

本发明相比于现有技术具有如下优点：

1） 实现了用铣削方法加工完成等螺旋角等前角锥度铣刀,本加工方法灵活，加工锥度铣刀的刀具可以选择球头刀，平底R刀，角度刀来加工不同要求和不同形状的异形刀具；对于加工余量很大的大直径锥度铣刀，效率很高，对于直径小且螺旋角和前角大的锥度铣刀，经数控铣削后，可减少磨削前角及开槽的工序，提高加工效率。

2） 实现方法简洁高效且通用性强，对于同类型（正锥度，倒锥度，锥度型面）不同尺寸的刀具，其加工程序选择相应的类型，修改实际的几何尺寸（外径，槽长，前角角度，螺旋角，外圆锥度，槽角锥度等）即可。

 

附图说明

图1 锥度型面铣刀立体示意图

图2 等螺旋角加工原理图

图3 前刀面角度加工转换示意图

图4 偏移量转换示意图

具体实施方式

本发明的实施方式之一为采用的C.B.Ferrari A15(意大利法拉利数控工具铣床)共六轴(X、Y、Z为直线坐标轴,A轴为旋转轴,B、C为摆动轴)，采用E580数控系统，完成等螺旋角等前角倒锥度铣刀加工：

等螺旋角的实现方法：见图2，因为等螺旋角等前角倒锥度铣刀的锥度面上的等螺旋线上的任意一点的切线角度相同，以倒锥度刀具为例，用垂直于刀具轴线的平面将锥面分成均等的N等份，相邻平面间的距离称为步距，该步距设为1（也可设为其他它值），即：将螺旋线分成了均等（垂直方向上）的N点，每一点相对于前一点旋转的角度值为：360×步距×TAN(螺旋角ω₀)/2πr，此公式中，只有该点的截面半径r是变化的，沿X轴的负方向，其r越来越大，其旋转角度就越来越小，即零件沿轴线逆时针旋转，依据此规律，实现锥度刀具的等螺旋角控制；

前刀面等前角的实现方法：等前角是通过控制偏移量来实现的，即：X轴按单步增量K移动的同时，A轴以单步增量△A旋转，见图2；Z轴以单步增量△Z移动，见图3；Y轴以单步增量△Y移动，见图4。其中，单步偏移量△Z是变化的，主要是受两个方面的变化影响。一个方面是被加工的锥度刀具的锥面上r是变化的，其r越大，则偏移量△Z₁也越大；若r越小，则偏移量△Z₁也越小，即△Z₁= rtanα。另一方面是受铣削点的变化，铣削点是与被加工的锥度刀具的槽深和主轴的摆角（螺旋角+切削角）的变化而变化的，即；

 

⑴、确定刀具的几何数据：锥形小端直径D₂、大端直径D₁、前刀面角度α、小端刀槽深度H_min、大端刀槽深度H_max ，、外圆锥度β₁、前刀槽锥度β₂、螺旋角ω₀、槽角β₄、槽底R、前刀槽锥度β₂、刃长L₁、齿数Z；

⑵、加工参数的计算：X轴安全距离A_X，Y轴安全距离A_Y，Z轴安全距离A_Z、切削角ω₁、主轴摆角ω₃、单次切削深度H₁、分度度数ω₂、分度次数N₁；D₃=加工锥度刀具的铣刀直径；

A_X = D₁/2； 

A_Y =H _max  + (D₁- D₂)/2+1.5mm;

A_Z = (D₁- D₂)/2+1.5mm;

  切削角ω₁: ω₁=0.5°～6°, 前刀槽锥度β₂越大，ω₁就越大，最大为6°;

β₂=0时，ω₁=0.5°。

主轴摆角ω₃：ω₃=ω₀+ω_1，见图4

分度度数ω₂：ω₂=360°/Z

分度次数N₁: N₁ = Z-1；

⑶、各控制轴的坐标值的计算：X轴、Y轴、Z轴的移动坐标数据，A轴的旋转角度，C轴的摆角。以刀具的长轴线为X轴，刀具锥形的小端面为X轴的零点，以刀具的回转轴心线为Y轴、Z轴的零点，以刀具的任意圆周上的零点为旋转轴A轴的零点，按刀具的切入点半径，螺旋角计算，即：360×tanω₀/πr₂ ，

X轴：设步距为k，以小端切入后，按步距k向大端移动；

Y轴：控制槽深，以小端切入时的Y轴坐标值Y=－(D₂/2+ D₃/2－H_min)，按步距k切入，Y轴步距增量：△Y= k tanβ₂，

Z轴：通过控制Z轴方向的偏移量△Z来实现等前角；要控制偏移量△Z，就需保证以下三方面的值:

