CN108890048A - 螺纹螺旋铣削加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了螺纹螺旋铣削加工方法以及装置。所述螺纹螺旋铣削加工方法及装置综合考虑螺纹铣刀牙型轮廓和螺纹铣刀加工运动轨迹等因素，通过根据待加工的螺纹的牙型轮廓推出螺纹铣刀的牙型轮廓，并根据一种螺纹铣刀的加工运动轨迹加工非对称螺纹，对减少螺纹铣削加工中的干涉有明显的效果，且方法简单、通用性强。利用所述加工方法可以保证每相邻的两个运动导程之间可以精确衔接，有效地减少螺纹高速铣削加工中的干涉，实现高加工精度、高成品率和高生产效率。

Description

螺纹螺旋铣削加工方法及装置

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，尤其涉及一种螺纹螺旋铣削加工方法以及一种螺纹螺旋铣削加工装置。

背景技术

螺纹联接是机械装备中最常用的联接方式。随着螺纹联接的需求多样化，非对称螺纹螺旋铣削技术逐渐备受关注。但是非对称螺纹螺旋铣削技术，国外对我国进行严格的技术封锁，而且我国研究基础相对较差、起步晚等原因，使得与国外存在较大的差距。

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，且不会损伤表面。由于螺纹铣削具有切削线速度高、受力小、排屑好、不易打刀、加工精度高、光洁度好等突出优点，日益成为我国精密螺纹制造的主流加工技术。非对称螺纹广泛应用于航空、航天、能源等工业制造业中，但是目前的非对称螺纹铣削方法存在一定的局限性，在非对称螺纹铣削加工过程中，非对称螺纹铣刀与工件表面存在干涉。干涉会降低非对称螺纹铣削的加工精度，导致产品合格率低，浪费生产成品。且关于减少非对称牙型螺纹孔螺旋铣削加工中的干涉的研究较少，所提出的方法过程复杂、计算量大、不利于推广应用。因此，迫切需要提出一种方法简单、通用性强的非对称牙型螺纹孔的少干涉螺旋铣削加工方法，以减少干涉的产生，从而提高非对称螺纹的加工精度。

发明内容

因此，为克服现有技术中的不足，本发明的实施例提供一种螺纹螺旋铣削加工方法以及一种螺纹螺旋铣削加工装置。

一方面，本发明实施例提出的一种螺纹螺旋铣削加工方法，包括：(i)获取螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式、且所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式与基于目标螺纹参数的非对称螺纹的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式相对应，其中所述目标螺纹参参数包含螺纹大径、螺距、螺纹牙厚、螺纹槽宽和牙型两侧角；(ii)根据所述目标螺纹参数的取值，得到所述螺纹铣刀的目标参数的取值；(iii)将所述目标参数的取值代入所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式，得到所述螺纹铣刀的牙型轮廓；(iv)安装固定具有所述牙型轮廓的所述螺纹铣刀、并将所述螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点位于所述待加工孔的轴向方向上深于螺纹起始点的位置；(v)控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；(vi)控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向向上运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹，其中所述指定高度满足表达式：H＝(N-1)P-P/4，H为所述指定高度，N为所述螺纹铣刀的轴向牙型数量。

再一方面，本发明实施例提出的一种螺纹螺旋铣削加工方法，包括步骤：(a)利用对应目标螺纹参数的螺纹铣刀牙型轮廓数学模型和所述目标螺纹参数的取值，确定螺纹铣刀的牙型轮廓；(b)将具有所述牙型轮廓的所述螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点相对于螺纹起始点在所述待加工孔的轴向方向上具有非零轴向距离；(c)利用所述螺纹铣刀在所述待加工孔中加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹，具体包括：控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；以及控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹；以及(d)在加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹后，从所述待加工孔中退出所述螺纹铣刀。

