CN102363274B - 横向自驱动的立体仿形加工方法及立体仿形机床 - Google Patents

横向自驱动的立体仿形加工方法及立体仿形机床 Download PDF

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Abstract

本发明公开了横向自驱动的立体仿形加工方法,其包括以下步骤:1)让仿形架位于主轴与靠模轴之间,且让触头朝向靠模轴,加工头朝向主轴;2)加装靠模和待加工工件进行横向加工;3)纵向进给。本发明还公开了与该方法相对应的横向自驱动的立体仿形机床。本发明中的横向自驱动的立体仿形加工方法,让靠模在旋转的过程中能压迫加工头横向移动,从而提供了横向动力并传递至待加工工件上,从而省却了传统立体仿形加工中需要设置仿形机床上横向驱动装置的步骤,简化了仿形机床结构和加工方法,且由于横向动力由靠模直接提供,仿形精度高。本发明可广泛应用与立体仿形工艺中。

Description

横向自驱动的立体仿形加工方法及立体仿形机床技术领域[0001] 本发明涉及一种立体仿形加工方法,以及相应的立体仿形机床。背景技术[0002] 在切削、滚压加工工艺当中,有一种加工方法称为立体仿形。所谓立体仿形,即指将工件与靠模加装到仿形机床上,机床依照靠模提供的信息,加工出需要的工件的形状。传统的立体仿形,是一种“形状信息完全拷贝”的加工理念,也就是说,靠模的形状与加工工件形状几乎是一样的,或者是呈一定的尺寸比例来缩放。而相对应地,靠模与工件加装到仿形机床上后,就具有了两种位置关系,一种是串联形式,即靠模与待加工毛坯固定在同一旋转轴上,随着机床主轴同步旋转;另一种是并联形式,即仿形机床具有主轴和靠模轴、并且主轴和靠模轴可同步旋转,这样就可以将待加工毛坯和靠模分别加装到主轴和靠模轴上,让二者同步旋转。现在的加工过程中,多采用并联模式。[0003] 而仿形机床上的起实际加工作用的工作部件,则称为仿形架。并联模式的仿形架,大都采用如图1所示的结构设置。参照图1,靠模I与待加工工件2并联设置且同步旋转,二者下方设有支撑架7,支撑架7上设置有弹簧6,弹簧6与仿形架3的下部联接并将之向上顶,使设置在仿形架3上的触头4随时与靠模I的外边缘抵靠,由于靠模I在旋转,因此触头4亦随之上下运动,那么此时与触头4并联设置在仿形架3上的加工头5即能通过触头4的运动获得坐标位移信息,来将之反馈到其所抵触住的待加工工件2上,其中所述支撑架7、仿形架3、触 头4、加工头5均为仿形机床的常规部件。但是从中可以看到,所述触头5仅仅是提供了坐标信息,并不提供任何横向驱动力,但加工待加工工件2的时候,一方面要完成横截面上的切削,一方面要让整套刀具沿主轴的纵向进给,那么其中横向动力的来源就只好另设横向驱动装置(例如液压驱动装置或电机驱动装置),因此机床至少要有三套动力驱动装置,即主轴旋转驱动装置、让刀具或工件沿纵向(即主轴轴向)运动的纵向驱动装置和横向驱动装置。而如此多的动力驱动装置的设置,导致仿形机床整体结构庞大复杂;另外由于动力装置的分立设置,有可能导致加工误差被扩大,仿形尺寸不够精确。发明内容[0004] 本发明的目的,是为了提供一种省却设置机床上横向驱动装置的步骤却依然可对工件横截面进行加工的横向自驱动的立体仿形加工方法,同时,还提供一种实现该方法的横向自驱动的立体仿形机床。[0005] 本发明解决其技术问题的解决方案是:[0006] 横向自驱动的立体仿形加工方法,其包括以下步骤:[0007] I)、准备仿形机床,将仿形机床的仿形架调到在仿形机床的主轴与靠模轴之间的位置,且将仿形架上的触头调成朝向靠模轴方向,加工头调成朝向主轴方向,触头与加工头的朝向相反;[0008] 2)、将靠模和待加工工件分别加装至靠模轴与主轴上并让二者同步反向旋转,在二者同步反向旋转过程中,始终让触头与加工头分别抵靠在靠模和待加工工件上,从而进行横向加工;[0009] 3)、让仿形机床驱动仿形架沿纵向运动进行纵向加工,从而完成整套立体仿形加工。