CN108817562B - 螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法及装置和螺纹孔加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法及装置和螺纹孔加工设备。所述螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法例如包括：(X1)获取待加工螺纹孔的大径D、中径D₂、小径D₁和螺距P、以及螺纹铣刀的大径d和中径d₂；(X2)基于所述螺距P、所述中径D₂和所述中径d₂确定螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t；(X3)基于所述大径D和所述大径d确定螺纹铣削切入方式、并计算所述螺纹铣削切入方式下的螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p；(X4)计算螺旋切入轨迹；(X5)优化所述螺旋切入轨迹。本发明实施例提供的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法可减少干涉、提高螺纹的加工精度。

Description

螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法及装置和螺纹孔加工设备

技术领域

本发明涉及螺纹铣削的加工工艺，尤其涉及一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法及装置和螺纹孔加工设备。

背景技术

螺纹有很多的加工方式。现有的加工方式包括：切削加工，磨削加工，放电加工和成型加工等。螺纹铣削作为螺纹切削加工方式中的一种，因其在航空、航天、能源等工业制造业中的优势而得到越来越多的使用。螺纹铣削不同于切削加工方式中的攻丝加工，其可加工内螺纹和外螺纹。此外，同一把螺纹铣刀可加工不同旋向的螺纹和相同螺距不同直径的螺纹。如果刀具发生破损，螺纹铣削更容易更换刀具，且不会损伤工件表面。所以，螺纹铣削可以有效的提高加工效率、降低刀具成本和工件报废率。并且，螺纹铣削被越来越多的用于制造高成本零件，比如用超级合金材料制造的航空航天零件。但是目前的螺纹铣削方法存在一定的局限性，在螺纹铣削切入过程中，螺纹铣刀与工件表面存在干涉。干涉的存在会使螺纹铣削加工产生过切现象，从而降低螺纹铣削的加工精度，导致产品合格率低，浪费生产成本。因此，迫切需要提出一种螺纹铣削切入轨迹的优化方法，以减少干涉的产生，从而提高螺纹的加工精度。

发明内容

因此，本发明的实施例提供一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法及装置和螺纹孔加工设备，可减少干涉、提高螺纹的加工精度。

一方面，本发明实施例提供一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，包括步骤：(X1)获取待加工螺纹孔的大径D、中径D₂、小径D₁和螺距P、以及螺纹铣刀的大径d和中径d₂；(X2)基于所述螺距P、所述中径D₂和所述中径d₂确定螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t；(X3)基于所述大径D和所述大径d确定螺纹铣削切入方式、并计算所述螺纹铣削切入方式下的螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p，其中：当

时，所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式，螺旋切入夹角α₁满足：-π＜α₁＜0，所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足：

当

时，所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式，螺旋切入夹角α₁满足：

所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足：R_p＝(1-m)R_t，其中0<m<1且满足

(X4)计算螺旋切入轨迹，当所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足：

当所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足：

(X5)优化所述螺旋切入轨迹，当所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，优化后的所述螺旋切入轨迹满足：

当所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，优化后的所述螺旋切入轨迹满足：

其中C为四分之一螺旋切入方式时所述螺旋切入轨迹的修正系数，所述修正系数C满足：

另一方面，本发明实施例还提供一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，包括：获取待加工螺纹孔的尺寸参数和螺纹铣刀的尺寸参数；基于所述待加工螺纹孔的尺寸参数和所述螺纹铣刀的尺寸参数，确定螺旋切入轨迹；以及通过改变所述螺旋切入轨迹的轴向位移优化所述螺旋切入轨迹。

在本发明一个实施例中，所述待加工螺纹孔的尺寸参数包括所述待加工螺纹孔的大径D、中径D₂、小径D₁和螺距P，所述螺纹铣刀的尺寸参数包括所述螺纹铣刀的大径d和中径d₂。

