CN106938343A - 内圆斜齿或斜槽的加工方法和参数化宏程序数控编程方法 - Google Patents

内圆斜齿或斜槽的加工方法和参数化宏程序数控编程方法 Download PDF

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    • B23B5/46—Turning-machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for turning specially-shaped surfaces by making use of relative movement of the tool and work produced by geometrical mechanisms, i.e. forming-lathes for turning helical or spiral surfaces
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Abstract

本发明涉及内圆有斜齿或斜槽设计的回转型工件加工领域，尤其是涉及一种内圆斜齿或斜槽的加工方法和参数化宏程序数控编程方法。加工方法，包括如下步骤：粗车，先粗车成三角槽；半精切，切削出内圆斜齿或斜槽的大概轮廓；精切，在半精切基础上准确切削，得出最后的内圆斜齿或斜槽。数控编程方法包括如下步骤：建立用来确定参数关系的几何图形；根据所述几何图形得出参数赋值和运算式；利用所述参数赋值和所述运算式，根据内圆斜齿或斜槽的尺寸得到控制点坐标并得出数控加工程序。本发明刀具备置成本低，周期短，对操作者技能水平要求低，加工出来的产品的质量稳定性和一致性可得到可靠保证。与普通车床加工同类产品相比，效率提高一倍以上。

Description

内圆斜齿或斜槽的加工方法和参数化宏程序数控编程方法
技术领域
本发明涉及内圆有斜齿或斜槽设计的回转型工件加工领域，尤其是涉 及一种内圆斜齿或斜槽的加工方法和参数化宏程序数控编程方法。
背景技术
汽轮机迷宫式汽封中的斜齿汽封结构特征属于整圈结构，由多个弧段 结构组成，零件外径≥700mm，在常规汽封零件基础上，增加了靠近端面 处及内孔本体整个圆周上的斜齿结构。该斜齿两面与轴线成分别成α、β 夹角，角度根据热力计算确定。斜齿数根据汽封所处的位置不同而有差异， 斜齿齿尖宽度l<1.5mm，齿高h≥4mm，齿底为R，R半径很小，且轴向方 向上斜齿结构与邻近零件部分间距也很小。该结构类型的斜齿加工难点主 要在于：
(1)圆周方向斜齿数量较多，保证各斜齿的角度有一定难度。
(2)斜齿齿形特殊，齿槽宽度窄，刀具刚性差易断，加工难度较大。
(3)斜齿齿尖比较薄，斜齿易外翻或倾倒，形位公差保证困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内圆斜齿或斜槽的加工方法和参数化宏程 序数控编程方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
本发明提供的内圆斜齿或斜槽的加工方法，包括如下步骤：
粗车，先粗车成三角槽；
半精切，切削出内圆斜齿或斜槽的大概轮廓；
精切，在半精切基础上准确切削，得出最后的内圆斜齿或斜槽。
进一步的，在粗车中，所述三角槽中有一个斜面垂直于斜槽中心线， 能够保证槽刀切槽时在垂直面上切削，防止滑移挤压折断。
进一步的，半精切的轨迹为沿斜槽中心线滑出。
进一步的，在本半精切中，使用的刀具为矩形槽刀片；
在精切中，使用的刀具为仿形圆弧槽刀片。
进一步的，所述仿形圆弧槽刀片的半径与斜槽槽底处圆弧相等，或两 者的差值在公差范围内。
进一步的，所述矩形槽刀片宽度比仿形圆弧刀片最宽处窄。
进一步的，在半精切时，切削深度至斜槽槽底的圆弧中心后，进行换 刀，进入精切阶段。
进一步的，半精切和精切均是通过参数化宏程序数控编程进行的。
进一步的，半精切和精切均通过前端开有缺口的装有角度校正单元的 内圆斜齿和斜槽加工装置完成。