[0010] 作为上述技术方案的进一步改进,所述步骤2)与步骤I)之间,还具有预设计靠模的步骤。[0011] 作为上述技术方案的进一步改进,所述步骤I)中的主轴与靠模轴位于同一平面上且互相平行。[0012] 接下来,是横向自驱动的立体仿形机床的技术方案:[0013] 横向自驱动的立体仿形机床,包括主轴和靠模轴,以主轴的轴向为纵向,主轴径向为横向,所述横向自驱动的立体仿形机床还包括设置在主轴和靠模轴之间的支撑架和可横向移动的仿形架,所述仿形架上设有朝向靠模轴方向的触头和朝向主轴方向的加工头,触头与加工头的朝向相反,所述支撑架与仿形架之间通过弹性构件联接。[0014] 作为上述技术方案的进一步改进,所述弹性构件为弹簧。[0015] 作为上述技术方案的进一步改进,所述主轴和靠模轴位于同一平面上且互相平行。[0016] 作为上述技术方案的进一步改进,所述加工头可为车刀或旋压轮。[0017] 作为上述技术方案的进一步改进,所述支撑架分为垂直的上部分和水平的下部分,所述仿形架整体呈L形,L形的下端设有轮子且与支撑架下部分接触,上端与支撑架的上部分通过弹簧联接。[0018] 本发明的有益效果是:本发明中的横向自驱动的立体仿形加工方法,通过在步骤I)中改变仿形架的位置以及调整触头与加工头的位置,在步骤2)中控制触头与加工头分别随时均抵靠在靠模和待加工工件上,这就让靠模在旋转的过程中,由于主轴与靠模轴同步反向旋转,即能压迫加工头横向移动,从而提供了横向动力并传递至待加工工件上,从而省却了传统立体仿形加工中需要设置仿形机床上横向驱动装置的步骤,简化了仿形机床结构和加工方法,且由于横向动力由靠模直接提供,仿形精度高。[0019] 本发明中的横向自驱动的立体仿形机床即是为实现所述横向自驱动的立体仿形加工方法而设计的,结构简单可靠。[0020]本发明可广泛应用与立体仿形工艺中。附图说明[0021] 下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的说明。[0022] 图1是传统立体仿形加工过程中,待加工工件与靠模安装到仿形机床上后的整部机床横向剖视示意图,图中箭头表示旋向;[0023] 图2是实施例1中,本发明的横向自驱动的立体仿形机床用于车削加工时整部机床横向剖视示意图,图中箭头表示旋向;[0024] 图3是实施例2中,本发明的横向自驱动的立体仿形机床用于板料旋压成形时整部机床横向剖视示意图,图中箭头表示旋向。具体实施方式[0025] 参照图1,传统的立体仿形加工方法,靠模I并不存在提供横向动力的情况,因此加工时,需要具有设置横向动力装置的步骤。[0026] 参照图2〜图3,横向自驱动的立体仿形加工方法,其包括以下步骤:[0027] I)、准备仿形机床,将仿形机床的仿形架3调到在仿形机床的主轴与靠模轴之间的位置,且将仿形架3上的触头4调成朝向靠模轴方向,加工头5调成朝向主轴方向,触头4与加工头5的朝向相反;[0028] 2)、将靠模I和待加工工件2分别加装至靠模轴与主轴上并让二者同步反向旋转,在二者同步反向旋转过程中,始终让触头4与加工头5分别抵靠在靠模I和待加工工件2上,从而进行横向加工;[0029] 3)、让仿形机床驱动仿形架3沿纵向运动进行纵向加工,从而完成整套立体仿形加工。[0030] 进一步作为优选的实施方式,所述步骤2)与步骤I)之间,还具有预设计靠模I的步骤。所述预设计靠模I的步骤,是指所述靠模I的形状,要设计成保证其安装到靠模轴上并与待加工工件2同步旋转时,位于待加工工件2与靠模I之间的仿形架3的触头4能始终保持与靠模I的外形轮廓接触、加工头5始终保持与待加工工件2的外形轮廓接触。