CN104668642B - 一种外伸空心圆柱曲面加工方法及球铣刀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外伸空心圆柱曲面加工方法及球铣刀，而提供一种使用普通的三轴立式机床的加工，能够减少装夹次数，提高加工效率和加工稳定性的加工方法及球铣刀。该加工方法包括：粗加工；精加工：①采用T形铣刀半精加工圆形凹槽、圆柱面和圆台曲面：圆柱面和圆形凹槽的单边余量均为0.15mm，圆台曲面的加工余量为0.12mm；②采用T形铣刀精加工圆形凹槽、圆柱面和圆台曲面：所选T形铣刀的参数与步骤①相同，加工圆形凹槽和圆柱面余量为0mm，即加工到位，而圆台曲面单边余量为0.08mm；③采用特制球铣刀精加工圆台曲面：最小切削长度为0.1mm。所述特制球铣刀刀杆的直径小于球头的直径。该方法及球铣刀的使用，保证了工件的加工质量。

Description

一种外伸空心圆柱曲面加工方法及球铣刀
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，更具体的说，是涉及一种外伸空心圆柱曲面加工方法及加工过程中所使用的特制球铣刀。
背景技术
薄壁工件由于其重量轻、成本低而且结构紧凑现已广泛应用于各个工业领域。
目前，薄壁件的加工一直是困扰机加工行业的难题。原因是薄壁件刚性差，强度弱，在加工过程中由于受到夹紧力、热、震动等因素影响而产生变形，使工件加工精度更难以保证。特别像轻型薄壁带外伸空心圆柱曲面的铝板工件精密加工时，加工稳定性很差。由于圆柱壳体的顶部带有外伸的圆环，采用普通的三轴立式机床的加工，由于通用的球铣刀具不能伸到圆环所挡住的位置，所以通常此零件需要采用三次装夹才能加工完成，既耽误时间又影响加工精度。如果采用更高档的四轴或五轴机床加工，尽管装夹次数可以减少，但一般企业难以承受采用高档机床加工零件所需的高费用。
同时，由于通用的球铣刀具其刀杆直径和球头直径一样，在加工时刀具不能伸到外伸圆环所挡住的圆台曲面，需要有三次加装。最后一次加工圆台曲面时需要把工件立起来进行装夹，装夹示意图如图5所示，该方案中所需刀具长度大,由于刀具长度较大，降低了刀具加工过程中的刚性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种使用普通的三轴立式机床的加工，能够减少装夹次数，提高加工效率和加工稳定性的外伸空心圆柱曲面加工方法。
本发明的另一个目的是提供一种适于上述加工方法的球铣刀。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种外伸空心圆柱曲面的加工方法，所加工的曲面由下向上依次为圆台曲面、圆柱面和两个外伸圆环，所述两个外伸圆环之间为圆形凹槽；该加工方法包括下述步骤：
(1)粗加工：将长方体毛坯料用平口钳夹住,对于没有精度要求的加工面直接铣削到尺寸，对于有精度要求的加工面单边留量为0.3mm，选用直径为12mm的球铣刀，切削深度为0.3mm，进给速率为1500mm/min，主轴转速3000rpm；
(2)精加工：将经过步骤(1)加工后的工件通过边沿处的固定螺钉与加工胎具夹紧定位，具体精加工步骤为：
①采用T形铣刀半精加工所述圆形凹槽、圆柱面和圆台曲面：所选T形铣刀直径T刀具＝20mm,T形铣刀刀杆直径为10mm,单边伸出量T伸＝5mm，单边伸出尺寸与刀具直径的关系为：T伸:T刀具≤1:2；铣刀刀刃高度4mm,铣刀转速2500r/min,进给速率为400mm/min，圆柱面和圆形凹槽的单边余量均为0.15mm，所述圆台曲面的加工余量为0.12mm；
②采用T形铣刀精加工圆形凹槽、圆柱面和圆台曲面：所选T形铣刀的参数与步骤①相同，所选T形铣刀转速4000r/min,进给速率为300mm/min，加工圆形凹槽和圆柱面余量为0mm，即加工到位，而圆台曲面单边余量为0.08mm；