本发明还提供了一种基于内圆斜齿或斜槽的参数化宏程序数控编程方 法，其包括如下步骤：
建立用来确定参数关系的几何图形；
根据所述几何图形得出参数赋值和运算式；
利用所述参数赋值和所述运算式，根据内圆斜齿或斜槽的尺寸得到控 制点坐标并得出数控加工程序。
本发明先利用车刀进行粗车加工，即可以保证各斜齿的角度不会出现 偏差，在粗车的前体下，再进行半精切和精切，能够保证斜齿齿尖的形位 公差；本发明刀具备置成本低，周期短，对操作者技能水平要求低，加工 出来的产品的质量稳定性和一致性可得到可靠保证。与普通车床加工同类 产品相比，效率提高一倍以上。应用参数化宏变量编制数控加工程序，实 现结构类似零件的成组加工，推广实施简单易行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的需要加工出内圆斜齿或斜槽的圆环的结构 示意图；
图2为本发明实施例提供的内圆斜齿或斜槽的结构示意图；
图3为图2的A处局部放大图；
图4为本发明实施例提供的内圆斜齿或斜槽的粗车三角槽后效果示意 图；
图5为本发明实施例提供的内圆斜齿或斜槽加工时使用的刀杆示意图；
图6为参数几何对应关系示意图；
图7为本发明实施例提供的内圆斜齿或斜槽加工的实例简图；
图8为图7的B处局部放大图。
附图标记：
1：圆环 2：斜齿或斜槽 3：三角槽
4：刀杆 5：切槽刀
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是 指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解 为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术 语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的 连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
如图1-5所示，本发明提供了一种内圆斜齿或斜槽的加工方法，包括如 下步骤：
粗车，先粗车成的三角槽3；
半精切，切削出内圆斜齿或斜槽2的大概轮廓；
精切，在半精切基础上准确切削，得出最后的内圆斜齿或斜槽2。
内圆斜齿或斜槽2的加工，就是在一个圆环1的内圈加工出斜齿和斜 槽，使之成为内齿圈或具有内圆斜槽的圆环1。
在加工内圆有斜齿和斜槽的零件时，内圆刀粗车斜槽为留有余量的三 角槽3，之后，再进行半精切、精切斜槽两个工步将斜齿和斜槽加工最终的 成品。
在本发明中，先通过粗车，在内圆上车出一个三角槽3，通过三角槽3 对斜齿或斜槽2进行了初步的位置确定，之后再进行半精切，即在三角槽3 的基础上进行精切，将内圆斜齿或斜槽2精切处大致的轮廓；最后，再对 内圆斜齿或斜槽2的最终尺寸进行精确的切削，得出最终的成品。
优选的实施方式为，在粗车中，所述三角槽3中有一个斜面垂直于斜 槽中心线，能够保证槽刀切槽时在垂直面上切削，防止滑移挤压折断。
在粗车的过程中，需要使得三角槽3中有任意一个斜面与斜槽的中心 线垂直，这样才能够保证槽刀在切槽时，在垂直面上进行切削，进而能够 有效的保证切削的准确度，避免槽刀的滑移，也同时避免了切削的内圆斜 齿折断。
优选的实施方式为，半精切的轨迹为沿斜槽中心线滑出。
在本实施例中，在半精切的过程中，其车刀的轨迹围斜槽的中心线移 动，能够有效的保证在车斜槽的时候，不会将斜槽车削的过大而超过最大 轮廓，进而保证了粗车的有效性。
优选的实施方式为，在半精切中，使用的刀具为矩形槽刀片；
在精切中，使用的刀具为仿形圆弧槽刀片。
先使用矩形槽刀片进行轮廓的切削，之后利用仿形圆弧槽刀片，对斜 齿或斜槽2的底部的圆弧进行精切削，以保证圆弧切削的准确度。
优选的实施方式为，所述仿形圆弧槽刀片的半径与斜槽槽底处圆弧相 等，或两者的差值在相应标准要求的公差范围内。