在本发明一个实施例中，所述基于所述待加工螺纹孔的尺寸参数和所述螺纹铣刀的尺寸参数，确定螺旋切入轨迹的步骤，具体包括：确定螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t；确定螺纹铣削切入方式和螺旋切入夹角α₁；基于所述螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t、所述螺纹铣削切入方式确定螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p；以及根据所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p、所述螺旋切入夹角α₁以及所述待加工螺纹孔的螺距P确定所述螺旋切入轨迹。

在本发明一个实施例中，所述螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t满足：

其中D₂为所述待加工螺纹孔的中径，d₂为所述螺纹铣刀的中径。

在本发明一个实施例中，当螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式，螺旋切入夹角α₁满足：-π＜α₁＜0，所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足：

当螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式，螺旋切入夹角α₁满足：

所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足：R_p＝(1-m)R_t，其中，m满足：0<m<1和

D₁为所述待加工螺纹孔的小径，d为所述螺纹铣刀的大径。

在本发明一个实施例中，当所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足：

当所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足：

其中m满足0<m<1和

D₁为所述待加工螺纹孔的小径，d为所述螺纹铣刀的大径。

在本发明一个实施例中，当所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，优化后的所述螺旋切入轨迹满足：

当所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，优化后的所述螺旋切入轨迹满足：

其中C为四分之一螺旋切入方式时所述螺旋切入轨迹的修正系数，所述修正系数C满足：

再一方面，本发明实施例还提供一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化装置，包括：获取模块，用于获取待加工螺纹孔的尺寸参数和螺纹铣刀的尺寸参数；计算模块，用于基于所述待加工螺纹孔的尺寸参数和所述螺纹铣刀的尺寸参数，确定螺旋切入轨迹；以及优化模块，用于通过改变所述螺旋切入轨迹的轴向位移优化所述螺旋切入轨迹。

又一方面，本发明实施例还提供一种螺纹孔加工设备，包括设备本体和控制器，所述控制器安装于所述设备本体上以控制所述设备本体加工螺纹孔，所述控制器用于获取待加工螺纹孔的尺寸参数和螺纹铣刀的尺寸参数，用于基于所述待加工螺纹孔的参数和所述螺纹铣刀的参数确定螺旋切入轨迹，以及用于通过改变所述螺旋切入轨迹的轴向位移优化所述螺旋切入轨迹。

上述技术方案可以具有如下优点：本发明实施例提供的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法通过改变螺旋切入轨迹的轴向位移以减少螺纹铣刀切入时的干涉，从而提高螺纹孔的加工精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明一实施例提供的一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法的流程示意图；

