CN106956026A - 螺旋铣圆方法 - Google Patents

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种螺旋铣圆方法，应用在铣床设置中，并由铣床根据所述设置生成铣圆程序，以所铣圆形平面为X‑Y平面，垂直于X‑Y平面的方向为Z轴方向，该方法包括：以待加工表面的圆心为起始圆心，以水平偏移起始圆心预设距离的点为刀具起点；从刀具起点开始进行螺旋进给路径，所述进给路径包括多个依次相连的螺旋子路径，所述螺旋子路径包括过程起点和过程终点，所述过程起点和过程终点与刀具起点仅Z轴坐标单向变化，所述螺旋子路径的过程终点为相邻下一螺旋子路径的过程起点，所述螺旋子路径的过程圆心与起始圆心仅Z轴坐标单向变化，所述过程起点水平偏移过程圆心预设距离。

Description

螺旋铣圆方法
技术领域
本发明涉及生产制造领域，特别是涉及一种螺旋铣圆方法。
背景技术
铣床是一种在生产制造中用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面、沟槽、分齿零件、螺旋形表面及各种曲面。铣床可以对工件进行铣削、钻削和镗孔加工。
铣床通过铣刀进行铣圆加工，经常会使用到螺旋铣圆的方法，其中需要设置铣刀刀路的多个加工中间点。螺旋铣圆过程中需要非常多的加工中间点，相邻的加工中间点X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标都有变化，铣刀通过加工中间点的X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标的变化来进行螺旋加工，但是采用这种螺旋铣圆后处理出程序包括加工中间点的坐标参数，导致程序较长，所占空间大。
发明内容
基于此，有必要提供一种螺旋铣圆后处理出的程序占用空间小的螺旋铣圆方法。
一种螺旋铣圆方法，应用在铣床设置中，并由铣床根据所述设置生成铣圆程序，以所铣圆形平面为X-Y平面，垂直于X-Y平面的方向为Z轴方向，所述方法包括：
以待加工表面的圆心为起始圆心，以水平偏移起始圆心预设距离的点为刀具起点；
从刀具起点开始进行螺旋进给路径，所述进给路径包括多个依次相连的螺旋子路径，所述螺旋子路径包括过程起点和过程终点，所述过程起点和过程终点与刀具起点仅Z轴坐标单向变化，所述螺旋子路径的过程终点为相邻下一螺旋子路径的过程起点，所述螺旋子路径的过程圆心与起始圆心仅Z轴坐标单向变化，所述过程起点水平偏移过程圆心预设距离。
在其中一个实施例中，所述过程起点与过程终点的间距等于单层吃刀量。
在其中一个实施例中，所述单层吃刀量小于刀具直径的十分之一。
在其中一个实施例中，所述刀具起点在X轴或Y轴上。
在其中一个实施例中，螺旋子路径的边缘为弧形。
在其中一个实施例中，所述进给路径还包括最后的底层路径，如果所述底层路径的底层起点与底层终点的间距小于单层吃刀量，则从底层起点分段加工到达底层终点。
在其中一个实施例中，所述从底层起点分段加工到达底层终点包括：
从底层起点螺旋加工依次经过Z轴坐标单向变化的分段加工点，直至到达Z轴最大坐标的底层终点。
在其中一个实施例中，所述分段加工点包括四分之一圆的点和底层终点。
在其中一个实施例中，所述分段加工点包括X轴坐标、Y轴坐标和圆心偏移量。
在其中一个实施例中，所述刀具首次到达底层终点后进行Z轴坐标不变的全圆加工再次到达底层终点。
上述螺旋铣圆方法中的刀具进行螺旋进给路径，路径包括与起点坐标仅Z轴坐标单向变化的过程起点和过程终点，路径的圆心与起始圆心仅Z轴坐标单向变化，该刀具进行螺旋进给路径处理出的程序简洁，占用空间可成倍减小，可释放更多空间存储其他内容，而且方便理解，无论是设计刀具路径的设计人还是其他使用该程序的非设计人都能很快的清楚刀具路径，需要更改刀具路径也能很快的修改完成，后续加工出现问题也容易查找原因。
附图说明
图1为一实施例的螺旋铣圆方法的流程图；
图2为一实施例的螺旋铣圆刀具螺旋进给示意图；
图3为一实施例的螺旋铣圆刀具螺旋进给侧面示意图；
图4为一实施例的螺旋铣圆刀具螺旋进给底部示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的内容公开更加透彻全面。