仿形圆弧槽刀片的半径与斜槽槽底处圆弧相等，能够利用仿形圆弧槽 刀片直接将斜槽的槽底处圆弧部分切削成型，避免了多次反复切削，提高 了工作效率，同时也降低了废品率。
需要指出的是，仿形圆弧槽刀片的半径可以是与斜槽槽底的圆弧不相 等，但其只要在所需要加工的内圆斜齿或斜槽2的公差范围内即可。
还需要指出的是，仿形圆弧槽刀片的半径可以是小于斜槽槽底的圆弧， 但不能够大于斜槽槽底的圆弧，这样设置才能够保证加工的圆弧的准确度。
优选的实施方式为，所述矩形槽刀片宽度比仿形圆弧刀片最宽处窄。
这样的设置，能够保证矩形槽刀片对所要加工的斜槽有足够的加工空 间。
优选的实施方式为，在半精切时，切削深度至斜槽槽底的圆弧中心后， 进行换刀，进入精切阶段。
从上述可以看出，本实施例中，切槽刀5分半精切、精切两步完成斜 槽加工是指，经内圆斜齿和斜槽加工装置校正槽刀角度至斜槽中心线与轴 向的夹角后，根据加工工况这把槽刀杆4上前后装两种切槽刀5片，一种 是精切的仿形圆弧槽刀片，另一种是用于半精切的宽度比仿形圆弧刀片直 径略窄的矩形槽刀片，先装矩形槽刀片沿斜槽中心线半精切一刀，减小仿 形圆弧槽刀片切槽时的切削面积，防止切削振动，刀具折断；之后拆下矩 形槽刀片，换装仿形圆弧槽刀片，分别沿斜槽的两个斜面切削，完成加工。
优选的实施方式为，半精切和精切均是通过参数化宏程序数控编程进 行的。
在宏程序编程中，使用变量以及变量的调用，可以很方便地实现相似 类零件的参数化编程。所谓参数化编程，就是将属于同一类的一组相类似 的零件，通过使用变量的方式来进行编程。而尺寸数据和加工数据，在加 工具体的零件时予以指定。在这种类型的编程中，包含着决策，基于已知 数据并带有某种约束。在生产中使用参数化编程，可以使具有相似特征的 同一类零件实现快速转换，提高生产效率，降低废品率。
在本实施例中，半精切和精切均采用参数化宏程序数控编程进行，能 够提供生产效率，降低废品率。
优选的实施方式为，如图5所示,半精切和精切均通过前端开有缺口的 装有角度校正单元的内圆斜齿和斜槽加工装置完成。
角度校正单元的工作原理为：
将要加工的内圆有一定倾斜角度的斜齿、斜槽工件装在卧式或立式数 控车床的卡盘上，校正夹紧，先将可调角度内圆斜齿和斜槽加工装置的角 度用角度调整单元调整好角度，之后装在卧式或立式数控车床的刀架，刀 杆4定位面贴紧机床刀架基准面，刀架螺钉压紧刀杆4，再将加工刀具贴合 角度调整单元定位板的定位面，稍拧紧压紧螺钉稍压紧刀具，用万能角尺 打刀具的倾斜角度，微调刀具倾斜角度与内圆槽中心线倾斜角度一致后，拧紧件压紧螺钉，再结合数控车床的系统编制数控加工程序控制刀具轨迹， 完成内圆斜齿及斜槽的加工。
本发明还提供了一种基于内圆斜齿或斜槽的参数化宏程序数控编程方 法，其包括如下步骤：
建立用来确定参数关系的几何图形；
根据所述几何图形得出参数赋值和运算式；
利用所述参数赋值和所述运算式，根据内圆斜齿或斜槽2的尺寸得到 控制点坐标并得出数控加工程序。
数控加工程序编制可以对于第一阶段的粗切三角槽3的程序编制，用 专用编程软件完成，不做详述。
第二阶段半精切、精切斜齿斜槽的程序，考虑到该类零件的成组加工， 用参数化宏程序编制，编制步骤如下。
首先要建立用来确定参数关系的几何图形，见图6。
之后由图6的可得出参数赋值、运算式，参照实例(见图7和图8)所 注尺寸，就可编制如下的数控加工程序：
R100＝R6/SIN(5)；计算中间参数
R4＝0；循环控制增量
R5＝0；切槽数参数，按零件图设定，设定值等于槽的数量
R6＝1.1；仿形切刀片圆弧半径
R8＝5；每槽定位尺寸增量
R1＝630；汽封齿齿顶处内圆直径
R99＝4.25；图示槽左侧(即夹角β侧)尖点M至槽底圆弧P0距离
R2＝R6/TAN(5)；计算中间参数
R3＝SQRT((R99-R6)*(R99-R6)-R6*R6)；计算中间参数
R4＝(R2+R3)/R2*R6；计算中间参数
R7＝R4*COS(5)；计算中间参数
R80＝R7/SIN(40)；槽中心P至左侧(即夹角β侧)尖点M距离
R9＝R6/SIN(45)；槽左侧(即夹角β侧)尖点M至左侧起切点M1距离
