CN103537743A - 多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法 - Google Patents

多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法,利用本方法可使刀具轴心依照构成曲面的经纬法线方向同时调整倾斜角度产生刀具路径,能够提高加工效率和零件表面光洁度。本发明可以通过下述技术方案予以实现:零件固于五轴机床回转中心;根据曲率变化和曲面法线方向,按照加工路径重构曲面,通过调整平底立铣刀刀轴前倾角及侧倾角来控制刀具轴线矢量的空间变化,使刀具在五轴连续切削中始终保持刀尖参与曲面切削;在程序编制中采用曲面投影加工方式,使铣刀跟随曲面的曲率变化进行多轴联动铣削加工,设置刀具轴线近似与刀具路径法向方向重合的较小前倾角a,侧倾角度设为0,保持刀具轴线垂直于加工路径方向,生成五轴联动加工数控程序。

Description

多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法
技术领域
[0001] 本发明是关于采用五轴联动机床,五轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法。
背景技术
[0002] 五轴加工技术的关键是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度,利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成,五轴联动加工通过发挥五轴机床的刀轴矢量连续变化的特点,控制刀具轴的轴线矢量在空间的变化来生成加工程序,其刀具轴的矢量变化是通过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。
[0003] 在中国专利号201210077874.8公开的“数控加工渐进插补法加工复杂曲面”的说明书和图4中,该方法是将复杂曲面的缘条、肋条或腹板类零件装夹固定在数控机床平台上;通过编制数控加工程序,在保证刀具轴向和被加工零件表面的切线方向垂直情况下,当被加工面曲率变化平缓时,利用铣刀的底刃切削;当被加工曲面带有倾斜或竖直,则利用铣刀的侧刃铣削,刀具轴向和被加工零件表面的切线方向平行;通过调用数控程序,验证实际加工曲面轮廓与理论曲面一致,使刀位分布最大化地取出残留余量。直接利用数控程序进行曲面零件的加工。由此提出了用立铣刀代替球刀加工曲面,刀具轴心和被加工零件表面的法向方向重合的加工方式。这种加工方式的不足之处在于只是简单的将刀具轴心垂直于曲面,没有考虑到当刀具在切削过程中随着曲面曲率变化时,会使刀具中心部分参与切削。由于刀具中心部分的切削线速度远低于外圆处,且刀具中心部分容屑槽小,极易排屑不畅使切削力变大及切削温度变高,因产生过大的切削震动造成加工环境的恶化,并无法进一步提高切削速度,使零件加工表面质量下降,光洁度差,接刀痕迹大,并且加工效率低,它的这种加工方法在曲面加工中的零件表面质量并不理想,没有充分发挥出多轴机床加工曲面类零件的优势。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对复杂曲面零件曲面曲率不断变化,刀具中心部分参与切削线速低,切削力大,排屑不畅,加工表面接刀痕迹大,光洁度差,加工质量不理想的不足之处,提供一种切削效率高,刀具底平面与曲面切线方向接近重合,切削刀间距大、残留余量小,可使其刀具轴心依照构成曲面的经纬法线方向同时调整倾斜角度产生刀具路径,能够提高加工效率和零件表面光洁度的多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法。
[0005] 本发明的上述目的可以通过以下措施来达到,一种多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法,其特征在于包括以下步骤:
(a)为了保持切削过程中刀轴矢量变化均匀,将曲面零件固定于五轴机床的回转中
心;
(b)根据复杂曲面零件曲面的曲率变化情况和曲面法线方向,按照走刀路径重构曲面经纬线,调整平底立铣刀刀轴的前倾角及侧倾角,控制加工中刀具轴线矢量在空间的变化,使刀具在五轴连续切削中能始终保持刀尖参与曲面切削,编制数控加工程序; (C)采用曲面投影加工方式,用平底立铣刀跟随曲面的曲率变化进行多轴联动铣削加工,设置刀具底面和刀具圆柱面近似与刀具路径法向方向重合的较小前倾角a,同时将侧倾角度设为O,保持刀具轴线垂直于加工路径方向,并设置好刀间距,生成五轴联动加工数控程序;
(d)进行数控程序加工干涉过切验证,确保加工不过切原有曲面轮廓;
(e)然后在五轴联动加工中心进行曲面的五轴联动加工。
[0006] 本发明相比于现有技术具有如下有益效果,
本发明在编程软件中根据零件参数曲面曲率变化情况,通过对曲面刀路轨迹的优化,使其刀具轴轴心依照构成曲面的经纬法线方向同时调整倾斜角度产生刀具路径。根据曲面法线方向调整参数控制平底立铣刀刀具的前倾角和侧倾角,能使刀具在五轴连续切削中能始终保持刀尖参与曲面切削,由于其加工线速度相比球型铣刀要大,切削效率高,且刀具底平面与曲面切线方向接近重合,使切削刀间距大、残留余量小,提高了加工效率和零件表面光洁度,充分发挥出了五轴联动加工的技术优势。解决了刀具中心部分参与切削切削线速低,切削力大,排屑不畅,加工表面接刀痕迹大,光洁度差,加工质量不理想的问题。
[0007] 本发明将曲面零件固定于五轴机床的回转中心可保持切削过程中刀轴矢量变化均匀。
[0008] 本发明在五轴联动切削中既保持了切削速度的最大化,又使刀轴矢量变化较为均匀,使机床转动的角速度较小,可以减少机床在多轴加工中的冲击,保证整个切削过程的稳定,从而提高复杂曲面零件表面的加工质量。
[0009] 本发明通过调整参数控制平底立铣刀刀具的倾斜角度,能使刀具在五轴连续切削中能始终保持刀具外圆端部参与切削,由于其加工线速度相比球型铣刀要大,切削效率高,可以使加工时间缩短,提高生产效率。
附图说明
[0010] 图1显示的是五轴曲面加工刀具轴矢量前倾角变化示意图。
[0011] 图2显示的是刀具轴矢量侧倾角变化示意图。
[0012] 图3是重构曲面参考线示意图。
[0013] 图4是专利号为201210077874.8的数控加工曲面示意图。
[0014] 图中:1曲面零件表面,2刀具路径方向,3平底立铣刀,4,刀具路径法向方向,5曲面关键点,6曲面参考线。
具体实施方式
[0015] 参阅图1。根据典型五轴机床DMU70eV其结构为双摆动工作台的特点,为了保持切削过程中刀轴矢量变化均匀,将曲面零件固定于五轴机床的回转中心。平底立铣刀3以刀具路径法向方向4为基准,按照刀具路径方向2的曲面圆弧轨迹运行于复杂曲面零件表面I。如图1所示前倾角a为刀具沿刀具路径方向的给定角度前倾角,当设置较大时,会使刀轴矢量变化过大会引起转台转动角速度变动较大,引起加工误差、降低加工质量,而当前倾角a角度设置较小时O < a < 1°,刀具的圆柱面就近似与刀具路径法向方向重合,刀具底面又与刀具路径法向方向重合。如图2所示侧倾角为和刀具路径方向垂直方向的给定角度,此时将侧倾角b角度设为O,保持刀具轴线垂直于加工路径方向,保持刀具底面贴合加工曲面,可减少接刀痕迹,提高曲面加工光洁度。
[0016] 按照图3所示曲面的曲率变化情况,依据重构曲面参考线,分析复杂曲面的曲率变化情况,按照合理的走刀路径,规划、重构曲面的经纬线,可在CAD软件PowerSHAPE中根据曲面的曲率变化重构曲面,采集原有曲面的关键点,使其等间距均匀分布,依照关键点生产参考线,再重构曲面。利用新的曲面在编程软件中选择加工策略,通过控制平底立铣刀轴线矢量在空间的变化,在软件中调整刀具轴的倾斜角度跟随曲面的曲率变化进行多轴联动铣削加工,前倾角a设置范围O <a< 1°,侧倾角b角度设为O ;可在CAM软件PowerMILL中,采用曲面投影加工方式,用平底立铣刀跟随优化后曲面的曲率变化,进行多轴联动铣削加工,通过调整刀轴的前倾角及侧倾角控制加工中刀具轴线矢量在空间的变化,编制数控加工程序。然后进行数控程序加工干涉过切验证,确保加工不过切原有曲面轮廓;在五轴联动加工中心进行曲面的五轴联动加工。