图2为半螺旋切入方式下螺纹铣刀的轴向运动轨迹示意图；

图3为半螺旋切入方式下螺纹铣刀的径向运动轨迹示意图；

图4为四分之一螺旋切入方式下螺纹铣刀的轴向运动轨迹示意图；

图5为四分之一螺旋切入方式下螺纹铣刀的径向运动轨迹示意图；

图6为半螺旋切入方式下优化后的螺纹铣刀的径向运动轨迹示意图；

图7为四分之一螺旋切入方式下优化后的螺纹铣刀的径向运动轨迹示意图；

图8为半螺旋切入方式下优化前、后的螺纹铣刀的运动轨迹的三维示意图；

图9为半螺旋切入方式下优化前、后的螺纹铣刀的运动轨迹在Y-Z平面的投影示意图；

图10为半螺旋切入方式下优化前、后的螺纹铣刀的运动轨迹在X-Z平面的投影示意图；

图11为四分之一螺旋切入方式下优化前、后的螺纹铣刀的运动轨迹的三维示意图；

图12为四分之一螺旋切入方式下优化前、后的螺纹铣刀的运动轨迹在Y-Z平面的投影示意图；

图13为四分之一螺旋切入方式下优化前、后的螺纹铣刀的运动轨迹在X-Z平面的投影示意图；

图14为本发明另一实施例提供的一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法的流程示意图；

图15为本发明再一实施例提供的一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化装置的结构示意图；

图16为本发明又一实施例提供的一种螺纹孔加工设备的结构示意图；

图17为图16所示的螺纹孔加工设备中的控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

参见图1，其为本发明一实施例提供的一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法的流程示意图。本发明实施例提供的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法适用于多轴机床采用螺纹铣刀20加工螺纹孔10(参见图2至图5)。所述多轴机床可例如为三轴(X-Y-Z)联动及以上(例如四轴甚至五轴)数控机床。螺纹铣刀20可例如为多齿侧铣螺纹铣刀。螺纹孔10可例如为三角形螺纹(即普通螺纹)，其牙型角为60°。

具体地，请参阅图1至图7，本发明实施例提供的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法包括：

步骤X1，获取待加工的螺纹孔10的尺寸参数例如大径D、中径D₂、小径D₁和螺距P、以及螺纹铣刀20的尺寸参数例如大径d和中径d₂。具体地，在得知螺纹孔10的尺寸例如公称直径(大径D)和螺距P后，可通过计算得到中径D₂。根据螺距P计算螺纹牙型的原始三角形高度H，计算式为：

根据螺纹孔10的大径D和螺纹牙型的原始三角形高度H计算螺纹孔中径D₂，计算式为：

当然也可通过查询相关手册或者标准获取螺纹孔10的中径D₂。

然后，根据螺纹孔10的尺寸选择相应的螺纹铣刀20。螺纹铣刀20的大径d通常小于螺纹孔10的大径D。螺纹铣刀20具有与螺纹孔10相同的螺距。根据螺距P计算螺纹铣刀牙型的原始三角形高度h，计算式为：

根据螺纹铣刀20的大径d和螺纹铣刀20牙型的原始三角形高度h，计算螺纹铣刀20的中径d₂，计算式为：

步骤X2，基于螺距P、中径D₂和中径d₂计算螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t。典型地，在螺纹铣刀20加工螺纹孔10之前，需要规划和确定螺纹铣刀20的运动轨迹。螺纹铣刀20的运动轨迹例如指的是螺纹铣刀20底部端面中心点的运动轨迹，其可例如包括螺旋切入轨迹、螺纹加工轨迹、螺旋切出轨迹。进一步地，螺旋切出轨迹与螺旋切入轨迹的形状相同，当然两者的形状也可以不相同。如图2至图5所示，R1为螺纹加工轨迹，其为以经过O₁点的Z轴为轴线的螺旋线，R2为螺旋切入轨迹，其为以经过O₂点的垂直于X-Y平面的直线为轴线的螺旋线，螺纹加工轨迹R1与螺旋切入轨迹R2相连于过渡点A。

根据螺纹孔10的中径D₂和螺纹铣刀20的中径d₂计算螺纹加工轨迹R1的螺旋半径R_t，计算式为：

步骤X3，基于大径D和大径d确定螺纹铣削切入方式、并计算螺旋切入轨迹R2的螺旋半径R_p。

螺纹铣削的切入方式例如包括直接径向切入方式、半螺旋切入方式和四分之一螺旋切入方式。由于螺纹铣削的切入方式不同，螺旋切入轨迹R2也不相同。本发明为简化说明，后续实施例仅举例对半螺旋切入方式和四分之一螺旋切入方式的螺旋切入轨迹进行优化。根据螺纹孔10的大径D和螺纹铣刀20的大径d确定螺纹铣削切入方式。

参见图2和图3，当

时，螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式，螺旋切入轨迹R2在X-Y平面内的投影为以O₂为中心的半圆弧。此时，螺旋切入轨迹R2上任意一点K(螺纹铣刀20底部端面中心点)与螺旋切入轨迹R2的中心O₂的连线KO₂与X轴正向的夹角α₁(简称为螺旋切入夹角α₁)满足：-π＜α₁＜0。螺旋切入轨迹R2的螺旋半径R_p满足计算式：