具体地,可通过待加工工件2的外形,反求出靠模I的外形。[0031] 进一步作为优选的实施方式,所述步骤I)中的主轴与靠模轴位于同一平面上且互相平行。[0032] 另外,作为实现该方法的实际设备,横向自驱动的立体仿形机床,包括主轴和靠模轴,以主轴的轴向为纵向,主轴径向为横向,所述横向自驱动的立体仿形机床还包括设置在主轴和靠模轴之间的支撑架7和可横向移动的仿形架3,所述仿形架3上设有朝向靠模轴方向的触头4和朝向主轴方向的加工头5,触头4与加工头5的朝向相反,所述支撑架7与仿形架3之间通过弹性构件联接。[0033] 进一步作为优选的实施方式,所述弹性构件为弹簧6。除了弹簧构件,还可设置其他类似的弹片等弹性构件, 来让仿形架3可横向移动,保持触头4与靠模I的外轮廓接触。[0034] 进一步作为优选的实施方式,所述主轴和靠模轴位于同一平面上且互相平行。两轴平行,方便简化靠模I的设计,不用考虑轴夹角所产生的切削影响。[0035] 进一步作为优选的实施方式,所述加工头5可为车刀或旋压轮。[0036] 进一步作为优选的实施方式,所述支撑架7分为垂直的上部分和水平的下部分,所述仿形架3整体呈L形,L形的下端设有轮子且与支撑架7下部分接触,上端与支撑架7的上部分通过弹簧6联接。L形的仿形架3下方联接有轮子,这样它就可以方便地实现横向滑移了。除此之外,还可以采用导轨滑块等机构实现横向移动。[0037] 下面举两个实施例。[0038] 实施例1:[0039] 参照图2,待加工工件2为正六棱柱形,棱边倒圆角,其截面为圆角正六边形,为了切削加工,待加工工件2的实际加工毛坯预留了外壁的加工余量,但在设计靠模I时,使用工件的成品尺寸来作为设计基准,即在图2中的待加工工件2尺寸视为标准成品的尺寸。[0040] I)、准备仿形机床,将仿形机床的仿形架3调成位于仿形机床的主轴与靠模轴之间,且将仿形架3上的触头4调成朝向靠模轴方向,加工头5调成朝向主轴方向,其具体结构如图2所示;另外,此处采用切削加工,因此所述加工头5为车刀,所述触头4为滚轮(若采用本发明中所提供的横向自驱动的立体仿形机床,由于已经事先调好仿形架3,因此该步骤可视为已经预先做好了)。[0041] 2)、设计靠模1形状。由于设计时遵循“保证靠模I安装到靠模轴上并与待加工工件2同步旋转时,位于待加工工件2与靠模I之间的仿形架3的触头4能始终保持与靠模I的外形轮廓接触、加工头5始终保持与待加工工件2的外形轮廓接触”的原则,并且主轴与靠模轴位于同一平面且互相平行,因此待加工工件2横截面上的每一个点,均与靠模I上的相应点形成--映射的关系,如果已知待加工工件2横截面的轮廓线的数学方程,即可解出靠模I的轮廓线方程,从而绘制出其横截面外形。[0042] 举个例子,取图2中所示的待加工工件2的横截面外轮廓线上的某一点作为A点,其与靠模I的对应映射点为B,则当A转到与加工头5接触时,其变为A’,而B也转到与触头4接触的位置,变为B’。这个过程中,有两个参数不会变化,一个是主轴与靠模轴的间距不变,一个是待加工工件2与靠模I的转速相同,即任何时候,A点与B点相对应各自的旋转中心的极坐标当中的β值是相同的,因此,通过联立极坐标方程即可解出靠模I的外形轮廓方程。当然,在实际设计中,完全可以通过计算机模拟加工工况,来直接设计出靠模I。在本实施例中,靠模I设计成近似梅花形的外形轮廓。[0043] 3)、将靠模I安装在靠模轴上,将待加工工件2加装在主轴上(此时的待加工工件2是处于留有加工余量的实际毛坯,并非设计阶段的尺寸)。[0044] 4 )、启动机床让主轴和靠模轴同步反向旋转,并启动机床的纵向驱动装置推动仿形架3沿工件的纵向运动,靠模I压迫仿形架3横向左右运动,加工出具有六边形截面的实心零件。[0045] 实施例2:[0046] 参照图3,待加工工件2为椭圆形截面的空心锥体零件,因为是呈锥体形状,故具有大头端和小头端,加装时中心轴线与主轴轴线同轴。