③采用特制球铣刀精加工圆台曲面：所述特制球铣刀包括刀杆夹持部、刀杆和球头，所述刀杆的直径小于所述刀杆夹持部和球头的直径，所述刀杆的直径与球头直径的差值大于被加工工件外伸圆环的宽度，所述球头为半圆的鼓形；所述特制球铣刀加工参数为：转速5000r/min,进给速率为300mm/min,最小切削长度为0.1mm；在生成步骤③精加工的数控程序时，所述特制球铣刀的刀刃长度设置为4mm。
所述外伸空心圆柱曲面尺寸如下：外伸总高度H1的范围为0<H1<200mm,外伸突出部分高度H2的范围为0<H2<150mm,外伸单边尺寸B1的范围为0<B1<10mm；所选刀具直径D1，其比值B1:D1≤1:2，H2:H1≤1:2。
一种上述的加工方法所使用的球铣刀，包括刀杆夹持部、刀杆和球头，所述刀杆的直径小于所述球头的直径，所述刀杆的直径与球头直径的差值大于被加工工件外伸圆环的宽度，所述球头为半圆的鼓形。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的加工方法采用T形铣刀和特制球铣刀加工圆形凹槽、圆柱面和圆台曲面，可在一次装夹中把外伸空心圆柱面加工完成，减少了装夹次数，提高了生产效率，降低了生产成本。
2、本发明的加工方法减少了工件立起来加工的过程，减少了刀具伸出刀柄的长度，能有效提高刀具加工过程中的刚性，有利于控制薄壁工件加工的变形，保证了工件的加工质量。
3、本发明的加工方法，在精加工时，利用特制的球铣刀，便于在一次装夹中，对复杂圆台曲面进行精加工，其转速5000r/min,进给速率为300mm/min,最小切削长度为0.1mm，一次装夹完成粗精加工，提高了工件的加工效率和加工精度的稳定性。
4、本发明的球铣刀的刀杆直径小于球头直径，在加工带外伸曲面的工件时，可以使用普通的三轴立式机床的加工，在一次装夹中把外伸曲面加工完成，减少了装夹次数，提高了生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1所示为本发明特制的球铣刀的结构示意图；
图2所示为工件外伸圆柱曲面加工装夹的示意图；
图3所示为特制的球铣刀精加工圆台曲面示意图；
图4所示为外伸空心圆柱曲面尺寸示意图；
图5所示为现有技术的加工方法中工件立起来加工的装夹方案示意图。
图中：1.球头，2.刀杆，3.刀杆夹持部，4.胎具,5.工件,6.圆台曲面，7.圆柱面,8.圆形凹槽，9.外伸圆环,10.圆台曲面加工刀轨。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的加工方法采用特制的球铣刀，其示意图如图1所示，包括刀杆夹持部3、刀杆2和球头1，所述刀杆2的直径小于所述球头1的直径，所述刀杆2的直径与球头1直径的差值大于被加工工件外伸圆环的宽度。所述球头1为半圆的鼓形。
以下以具体工件为实施例进行详细说明。
本实施例的工件5有一个突出的空心圆柱曲面，其示意图如图4所示，其尺寸如下，外伸总高度H1＝50mm,外伸突出部分高度H2＝30mm,圆柱直径B1＝30mm,外伸单边尺寸B2＝3mm。
本发明的外伸空心圆柱曲面的加工方法中工件的装夹及加工示意图如图2和图3所示，采用普通的三轴立式机床加工，所加工的曲面由下向上依次为圆台曲面6、圆柱面7和两个外伸圆环9，所述两个外伸圆环9之间为圆形凹槽8，该加工方法包括下述步骤：
(1)粗加工：与现有技术中的加工方法相同，即：将长方体毛坯料用平口钳夹住,对于没有精度要求的加工面直接铣削到尺寸，对于有精度要求的加工面单边留量为0.3mm，选用直径为12mm的球铣刀，切削深度为0.3mm，进给速率为1500mm/min，主轴转速3000rpm。
(2)精加工：将经过步骤(1)加工后的工件5通过边沿处的固定螺钉与加工胎具4夹紧定位，具体精加工步骤为：
①采用T形铣刀半精加工所述圆形凹槽8、圆柱面7和圆台曲面6：所选T形铣刀直径20mm,T形铣刀刀杆直径为10mm,单边伸出5mm，而外伸圆环9单边宽度为3mm,所以不会产生加工干涉。铣刀刀刃高度4mm,铣刀转速2500r/min,进给速率为400mm/min，圆柱面7和圆形凹槽8的单边余量0.15mm，圆台曲面6的加工余量为0.12mm。