图1是一种螺旋铣圆方法的流程图，应用在铣床设置中，并由铣床根据设置生成铣圆程序，以所铣圆形平面为X-Y平面，垂直于X-Y平面的方向为Z轴方向，该螺旋铣圆方法包括：
S110：以待加工表面的圆心为起始圆心，以水平偏移起始圆心预设距离的点为刀具起点；
S120：从刀具起点开始进行螺旋进给路径，所述进给路径包括多个依次相连的螺旋子路径，所述螺旋子路径包括过程起点和过程终点，所述过程起点和过程终点与刀具起点仅Z轴坐标单向变化，所述螺旋子路径的过程终点为相邻下一螺旋子路径的过程起点，所述螺旋子路径的过程圆心与起始圆心仅Z轴坐标单向变化，所述过程起点水平偏移过程圆心预设距离。
一般螺旋铣圆后处理出程序较长所占空间大，而本实施例处理设置后处理出的程序占用空间可成倍减小，可释放更多空间存储其他内容。一般螺旋铣圆刀具从起点开始经过多个加工过程点才能行走一圈到达起点的正下方，有的螺旋铣圆刀具从起点开始直线加工，经过多个加工过程点才行进90度，经过4次后才能行走到起点的正下方。因为是直线加工，需要设置很多个加工过程点才能使行走路径接近圆。图2是螺旋铣圆刀具路径示意图，本实施例则是通过让刀具从刀具起点10开始螺旋阶梯式加工，行走一圈到达刀具起点10的正下方，行走路径通过刀具起点、刀具起点正下方的过程点。使用本实施例的螺旋进给路径20可以由铣床设置得到，且处理出的程序简洁，占用空间可成倍减小，可释放更多空间存储其他内容，而且方便理解，无论是设计螺旋进给路径20的设计人还是其他使用该程序的非设计人都能很快的清楚刀具路径，需要更改刀具路径也能很快的修改完成，后续加工出现问题也容易查找原因。螺旋进给路径20包括多个依次相连的螺旋子路径21。图3是螺旋铣圆刀具路径侧面示意图，可以看到刀具螺旋递进往下行进。
在本实施例中，刀具在所有平面螺旋行进，而不是仅在XY平面螺旋行进。刀具阶梯式循环行进。刀具在XY平面、XZ平面、YZ平面都是360度全圆螺旋行进，而不是将3D螺旋打断成若干线段分批行进若干线段。如需要加工出一个圆孔，圆孔可以是通孔也可以是盲孔，以待加工孔的表面的圆心为刀具路径的起始圆心，以水平偏移起始圆心预设距离的点为刀具起点，预设距离的长度等于加工半径。该方法还可以用来加工出一个圆环。
在一个实施例中，过程起点与过程终点的间距等于单层吃刀量。不同刀具则有不同的单层吃刀量，过程起点与过程终点的间距也不同，方便用户根据不同刀具设定刀具路径。其中，单层吃刀量小于刀具直径的十分之一。可以保护刀具，不容易因为单层吃刀量太大而造成刀具的损坏。
在一个实施例中，刀具起点在X轴或Y轴上。方便设置刀具路径的刀具起点，容易找到该刀具起点，设置刀具起点更准确，而且处理出程序后参数简洁，方便查阅和确认路径是否正确。
在一个实施例中，螺旋子路径的边缘为弧形。螺旋加工边缘为弧形，刀具在XY平面、XZ平面、YZ平面都是360度全圆螺旋行进，边缘过渡平滑，不像直线加工有很多的转接点。
在一个实施例中，如图4所示，进给路径20还包括最后的底层路径22，如果底层路径22的底层起点与底层终点的间距小于单层吃刀量，则从底层起点分段加工到达底层终点。如果最后一段底层路径22无法使刀具回到起点的正下方，即加工深度不是刀具单层吃刀量的整数倍，则需要分段加工到达底层终点30，底层终点30由需要加工的深度决定，按照螺旋加工路径计算出加工深度对应的坐标，即Z轴坐标等于加工深度的点。
其中，从底层起点分段加工到达底层终点30包括：从底层起点螺旋加工依次经过Z轴坐标单向变化的分段加工点，直至到达Z轴最大坐标的底层终点30。分段加工点包括Z轴坐标单向变化的部分，这些分段加工点的X坐标和Y坐标也变化。
其中，分段加工点包括四分之一圆的点和底层终点30。如果最后一段底层路径22超过四分之一圆，则刀具底层路径22经过四分之一圆的点，处理出程序后只需保留四分之一圆的点参数即可让刀具到达该点，而不需要中间过程点。
其中，分段加工点包括X轴坐标、Y轴坐标和圆心偏移量。刀具沿着这些分段加工点逐渐行进。
其中，刀具首次到达底层终点30后进行Z轴坐标不变的全圆加工再次到达底层终点30。第一次到达底层终点30还有部分没有加工完成，进行Z轴坐标不变的全圆加工再次到达底层终点则可以将底部磨平。