参见图4和图5，当

时，螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式，螺旋切入轨迹R2在X-Y平面内的投影为以O₂为中心的四分之一圆弧。此时，螺旋切入夹角α₁满足：

四分之一螺旋切入轨迹R2的螺旋半径R_p满足计算式：

R_p＝(1-m)R_t (7)

其中，m为满足0<m<1和

两个条件的任意值，可例如从0开始，以一定数值例如0.05为梯度递增选取m值，直到选取到满足上述两个条件的m值即可。此处值得一提的是，D₁为待加工螺纹孔的小径，其也可通过计算或者查询相关手册获得。

当

时，螺纹铣削切入方式可为半螺旋切入方式和四分之一螺旋切入方式两者中的任意一种。

步骤X4，计算螺旋切入轨迹。具体地，当螺纹铣削的切入方式为半螺旋切入方式时，根据半螺旋切入方式下螺旋切入轨迹R2的螺旋半径R_p、螺旋切入夹角α₁以及螺距P，建立半螺旋切入时螺旋切入轨迹R2的数学模型N(α₁)以计算螺旋切入轨迹R2，计算式为：

当螺纹铣削的切入方式为四分之一螺旋切入时，根据四分之一螺旋切入方式下螺旋切入轨迹R2的螺旋半径R_p、螺旋切入夹角α₁以及螺距P，建立四分之一螺旋切入时螺旋切入轨迹R2的数学模型N(α₁)以计算螺旋切入轨迹R2，计算式为：

结合图3和图5以及计算式(8)和(9)可以看出，给定螺旋切入轨迹R2任意一点K的螺旋切入夹角α₁，即可得到螺旋切入轨迹R2任意一点K的坐标也即螺旋切入轨迹R2任意一点K的位移。

如图3和图5所示，在X-Y平面内，螺纹加工轨迹R1的圆心为O₁。螺纹加工轨迹R1任意一点T的轴向位移(Z轴方向位移)由T点到圆心O₁的连线TO₁与X轴正向的夹角α₂确定。而螺旋切入轨迹R2的圆心为O₂，螺旋切入轨迹R2任意一点K的轴向位移由K点的螺旋切入夹角α₁确定。因此，在螺纹加工轨迹R1和螺旋切入轨迹R2的连接过渡点A附近会出现轨迹曲线不光顺的现象，从而导致了螺纹铣刀20在切入时发生干涉，影响了螺纹孔10的加工精度。

步骤X5，优化所述螺旋切入轨迹。将螺旋切入轨迹R2上任意一点K的轴向位移改为由以O₁为顶点的夹角α₂(即K点到圆心O₁的连线KO₁与X轴正方向的夹角)确定，以改变整个螺纹切入轨迹R2的轴向位移，使螺旋切入轨迹R2和螺纹加工轨迹R1的轴向位移均由同一变量α₂确定，使螺旋切入轨迹R2的螺旋线倾斜角与螺纹加工轨迹R1的螺旋线倾斜角的值尽可能接近，且减少铣刀切入时的干涉。

因此，如图6所示，当螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，修改后的螺旋切入轨迹R2的计算式为：

如图7所示，当螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，修改后的螺旋切入轨迹R2的计算式为：

根据螺纹铣削加工原理分析螺纹铣刀20的运动轨迹与螺纹孔10的轴线之间的几何关系，得到α₁与α₂的转换公式。

当螺纹铣削的切入方式为半螺旋切入时，α₁与α₂满足：

当螺纹铣削的切入方式为四分之一螺旋切入时，α₁与α₂满足：

因此，当所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，优化后的螺旋切入轨迹R2的计算式为：

当所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，优化后的螺旋切入轨迹R2的计算式为：

其中C为螺旋切入轨迹R2的修正系数，满足：

为便于更好地理解本发明实施例，下面以普通圆柱右旋螺纹孔M36×2为例详细说明本发明实施例提供的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法。