R10＝R7/TAN(40)+SQRT((R99-R6)*(R99-R6)-R7*R7)；槽中间起切点 P1到槽中心P距离
R11＝R6+R3；槽左侧(即夹角β侧)切深(即M1、P距离)
R71＝(R100+R10)/R100*R6；计算中间参数
R31＝(R100+R10)/R100*R2-R2；计算中间参数
R121＝(R71-R6)/TAN(35)；计算中间参数
R12＝R31+R121；右侧槽(即夹角α侧)切深(即N1、P距离)
R91＝R80+(R71-R6)/SIN(35)；右侧(即夹角α侧)槽起切点Z坐标；
N80M42
N90M3S50
N100G54G18G90G95
N110T2D1；先装常规矩形刀片，沿斜槽中心斜线P1P粗切槽
……
N390G0G90X＝R1-2*R6-20
N400Z100
N410M30
本发明先利用车刀进行粗车加工，即可以保证各斜齿的角度不会出现 偏差，在粗车的前体下，再进行半精切和精切，能够保证斜齿齿尖的形位 公差；本发明刀具备置成本低，周期短，对操作者技能水平要求低，加工 出来的产品的质量稳定性和一致性可得到可靠保证。与普通车床加工同类 产品相比，效率提高一倍以上。应用参数化宏变量编制数控加工程序，实 现结构类似零件的成组加工，推广实施简单易行。本发明利用内圆斜齿和 斜槽加工装置校正刀具角度避免干涉又保证切槽平稳，结合合理高效的数 控加工程序，可有效保证内圆斜槽和斜齿的可靠、便捷、高效加工。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的 普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进 行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或 者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种内圆斜齿或斜槽的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
粗车，先粗车成的三角槽；
半精切，切削出内圆斜齿或斜槽的大概轮廓；
精切，在半精切基础上准确切削，得出最后的内圆斜齿或斜槽。
2.根据权利要求1所述的内圆斜齿或斜槽的加工方法，其特征在于，
在粗车中，所述三角槽中有一个斜面垂直于斜槽中心线，能够保证槽刀切槽时在垂直面上切削，防止滑移挤压折断。
3.根据权利要求2所述的内圆斜齿或斜槽的加工方法，其特征在于，半精切的轨迹为沿斜槽中心线滑出。
4.根据权利要求1所述的内圆斜齿或斜槽的加工方法，其特征在于，在半精切中，使用的刀具为矩形槽刀片；
在精切中，使用的刀具为仿形圆弧槽刀片。
5.根据权利要求4所述的内圆斜齿或斜槽的加工方法，其特征在于，所述仿形圆弧槽刀片的半径与斜槽槽底处圆弧相等，或两者的差值在公差范围内。
6.根据权利要求4所述的内圆斜齿或斜槽的加工方法，其特征在于，所述矩形槽刀片宽度比仿形圆弧刀片最宽处窄。
7.根据权利要求4所述的内圆斜齿或斜槽的加工方法，其特征在于，在半精切时，切削深度至斜槽槽底的圆弧中心后，进行换刀，进入精切阶段。
8.根据权利要求1所述的内圆斜齿或斜槽的加工方法，其特征在于，半精切和精切均是通过参数化宏程序数控编程进行的。
9.根据权利要求1所述的内圆斜齿或斜槽的加工方法，其特征在于，半精切和精切均通过前端开有缺口的装有角度校正单元的内圆斜齿和斜槽加工装置完成。
10.一种基于内圆斜齿或斜槽的参数化宏程序数控编程方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立用来确定参数关系的几何图形；
根据所述几何图形得出参数赋值和运算式；
利用所述参数赋值和所述运算式，根据内圆斜齿或斜槽的尺寸得到控制点坐标并得出数控加工程序。
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