零件锥角为15°,高度50mm,椭圆长轴为250mm,短轴为145mm,主轴与靠模轴之间的距离为400mm。为了旋压加工,待加工工件2的实际加工毛坯为与工件等厚度的平面板材,但在设计靠模I时,使用工件的成品尺寸来作为设计基准,即在图3中的待加工工件2尺寸视为标准成品的尺寸。[0047] 1)、准备仿形机床,将仿形机床的仿形架3设置在仿形机床的主轴与靠模轴之间,且将仿形架3上的触头4设置成朝向靠模轴方向,加工头5设置成朝向主轴方向,其具体结构如图3所示;另外,此处采用旋压加工,因此所述加工头5为旋压轮,所述触头4为滚轮(同样地,若采用本发明中所提供的横向自驱动的立体仿形机床,由于已经事先调好仿形架3,因此该步骤可视为已经预先做好了)。[0048] 2)、设计靠模I形状。设计方法参照实施例1,此处将靠模I设计为近似8字形的截面轮廓。靠模I整体也为1形,锥角也为15°。[0049] 3)、由于待加工工件2为空心件,需要准备锥形的芯模8,套模后,将芯模8的大头朝向机床主轴箱,安装在主轴上。将锥形的靠模I的小头朝向机床主轴箱,安装在靠模轴上,对准后固定。[0050] 4 )、启动机床让主轴和靠模轴同步反向旋转,并启动机床的纵向驱动装置推动仿形架3沿工件的纵向运动,靠模I压迫仿形架3横向左右运动,使板料毛坯变形,滚压出具有椭圆形截面的锥形空心零件。[0051] 以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换,这些等同的变 型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.横向自驱动的立体仿形加工方法,其特征在于:其包括以下步骤: I)、准备仿形机床,将仿形机床的仿形架(3)调到在仿形机床的主轴与靠模轴之间的位置,且将仿形架(3)上的触头(4)调成朝向靠模轴方向,加工头(5)调成朝向主轴方向,触头(4)与加工头(5)的朝向相反; 2)、将靠模(I)和待加工工件(2)分别加装至靠模轴与主轴上并让二者同步反向旋转,在二者同步反向旋转过程中,始终让触头(4)与加工头(5)分别抵靠在靠模(I)和待加工工件(2)上,从而进行横向加工; 3)、让仿形机床驱动仿形架(3)沿纵向运动进行纵向加工,从而完成整套立体仿形加工。
2.根据权利要求1所述的横向自驱动的立体仿形加工方法,其特征在于:所述步骤2)与步骤I)之间,还具有预设计靠模(I)的步骤。
3.根据权利要求2所述的横向自驱动的立体仿形加工方法,其特征在于:所述步骤I)中的主轴与靠模轴位于同一平面上且互相平行。
4.横向自驱动的立体仿形机床,包括主轴和靠模轴,以主轴的轴向为纵向,主轴径向为横向,其特征在于:其还包括设置在主轴和靠模轴之间的支撑架(7)和可横向移动的仿形架(3),所述仿形架(3)上设有朝向靠模轴方向的触头(4)和朝向主轴方向的加工头(5),触头(4)与加工头(5)的朝向相反,所述支撑架(7)与仿形架(3)之间通过弹性构件联接。
5.根据权利要求4所述的横向自驱动的立体仿形机床,其特征在于:所述弹性构件为弹簧(6)。
6.根据权利要求4所述的横向自驱动的立体仿形机床,其特征在于:所述主轴和靠模轴位于同一平面上且互相平行。
7.根据权利要求4所述的横向自驱动的立体仿形机床,其特征在于:所述加工头(5)可为车刀或旋压轮。
8.根据权利要求4〜7任一项所述的横向自驱动的立体仿形机床,其特征在于:所述支撑架(7)分为垂直的上部分和水平的下部分,所述仿形架(3)整体呈L形,L形的下端设有轮子且与支撑 架(7 )下部分接触,上端与支撑架(7 )的上部分通过弹簧(6 )联接。
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