M36螺纹螺距P＝2mm，M36螺纹孔深度L＝16mm，M36螺纹孔的大径D＝36mm，螺纹铣刀的大径d＝18mm。

1)根据计算式(1)和(2)计算M36螺纹孔的中径D₂：

2)根据计算式(3)和(4)计算螺纹铣刀的中径d₂：

3)根据计算式(5)计算螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t：

4)由于M36螺纹孔大径D＝36mm，螺纹铣刀大径d＝18mm，d/D＝1/2，两种切入方式均可选择。本发明实施例通过两种切入方式计算、优化螺旋切入轨迹。

根据计算式(6)和(7)计算螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p。当螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，

当螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，通过查询设计手册得知螺距P＝2的M36螺纹的小径D₁＝33.835，取m＝0.3，满足0<m<1，且

R_p＝(1-m)R_t＝(1-0.3)×9＝6.3。

5)根据计算式(8)和(14)计算螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时螺旋切入轨迹和优化后的螺旋切入轨迹。

如图8、9和10所示，当螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，螺旋切入轨迹(未优化的螺旋切入轨迹)为：

优化后的螺旋切入轨迹为：

6)根据计算式(9)、(15)和(16)计算螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时螺旋切入轨迹和优化后的螺旋切入轨迹。

如图11、12和13所示，当螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，螺旋切入轨迹(未优化的螺旋切入轨迹)为：

当螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，修正系数C为：

优化后的螺旋切入轨迹为：

分别将半螺旋切入方式和四分之一螺旋切入方式下优化前后的螺旋切入轨迹与螺纹加工轨迹在连接过渡点A处的倾斜角进行对比，如表1和表2所示。

表1半螺旋切入方式下点A处各轨迹的倾斜角对比

表2四分之一螺旋切入方式下点A处各轨迹的倾斜角对比

从表1和表2的数据对比可知，与现有技术(优化前的切入轨迹)相比，本发明实施例提供的优化后的螺旋切入轨迹在A点处倾斜角与螺纹加工轨迹在A点处倾斜角更加接近，且其螺旋线倾角的相对误差接近于零。所以，从螺旋线倾角的角度分析，本发明实施例提供的螺旋切入轨迹的优化方法可有效改善现有技术中过渡点A处轨迹曲线不光顺的现象。

进一步地，分别将半螺旋切入方式和四分之一螺旋切入方式下采用本发明实施例提供的螺纹切入轨迹优化方法得到的螺旋切入轨迹与现有技术得到的螺旋切入轨迹在VERICUT软件中进行加工仿真实验，对各螺旋切入轨迹的加工误差进行对比，如表3和表4所示。

表3半螺旋切入方式下各切入轨迹加工误差对比

轨迹	最大过切量(mm)
		优化前螺旋切入轨迹	0.02468
优化后螺旋切入轨迹	0.01

表4四分之一螺旋切入方式下各切入轨迹加工误差对比

轨迹	最大过切量(mm)
		优化前螺旋切入轨迹	0.31268
优化后螺旋切入轨迹	0.02437

从表3和表4可知，经本发明实施例提供螺旋切入轨迹优化方法优化后的两种螺旋切入轨迹的最大过切量均小于现有技术中(优化前)的螺旋切入轨迹的最大过切量。因此，采用本发明实施例提供的螺旋切入轨迹优化方法能减少螺纹铣刀切入时的干涉。

另外，如图14所示，本发明另一实施例提供的一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，包括：

步骤S11，获取待加工螺纹孔的尺寸参数和螺纹铣刀的尺寸参数。所述待加工螺纹孔的尺寸参数包括所述待加工螺纹孔的大径D、中径D₂、小径D₁和螺距P，所述螺纹铣刀的尺寸参数包括所述螺纹铣刀的大径d和中径d₂。