在一个实施例中，刀具可以是端铣刀。端铣刀是用顶面加工的铣刀，是圆盘型的，用端面的刀刃进行切削。通过理论分析和试验结果表明：不等齿距端铣刀除具有较明显的减振降噪功能外，它的最大优点是结构简单，便于制造，在保持传统端铣刀结构基本不变的前提下，仅须将端铣刀刀齿的分配规律加以调整，便于工具厂在原有的生产条件下尽快地适应新型刀具，并要在全面分析动态端面铣削的基础上，建立符合实际的铣削刀模型，且可根据一定的设计准则，采用优化设计的方法，获得较理想的刀齿分配规律。主要在立式铣床上加工平面，也可用于卧式铣床，一般刀齿采用硬质合金材料，也可用陶瓷材料。可以粗铣、精铣。
在一个实施例中，可以选择刀具直径的两倍大于需要加工的孔的直径，如需要加工11mm的孔，选择直径6mm的刀具，刀具中间点距离圆心2.5mm，则能确保孔的中心也被完全加工到，也可以先加工一个孔，然后刀具再进行加工，如需要加工11mm的孔，先加工一个直径4mm的孔，再选择直径4mm的刀具，刀具的中点距离圆心3.5mm。
例如，需要加工直径15.0mm的圆，使用直径6.0mm的端铣刀螺旋加工，每层吃刀量0.35mm。
传统的螺旋加工方法处理出的程序如下(仅截取了开始部分和行走第一圈的程序)：
％
O0000(T)(DATE＝DD-MM-YY-12-10-16 TIME＝HH：MM-21：32)
G0 G17 G40 G49 G80 G90
(|TOOL-1|DIA.OFF.-0|LEN.-0|TOOL DIA.-10.)
G49 M6 T1
G0 G90 G54 X-2.5 Y0.S12000 M3
G43 H0 Z25.
Z10.
G1 Z0.F500.
X-2.462 Y-.434 Z-.01 F1000.
X-2.349 Y-.855 Z-.019
X-2.165 Y-1.25 Z-.029
X-1.915 Y-1.607 Z-.039
X-1.607 Y-1.915 Z-.049
X-1.25 Y-2.165 Z-.058
X-.855 Y-2.349 Z-.068
X-.434 Y-2.462 Z-.078
X0. Y-2.5 Z-.087
X.434 Y-2.462 Z-.097
X.855 Y-2.349 Z-.107
X1.25 Y-2.165 Z-.117
X1.607 Y-1.915 Z-.126
X1.915 Y-1.607 Z-.136
X2.165 Y-1.25 Z-.146
X2.349 Y-.855 Z-.156
X2.462 Y-.434 Z-.165
X2.5 Y0. Z-.175
X2.462 Y.434 Z-.185
X2.349 Y.855 Z-.194
X2.165 Y1.25 Z-.204
X1.915 Y1.607 Z-.214
X1.607 Y1.915 Z-.224
X1.25 Y2.165 Z-.233
X.855 Y2.349 Z-.243
X.434 Y2.462 Z-.253
X0. Y2.5 Z-.263
X-.434 Y2.462 Z-.272
X-.855 Y2.349 Z-.282
X-1.25 Y2.165 Z-.292
X-1.607 Y1.915 Z-.301
X-1.915 Y1.607 Z-.311
X-2.165 Y1.25 Z-.321
X-2.349 Y.855 Z-.331
X-2.462 Y.434 Z-.34
X-2.5 Y0. Z-.35…
使用本实施例的刀具路径(如图2所示)处理出的程序(截取开头部分和最后部分)：
％
O0000(1)
(DATE＝DD-MM-YY-12-10-16 TIME＝HH：MM-21：33)
N110 G0 G17 G40 G49 G80 G90
(|TOOL-1|DIA.OFF.-0|LEN.-0|TOOL DIA.-10.)
N120 G49 M6 T1
N130 G0 G90 G54 X-2.5 Y0.S12000 M3
N140 G43 H0 Z25.
N150 Z10.
N160 G1 Z0.F500.
N170 G3 Z-.35 I2.5 J0.F1000.
N180 Z-.7 I2.5 J0.
N190 Z-1.05 I2.5 J0.
N200 Z-1.4 I2.5 J0.
N210 Z-1.75 I2.5 J0.
N220 Z-2.1 I2.5 J0.
N230 Z-2.45 I2.5 J0.…
N440 Z-9.8 I2.5 J0.
N450 X0. Y-2.5 Z-9.887 I2.5 J0.