在本发明的一个实施例中，在步骤(a)中，所述目标螺纹参数包含螺纹大径、螺距、螺纹牙厚、螺纹槽宽和牙型两侧角。

在本发明的一个实施例中，步骤(a)包括：获取所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型，其中所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型包含螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式、且所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式与基于所述目标螺纹参数的螺纹牙型轮廓数学模型所包含的非对称螺纹的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式相对应；根据所述目标螺纹参数的取值，得到所述螺纹铣刀的目标参数的取值；以及将所述目标参数的取值代入所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式，得到所述螺纹铣刀的牙型轮廓。

在本发明的一个实施例中，所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式包括：

P_m1＝[P_m1r,P_m1z]^T＝[(D_m-1.5P_m)/2,0]^T,

P_m2＝[P_m2r,P_m2z]^T＝[(D_m-1.5P_m)/2,(-0.375P_m+(L_cm-0.375P_mcotα₁)tanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T,

P_m3＝[P_m3r,P_m3z]^T＝[D_m/2,(0.375P_m+(L_cm+0.375cotα₁)tanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T,

P_m4＝[P_m4r,P_m4z]^T＝[D_m/2,L_gm+(-0.75P_m)cotα₂+L_cmcosα₁sinα₂csc(α₁+α₂)]^T,

P_m5＝[P_m5r,P_m5z]^T＝[D_m/2-0.75P_m,(0.375P_m+(L_gm+0.375P_mcotα₂)tanα₁+P_mtanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T,

P_m6＝[P_m6r,P_m6z]^T＝[D_m/2-0.75P_m,P_m]^T,

其中，P_m1、P_m2、P_m3、P_m4、P_m5、P_m6、表示所述螺纹铣刀的牙型轮廓上第1至第6个特征点，P_m1r、P_m2r、P_m3r、P_m4r、P_m5r、P_m6r为所述螺纹铣刀的牙型轮廓上第1至第6个特征点的径向坐标，P_m1z、P_m2z、P_m3z、P_m4z、P_m5z、P_m6z为所述螺纹铣刀的牙型轮廓上第1至第6个特征点的切向坐标，D_m为所述螺纹铣刀的大径，P_m为所述螺纹铣刀的螺距，L_cm为所述螺纹铣刀的螺纹牙厚、L_gm为所述螺纹铣刀的螺纹槽宽，α₁、α₂为所述螺纹铣刀的牙型两侧角，且所述目标参数包含D_m、P_m、L_cm、L_gm、α₁、α₂。

在本发明的一个实施例中，在步骤(b)中，所述落刀点在所述待加工孔的轴向方向上到所述螺纹起始点的非零轴向距离H₁满足表达式：H₁＝P/8，其中P为所述非对称螺纹的螺距；以及所述落刀点的坐标(X,Y)的表达式为：X＝(D-D_m)/4，Y＝-(D-D_m)/4，其中D为所述非对称螺纹的大径，D_m为所述螺纹铣刀的大径。在步骤(c)中，所述指定高度满足表达式：H＝(N-1)P-P/4，其中H为所述指定高度，N为所述螺纹铣刀的轴向牙型数量。

另一方面，本发明实施例提出的一种螺纹螺旋铣削加工装置，包括：铣刀确定模块，用于利用对应目标螺纹参数的螺纹铣刀牙型轮廓数学模型和所述目标螺纹参数的取值，确定螺纹铣刀的牙型轮廓；铣刀推进模块，用于将具有所述牙型轮廓的所述螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点相对于螺纹起始点在所述待加工孔的轴向方向上具有非零轴向距离；螺纹加工模块，用于利用所述螺纹铣刀在所述待加工孔中加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹，具体包括：控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；以及控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹；以及退刀控制模块，用于在加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹后，从所述待加工孔中退出所述螺纹铣刀。

在本发明的一个实施例中，所述铣刀确定模块包括：数学模型获取单元，用于获取所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型，其中所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型包含螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式、且所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式与基于所述目标螺纹参数的螺纹牙型轮廓数学模型所包含的非对称螺纹的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式相对应；取值计算单元，用于根据所述目标螺纹参数的取值，得到所述螺纹铣刀的目标参数的取值；所述目标螺纹参数包含螺纹大径、螺距、螺纹牙厚、螺纹槽宽和牙型两侧角；以及牙型轮廓确定单元，用于将所述目标参数的取值代入所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式，得到所述螺纹铣刀的牙型轮廓。