步骤S13，确定螺旋切入轨迹。具体地，所述确定螺旋切入轨迹的步骤包括：

确定螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t。所述螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t满足计算式(5)。

确定螺纹铣削切入方式和螺旋切入夹角α₁。当

时，螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式，螺旋切入夹角α₁满足：-π＜α₁＜0；当

时，螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式，螺旋切入夹角α₁满足：

当

时，螺纹铣削切入方式可为半螺旋切入方式和四分之一螺旋切入方式中的任意一种

确定螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p。当螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，根据所述待加工螺纹孔的大径D、所述螺纹铣刀的大径d以及螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t计算螺旋半径R_p，所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足计算式(6)。当螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，根据所述待加工螺纹孔的大径D、所述螺纹铣刀的大径d、所述螺距P以及螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t计算螺旋半径R_p，所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足计算式(7)。

根据所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p、所述螺旋切入夹角α₁以及所述螺距P确定所述螺旋切入轨迹。当螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足计算式(8)。当螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足计算式(9)。

步骤S15，通过改变螺旋切入轨迹的轴向位移优化螺旋切入轨迹。当螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，优化后的螺旋切入轨迹满足计算式(14)。当螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，优化后的螺旋切入轨迹满足计算式(15)和(16)。

综上所述，本发明实施例提供的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法通过改变螺旋切入轨迹的轴向位移以减少螺纹铣刀切入时的干涉，从而提高螺纹孔的加工精度，因此可以降低报废率，节约生产成本。此外，本发明实施例提供的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法可应用于各种类型螺纹例如过渡配合螺纹、过盈配合螺纹以及小螺纹的螺纹铣削加工，通用性强。

此外，如图15所示，本发明再一实施例还提供一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化装置1。螺纹孔螺旋切入轨迹优化装置1包括：

获取模块100，用于获取待加工螺纹孔的尺寸参数和螺纹铣刀的尺寸参数。

计算模块200，用于基于所述待加工螺纹孔的尺寸参数和所述螺纹铣刀的尺寸参数，确定螺旋切入轨迹。

优化模块300，用于通过改变所述螺旋切入轨迹的轴向位移优化所述螺旋切入轨迹。

此处值得一提的是，所述螺纹孔螺旋切入轨迹优化装置的具体实现过程和技术效果可参考前述实施例，此处不再赘述。

再一方面，如图16所示，本发明又一实施例提供一种螺纹孔加工设备5。螺纹孔加工设备5可例如为三轴、四轴或者五轴数控机床，包括设备本体510和控制器530。设备本体510可例如包括主运动部件、进给运动执行部件、床身、立柱等部件。控制器530安装于设备本体510上以控制设备本体510加工螺纹孔。控制器530可例如为DSP控制器、PLC控制器等，其为螺纹孔加工设备5的核心组成部分。如图17所示，控制器530包括：

参数获取模块531，用于获取待加工螺纹孔的尺寸参数和螺纹铣刀的尺寸参数；

轨迹计算模块533，用于基于所述待加工螺纹孔的参数和所述螺纹铣刀的参数确定螺旋切入轨迹；

轨迹优化模块535，用于通过改变所述螺旋切入轨迹的轴向位移优化所述螺旋切入轨迹。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，其特征在于，包括步骤：

(X1)获取待加工螺纹孔的大径D、中径D₂、小径D₁和螺距P、以及螺纹铣刀的大径d和中径d₂；

(X2)基于所述螺距P、所述中径D₂和所述中径d₂确定螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t；

(X3)基于所述大径D和所述大径d确定螺纹铣削切入方式、并计算所述螺纹铣削切入方式下的螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p，其中：

当

时，所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式，螺旋切入夹角α₁满足：-π＜α₁＜0，所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足：

当

时，所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式，螺旋切入夹角α₁满足：

所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足：R_p＝(1-m)R_t，其中0<m<1且满足

(X4)计算螺旋切入轨迹，当所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足：

当所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足：

(X5)优化所述螺旋切入轨迹，当所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，优化后的所述螺旋切入轨迹满足：