②采用T形铣刀精加工圆形凹槽、圆柱面和圆台曲面：所选T形铣刀的参数与步骤①相同，所选T形铣刀切削参数为：转速4000r/min,进给速率为300mm/min，加工圆形凹槽8和圆柱面7余量为0mm，即加工到位，而圆台曲面6单边加工余量为0.08mm。
③采用图1所示的特制球铣刀精加工圆台曲面：由于通用的球铣刀具其刀杆直径和球头直径一样，在加工时刀具不能伸到外伸圆环9所挡住的圆台曲面6。因此，需要将通用的球铣刀利用磨刀机，采用碗状砂轮对直径12mm通用球铣刀的刀杆中间部位进行磨削，磨削后的细刀杆2直径为5.4mm,即球铣刀的球头部分伸出3.3mm,超出外伸圆环9为3mm。圆柱面7高度为35mm,磨削后细刀杆2长度为40mm,留有5mm的安全范围，这样球铣刀刀杆2能躲开外伸圆环9。球铣刀刀杆只中间部分磨削，这样能保证刀具的强度和刀具的安装精度，同时便于在磨刀机上装夹磨削。采用该特制球铣刀完成圆台曲面6的精加工，球铣刀的刀具长度H1＝50mm，按照圆台曲面加工刀轨10所示加工，其加工参数为：转速5000r/min,进给速率为300mm/min,最小切削长度为0.1mm。在生成数控程序时，为防止加工干涉计算错误，所述球铣刀的刀刃长度设置为4mm。
本发明的加工方法与改进前工件的加工工艺对比如表1所示。
表1
从表1可以看出，现有加工方法需要三次加装，所需刀具长度H3＝150mm。而本发明的方案中所需刀具长度H1＝50mm,刀具伸出长度与现有技术相比减少了100mm,提高了加工时刀具的刚性，采用本发明的加工方法，采用特制的球铣刀加工，加工所需装夹次数由原来三次减少到二次，加工所需时间由原来的75min减少到40min，提高了加工效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种外伸空心圆柱曲面的加工方法，所加工的曲面由下向上依次为圆台曲面、圆柱面和两个外伸圆环，所述两个外伸圆环之间为圆形凹槽；其特征在于，该加工方法包括下述步骤：
(1)粗加工：将长方体毛坯料用平口钳夹住,对于没有精度要求的加工面直接铣削到尺寸，对于有精度要求的加工面单边留量为0.3mm，选用直径为12mm的球铣刀，切削深度为0.3mm，进给速率为1500mm/min，主轴转速3000rpm；
(2)精加工：将经过步骤(1)加工后的工件通过边沿处的固定螺钉与加工胎具夹紧定位，具体精加工步骤为：
①采用T形铣刀半精加工所述圆形凹槽、圆柱面和圆台曲面：所选T形铣刀直径T刀具＝20mm,T形铣刀刀杆直径为10mm,单边伸出量T伸＝5mm，单边伸出尺寸与刀具直径的关系为：T伸:T刀具≤1:2；铣刀刀刃高度4mm,铣刀转速2500r/min,进给速率为400mm/min，圆柱面和圆形凹槽的单边余量均为0.15mm，所述圆台曲面的加工余量为0.12mm；
②采用T形铣刀精加工圆形凹槽、圆柱面和圆台曲面：所选T形铣刀的参数与步骤①相同，所选T形铣刀转速4000r/min,进给速率为300mm/min，加工圆形凹槽和圆柱面余量为0mm，即加工到位，而圆台曲面单边余量为0.08mm；
③采用特制球铣刀精加工圆台曲面：所述特制球铣刀包括刀杆夹持部、刀杆和球头，所述刀杆的直径小于所述刀杆夹持部和球头的直径，所述刀杆的直径与球头直径的差值大于被加工工件外伸圆环的宽度，所述球头为半圆的鼓形；所述特制球铣刀加工参数为：转速5000r/min,进给速率为300mm/min,最小切削深度为0.1mm；在生成步骤③精加工的数控程序时，所述特制球铣刀的刀刃高度设置为4mm。
2.根据权利要求1所述的外伸空心圆柱曲面的加工方法，其特征在于，所述外伸空心圆柱曲面尺寸如下：外伸总高度H1的范围为0<H1<200mm,外伸突出部分高度H2的范围为0<H2<150mm,外伸单边尺寸B1的范围为0<B1<10mm；所选刀具直径D1，其比值B1:D1≤1:2，H2:H1≤1:2。
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