在本发明的一个实施例中，所述铣刀推进模块包括：落刀点计算单元，用于计算所述落刀点在所述待加工孔的轴向方向上到所述螺纹起始点的非零轴向距离H₁和所述落刀点的坐标(X,Y)，其中，H₁＝P/8，P为所述非对称螺纹的螺距；X＝(D-D_m)/4，Y＝-(D-D_m)/4，D为所述非对称螺纹的大径，D_m为所述螺纹铣刀的大径。

又一方面，本发明实施例提出的一种螺纹螺旋铣削加工方法，包括：(A)将具有目标牙型轮廓的螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点相对于螺纹起始点在所述待加工孔的轴向方向上具有非零轴向距离H₁，H₁＝P/8，以及所述落刀点的坐标(X,Y)的表达式为：X＝(D-D_m)/4，Y＝-(D-D_m)/4，P为非对称螺纹的螺距，D为所述非对称螺纹的大径，D_m为所述螺纹铣刀的大径；(B)利用所述螺纹铣刀在所述待加工孔中加工出具有目标数量螺距的所述非对称螺纹，具体包括：控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；以及控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹，其中所述指定高度满足表达式：H＝(N-1)P-P/4，H为所述指定高度，N为所述螺纹铣刀的轴向牙型数量；以及(C)在加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹后，从所述待加工孔中退出所述螺纹铣刀。

上述技术方案具有如下一个或多个优点或有益效果：本发明实施例综合考虑螺纹铣刀牙型轮廓和非对称螺纹铣刀加工运动轨迹等因素，通过根据待加工的非对称螺纹的牙型轮廓推出螺纹铣刀的牙型轮廓，并根据一种非对称螺纹铣刀的加工运动轨迹加工非对称螺纹，对减少螺纹铣削加工中的干涉有明显的效果，且方法简单、通用性强。利用该铣削加工方法，可以保证每相邻的两个运动导程之间可以精确衔接，有效地减少螺纹高速铣削加工中的干涉，实现高加工精度、高成品率和高生产效率。

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是本发明实施例的一种非对称螺纹的牙型轮廓示意图。

图2是本发明实施例的一种螺纹铣刀的牙型轮廓示意图。

图3是本发明实施例的一种螺纹铣刀的牙型的相关参数。

图4是本发明实施例的一种螺纹铣刀径向运动轨迹示意图。

图5是本发明实施例的一种螺纹铣刀轴向运动轨迹示意图。

图6A是本发明实施例的一种螺纹螺旋铣削加工装置的模块示意图。

图6B是图6A所示铣刀确定模块的组成单元示意图。

图6C是图6A所示铣刀推进模块的组成单元示意图。

具体实施方式

下面将结合图1至图5，对本发明实施例提出的一种螺纹螺旋铣削加工方法进行清楚、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。

以加工具有60个(本发明并不以此为限)轴向牙型的非对称螺纹为例，本实施例的螺纹螺旋铣削加工方法其例如包括以下步骤：

步骤(1)：利用对应目标螺纹参数的螺纹铣刀牙型轮廓数学模型和所述目标螺纹参数的取值，确定螺纹铣刀的牙型轮廓；

步骤(2)：将具有所述牙型轮廓的螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点A₁，其中落刀点A₁位于沿待加工孔的轴向方向上深于非对称螺纹起始点A₂的位置；

步骤(3)：控制螺纹铣刀在待加工孔中围绕孔心按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周(也即360°)、在待加工孔的侧壁上一次铣出N个螺距的非对称螺纹牙型，也即一次铣出一个导程的螺纹，再将螺纹铣刀沿待加工孔的径向退回到待加工孔的孔心处；

步骤(4)：控制螺纹铣刀沿待加工孔的轴向方向向上运动一个高度H，使螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点完全吻合，从而使前后两个导程准确衔接；

步骤(5)：重复上述步骤(3)及步骤(4)，根据所需要的深度，在待加工孔中加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹，以使得待加工孔成为加工好的螺纹孔；