当所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，优化后的所述螺旋切入轨迹满足：

其中C为四分之一螺旋切入方式时所述螺旋切入轨迹的修正系数，所述修正系数C满足：

。

2.一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，其特征在于，包括：

获取待加工螺纹孔的尺寸参数和螺纹铣刀的尺寸参数；

基于所述待加工螺纹孔的尺寸参数和所述螺纹铣刀的尺寸参数，确定螺旋切入轨迹；以及

通过改变所述螺旋切入轨迹上任意一点的螺旋切入角以改变所述任意一点的轴向位移优化所述螺旋切入轨迹。

3.如权利要求2所述的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，其特征在于，所述待加工螺纹孔的尺寸参数包括所述待加工螺纹孔的大径D、中径D₂、小径D₁和螺距P，所述螺纹铣刀的尺寸参数包括所述螺纹铣刀的大径d和中径d₂。

4.如权利要求2所述的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，其特征在于，所述基于所述待加工螺纹孔的尺寸参数和所述螺纹铣刀的尺寸参数，确定螺旋切入轨迹的步骤，具体包括：

确定螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t；

确定螺纹铣削切入方式和螺旋切入夹角α₁；

基于所述螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t、所述螺纹铣削切入方式确定螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p；以及

根据所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p、所述螺旋切入夹角α₁以及所述待加工螺纹孔的螺距P确定所述螺旋切入轨迹。

5.如权利要求4所述的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，其特征在于，所述螺纹加工轨迹的螺旋半径R_t满足：

其中D₂为所述待加工螺纹孔的中径，d₂为所述螺纹铣刀的中径。

6.如权利要求4所述的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，其特征在于，当螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式，所述螺旋切入夹角α₁满足：-π＜α₁＜0，所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足：

当螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式，螺旋切入夹角α₁满足：

所述螺旋切入轨迹的螺旋半径R_p满足：R_p＝(1-m)R_t，其中，m满足：0<m<1和

D₁为所述待加工螺纹孔的小径，d为所述螺纹铣刀的大径。

7.如权利要求4所述的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，其特征在于，当所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足：

当所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，所述螺旋切入轨迹满足：

其中m满足0<m<1和

D₁为所述待加工螺纹孔的小径，d为所述螺纹铣刀的大径。

8.如权利要求7所述的螺纹孔螺旋切入轨迹优化方法，其特征在于，当所述螺纹铣削切入方式为半螺旋切入方式时，优化后的所述螺旋切入轨迹满足：

当所述螺纹铣削切入方式为四分之一螺旋切入方式时，优化后的所述螺旋切入轨迹满足：

其中C为四分之一螺旋切入方式时所述螺旋切入轨迹的修正系数，所述修正系数C满足：

。

9.一种螺纹孔螺旋切入轨迹优化装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取待加工螺纹孔的尺寸参数和螺纹铣刀的尺寸参数；

计算模块，用于基于所述待加工螺纹孔的尺寸参数和所述螺纹铣刀的尺寸参数，确定螺旋切入轨迹；以及

优化模块，用于通过改变所述螺旋切入轨迹上任意一点的螺旋切入角以改变所述任意一点的轴向位移优化所述螺旋切入轨迹。

10.一种螺纹孔加工设备，其特征在于，包括设备本体和控制器，所述控制器安装于所述设备本体上以控制所述设备本体加工螺纹孔，所述控制器用于获取待加工螺纹孔的尺寸参数和螺纹铣刀的尺寸参数，用于基于所述待加工螺纹孔的参数和所述螺纹铣刀的参数确定螺旋切入轨迹，以及用于通过改变所述螺旋切入轨迹上任意一点的螺旋切入角以改变所述任意一点的轴向位移优化所述螺旋切入轨迹。

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