Claims (4)

1.一种多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法,其特征在于包括以下步骤: (a)为了保持切削过程中刀轴矢量变化均匀,将曲面零件固定于五轴机床的回转中心; (b)根据复杂曲面零件曲面的曲率变化情况和曲面法线方向,按照走刀路径重构曲面经纬线,调整平底立铣刀刀轴的前倾角及侧倾角,控制加工中刀具轴线矢量在空间的变化,使刀具在五轴连续切削中能始终保持刀尖参与曲面切削编制数控加工程序; (c)采用曲面投影加工方式,用平底立铣刀跟随曲面的曲率变化进行多轴联动铣削加工,设置刀具底面和刀具圆柱面近似与刀具路径法向方向重合的较小前倾角a,同时将侧倾角度b设为O,保持刀具轴线垂直于加工路径方向,并设置好刀间距,生成五轴联动加工数控程序。
2.根据权利要求1所述的多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法,其特征在于,根据曲面的曲率变化重构曲面,采集原有曲面的关键点,使其等间距均匀分布,依照关键点生产参考线,再重构曲面。
3.根据权利要求1所述的多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法,其特征在于,根据零件曲面的曲率变化,在编程软件刀轴方向选项中调整刀轴的倾斜角度控制平底立铣刀进行五轴联动加工。
4.根据权利要求1所述的多轴曲面数控加工复杂曲面零件的方法,其特征在于,前倾角a角度设置为O < a < 1°,刀具的圆柱面近似与刀具路径法向方向重合,刀具底面与刀具路径法向方向重合。
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