步骤(6)：从加工好的螺纹孔中退出螺纹铣刀，非对称螺纹加工完成。

更具体地，在前述步骤(1)中，利用对应目标螺纹参数的螺纹铣刀牙型轮廓数学模型和所述目标螺纹参数的取值，确定螺纹铣刀的牙型轮廓，例如包括以下内容：

1)非对称螺纹的牙型轮廓数学模型的建立，主要包括以下步骤：

根据螺纹大径D＝16mm、螺距P＝3mm、螺纹牙厚L_c＝1.5mm、螺纹槽宽L_g＝1.5mm和牙型两侧角α₁＝60°、α₂＝80°，此处的待加工非对称螺纹的螺纹大径D、螺距P、螺纹牙厚L_c、螺纹槽宽L_g和牙型两侧角α₁、α₂等目标螺纹参数的取值并不以此为限，可以根据实际需要确定；

P_t1＝[P_t1r,P_t1z]^T＝[(D-1.5P)/2,0]^T＝[5.75,0]^T，

P_t2＝[P_t2r,P_t2z]^T＝[(D-1.5P)/2,(-0.375P+(L_c-0.375Pcotα₁)tanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T＝[5.75,0.5]^T，

P_t3＝[P_t3r,P_t3z]^T＝[D/2,(0.375P+(L_c+0.375cotα₁)tanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T＝[8,1.466]^T

P_t4＝[P_t4r,P_t4z]^T＝[D/2,L_g+(-0.75P)cotα₂+L_ccosα₁sinα₂csc(α₁+α₂)]^T＝[8,2.253]^T，

P_t5＝[P_t5r,P_t5z]^T＝[D/2-0.75P,(0.375P+(L_g+0.375Pcotα₂)tanα₁+Ptanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T＝[5.75,2.847]^T，

P_t6＝[P_t6r,P_t6z]^T＝[D/2-0.75P,P]^T＝[5.75,3]^T；

其中，P_ti表示非对称螺纹的牙型轮廓上第i个特征点，i＝1,2,3,4,5,6，P_tir为非对称螺纹的牙型轮廓上第i个特征点的径向坐标，P_tiz为非对称螺纹的牙型轮廓上第i特征点的切向坐标，图1示出六个特征点P_ti(i＝1,2,3,4,5,6)在非对称螺纹的牙型轮廓上的位置关系。

2)根据非对称螺纹的牙型轮廓数学模型建立螺纹铣刀的牙型轮廓数学模型，从而确定螺纹铣刀的牙型轮廓；主要包括以下步骤：

根据螺纹铣刀大径D_m＝10mm、螺距P_m＝3mm、螺纹牙厚L_cm＝1.5mm、螺纹槽宽L_gm＝1.5mm和牙型两侧角α₁＝60°、α₂＝80°，此处的螺纹铣刀大径D_m、螺距P_m、螺纹牙厚L_cm、螺纹槽宽L_gm和牙型两侧角α₁、α₂等螺纹铣刀的目标参数(如图3所示)的取值由待加工的非对称螺纹的目标螺纹参数的取值确定；例如设计螺纹铣刀时，可以按螺纹大径的2/3估算铣刀大径，之后查金属切削刀具设计手册取整，举例来说，当螺纹大径D＝16mm时，则可以设计螺纹铣刀大径D_m＝10mm。

P_m1＝[P_m1r,P_m1z]^T＝[(D_m-1.5P_m)/2,0]^T＝[2.75,0]^T，

P_m2＝[P_m2r,P_m2z]^T＝[(D_m-1.5P_m)/2,(-0.375P_m+(L_cm-0.375P_mcotα₁)tanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T＝[2.75,0.5]^T，

P_m3＝[P_m3r,P_m3z]^T＝[D_m/2,(0.375P_m+(L_cm+0.375cotα₁)tanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T＝[5,1.467]^T，

P_m4＝[P_m4r,P_m4z]^T＝[D_m/2,L_gm+(-0.75P_m)cotα₂+L_cmcosα₁sinα₂csc(α₁+α₂)]^T＝[5,2.253]^T，