Ⅰ. 为保证倒锥度刀具的前角，Z轴方向的偏移量

 

Ⅱ. 铣削时,主轴有一个摆角,且铣削锥度铣刀的刀具在铣削槽深不同的情况下,切削点在不断变化，其在Z轴方向的偏移量为：    

 

Ⅲ. 为修正加工时前角的误差，设修正值为△Z_3， △Z₃的取值与具体的加工设备相关。根据加工出的锥度铣刀的前刀面的检测结果，因为前角偏下差，为确保角度在公差±2°以内，本实施例△Z₃取值为-0.2。

Z轴方向的偏移量 △Z =－△Z₁+ △Z₂+ △Z₃

主轴的摆角   ω=ω₀+ω₁  

A轴：控制锥度刀具的等螺旋角，主轴以小端切入，A轴起始的角度值为，按步距k，A轴旋转的单步增量值：

 

⑷、在数控系统上程序的编制

依据第⑵步计算的参数，第⑶步计算的控制轴的坐标值，结合具体的数控系统，编制加工程序。

（5）、实现锥形铣刀前刀槽的等螺旋角等前角的铣削加工。

 

同理可实现锥度螺旋辅助槽及螺旋台阶背的加工程序、型面台阶背的铣削加工程序。因为无论是辅助槽还是台阶背，其一：加工轨迹与前刀槽一样，只是按要求留出圆柱面的宽度（即偏移的距离），其二: 辅助槽与台阶背的后角，是以A轴按一定角度旋转而形成，这样即可完成台阶背的加工。

根据上述实施例，容易实现正锥度铣刀和型面铣刀的数控铣削加工。正锥度铣刀与倒锥度铣刀的变化规律是一样的，只是其变化值的符号（+/-）相反，如：Y轴：控制槽深，单步增量△Y= k tanβ₂，在倒锥度情况下，小端（切削部尾端）切入，△Y取正值；在正锥度情况下，大端（切削部尾端）切入，△Y取负值；Z轴及A轴的控制同理，X轴的实现方式相同。

Claims (6)

1.一种铣削加工等螺旋角等前角锥度铣刀的方法，其步骤为：

 a 确定锥度铣刀的几何参数；

 b 根据锥度铣刀的几何参数和加工系统，确定加工参数；

c确定各控制轴的参数；

d 根据数控设备的数控系统编制加工程序；

 e 数控加工等螺旋角等前角锥度铣刀。

2.根据权利要求1所述铣削加工等螺旋角等前角锥度铣刀的方法，步骤b所述加工参数为：X轴安全距离A_X，Y轴安全距离A_Y，Z轴安全距离A_Z、切削角ω₁、主轴摆角ω、单次切削深度H₁、分度度数ω₂、分度次数N₁ 。

3. 根据权利要求1或2所述铣削加工等螺旋角等前角锥度铣刀的方法，步骤c所述各控制轴的参数为：

以刀具的长轴线为X轴，锥度铣刀的小端面为X轴的零点，以锥度铣刀的回转轴心线为Y轴、Z轴的零点，以刀具坯料的圆周上的零点为旋转轴A轴的零点，以锥度铣刀小端切入时，

Y轴初始坐标值为： -（D₂/2+ D₃/2- H_min）

主轴/C轴的摆角为：ω=ω₀ + ω₁  

A轴初始角度值为：                                                

其中：ω₀，锥度铣刀的螺旋角

r₂，锥度铣刀的切入点的圆锥截面的圆半径

D₂，锥度铣刀小端直径 

D₃，加工锥度铣刀的刀具直径 

H_min，锥度铣刀小端刀槽深度。

4.根据权利要求1所述铣削加工等螺旋角等前角锥度铣刀的方法，步骤c所述各控制轴的参数为：

以X轴步距为k，则Y轴单步增量为：

△Y= ktanβ₂

其中：β₂，锥度铣刀前刀槽锥度

A轴单步增量值为：

      其中：r，加工切点所在圆锥截面的圆半径。

5.根据权利要求1所述铣削加工等螺旋角等前角锥度铣刀的方法，步骤c所述各控制轴的参数中， 

Z轴坐标值的偏移量为：

其中：α，刀具的前刀面角度

         H：加工切点所在圆锥截面的刀槽深度。

6.根据根据权利要求2所述铣削加工等螺旋角等前角锥度铣刀的方法，Z轴单步增量△Z还包含根据具体加工设备设置的加工修正因子△Z₃，即

 。

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