N460 X2.5 Y0. Z-9.975 I0. J2.5
N470 X2.252 Y1.085 Z-10.I-2.5 J0.
N480 X0. Y2.5 I-2.252 J-1.085
N490 X-2.5 Y0.I0.J-2.5
N500 X0.Y-2.5 I2.5 J0.
N510 X2.5 Y0.I0.J2.5
N520 X2.252 Y1.085 I-2.5 J0.
N530 G0 Z25.
N540 M5
N550 G0G40
N560 G91 G28 Z0.
N570 G28 Y0.
N580 M30
％
两者的开始部分基本一样，传统的螺旋铣圆加工一圈有非常多的过程点，而本实施例的螺旋铣圆加工一圈只需一句程序就能实现，本实施例的起始点坐标为X-2.5 Y0 Z0，第一个过程点的坐标为X-2.5 Y0 Z-.35，X坐标和Y坐标一样，可以省略，螺旋加工一圈的圆心，圆心偏移起始点为I2.5 J0，即圆心相对于起始点，X坐标偏移2.5，Y轴坐标不变，可以写成Z-.35 I2.5 J0.就能实现加工一圈，再下一个过程点的坐标为X-2.5 Y0 Z-.7，螺旋加工一圈的圆心偏移上一个过程点I2.5 J0，即圆心相对于第一个过程点，X坐标偏移2.5，Y轴坐标不变，，可以写成Z-.7 I2.5 J0.，同理可以进行后续的螺旋行进，程序精简非常多，程序大小从开始的32k精简到1.6k。起始点到达第一个过程点为一个螺旋子路径，其中一个过程点到达下一个相邻的过程点为其中一个螺旋子路径。上一个螺旋子路径的过程终点为相邻的下一个螺旋子路径的过程起点，过程点都在起始点的正下方，即X轴坐标和Y轴坐标相同，仅Z轴坐标单向变化一直减小，且减小值为刀具的单层吃刀量0.35mm。螺旋旋转的圆心也是都在起始点对应的起始圆心的正下方，即X轴坐标和Y轴坐标相同，仅Z轴坐标单向变化一直减小，减小值也为刀具的单层吃刀量0.35mm。上述程序可以通过UG NX(Unigraphics NX)、Pro/ENGINEER、MasterCAM或surfcam生成，也可以采用其他CAM(computer AidedManufacturing，计算机辅助制造)软件。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种螺旋铣圆方法，应用在铣床设置中，并由铣床根据所述设置生成铣圆程序，其特征在于，以所铣圆形平面为X-Y平面，垂直于X-Y平面的方向为Z轴方向，所述方法包括：
以待加工表面的圆心为起始圆心，以水平偏移起始圆心预设距离的点为刀具起点；
从刀具起点开始进行螺旋进给路径，所述进给路径包括多个依次相连的螺旋子路径，所述螺旋子路径包括过程起点和过程终点，所述过程起点和过程终点与刀具起点仅Z轴坐标单向变化，所述螺旋子路径的过程终点为相邻下一螺旋子路径的过程起点，所述螺旋子路径的过程圆心与起始圆心仅Z轴坐标单向变化，所述过程起点水平偏移过程圆心预设距离。
2.根据权利要求1所述的螺旋铣圆方法，其特征在于，所述过程起点与过程终点的间距等于单层吃刀量。
3.根据权利要求2所述的螺旋铣圆方法，其特征在于，所述单层吃刀量小于刀具直径的十分之一。
4.根据权利要求1所述的螺旋铣圆方法，其特征在于，所述刀具起点在X轴或Y轴上。
5.根据权利要求1所述的螺旋铣圆方法，其特征在于，螺旋子路径的边缘为弧形。
6.根据权利要求1所述的螺旋铣圆方法，其特征在于，所述进给路径还包括最后的底层路径，如果所述底层路径的底层起点与底层终点的间距小于单层吃刀量，则从底层起点分段加工到达底层终点。
7.根据权利要求6所述的螺旋铣圆方法，其特征在于，所述从底层起点分段加工到达底层终点包括：
从底层起点螺旋加工依次经过Z轴坐标单向变化的分段加工点，直至到达Z轴最大坐标的底层终点。
8.根据权利要求6所述的螺旋铣圆方法，其特征在于，所述分段加工点包括四分之一圆的点和底层终点。
9.根据权利要求6所述的螺旋铣圆方法，其特征在于，所述分段加工点包括X轴坐标、Y轴坐标和圆心偏移量。
10.根据权利要求6所述的螺旋铣圆方法，其特征在于，所述刀具首次到达底层终点后进行Z轴坐标不变的全圆加工再次到达底层终点。
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