P_m5＝[P_m5r,P_m5z]^T＝[D_m/2-0.75P_m,(0.375P_m+(L_gm+0.375P_mcotα₂)tanα₁+P_mtanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T＝[2.75,2.847]^T，

P_m6＝[P_m6r,P_m6z]^T＝[D_m/2-0.75P_m,P_m]^T＝[2.75,3]^T；

其中，P_mj表示螺纹铣刀的牙型轮廓上第j个特征点，j＝1,2,3,4,5,6；P_mjr为螺纹铣刀的牙型轮廓上第j个特征点的径向坐标，P_mjz为螺纹铣刀的牙型轮廓上j个特征点的切向坐标，图2示出六个特征点P_mj(j＝1,2,3,4,5,6)在螺纹铣刀的牙型轮廓上的位置关系。

承上述，在前述步骤(2)中，将螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点A₁，落刀点A₁相对于非对称螺纹起始点A₂在待加工孔的轴向方向上具有非零轴向距离，例如落刀点A₁位于沿待加工孔的轴向方向上深于非对称螺纹起始点A₂的位置(如图4和图5所示)，其例如包括以下内容：

本实施例由于设置螺纹铣刀的落刀点A₁距离非对称螺纹起始点A₂的轴向距离H₁符合下列表达式：H₁＝P/8，其中P＝3mm，计算可得H₁＝0.375mm。这样可以保证螺纹铣刀在按等螺距螺旋线轨迹旋转运动后，能够精确地落在所需要加工的非对称螺纹起始点A2的位置。

又由于螺纹铣刀的落刀点A₁的坐标(X,Y)设置为符合下列表达式：X＝(D-D_m)/4，Y＝-(D-D_m)/4，其中D＝16mm，D_m＝10mm，计算可得，X＝1.5mm，Y＝-1.5mm。这样，螺纹铣刀的运动轨迹最为合理且运动路程最短，加工精度高。

之后，将螺纹铣刀旋转推进到上述计算得出的落刀点A₁的位置。

接下来，在前述步骤(3)中，控制螺纹铣刀在待加工孔中围绕孔心按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周(也即360°)、在待加工孔的侧壁上一次铣出N个螺距的非对称螺纹牙型，也即一次铣出一个导程的螺纹，再将螺纹铣刀沿待加工孔的径向退回到待加工孔的孔心处，其例如包括以下内容：

根据需要加工具有60个轴向牙型，取螺纹铣刀的轴向牙型数量N为5，螺纹铣刀在待加工孔中围绕孔心按螺旋线轨迹旋转360°，在待加工孔的侧壁上一次铣出具有5个螺距的螺纹，再将螺纹铣刀沿径向退回到所述待加工孔的孔心处(也即待加工孔的中心轴线处)。

然后，在前述步骤(4)中，控制螺纹铣刀沿待加工孔的轴向方向上运动一个指定高度，例如向上运动一个高度H、并使螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点完全吻合，从而使前后两个导程准确衔接，其例如包括以下内容：

加工具有60个轴向牙型的非对称螺纹，每个导程铣出的螺纹数为5，将螺纹铣刀退出约4个螺距的距离，根据表达式H＝(N-1)P-P/4，其中N＝5，P＝3mm，计算得出在两个导程之间螺纹铣刀需要提起的高度H的数值为11.25mm。经过上述表达式计算出的高度H，能够使螺纹铣刀的刀尖在进入下一个导程时准确切入，使每相邻的两个运动导程之间的螺纹精确衔接，保证螺纹的完整性，实现高加工精度，高成品率和高生产效率。此处，螺纹铣刀的轴向牙型数量N与所要加工的非对称螺纹的牙型数量有关，所要加工的非对称螺纹的牙型数量优选为螺纹铣刀的轴向牙型数量N的整数倍。

之后，在前述步骤(5)中，重复上述步骤(3)和步骤(4)，根据所需要的深度，加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹，其例如包括以下内容：

加工具有60个轴向牙型的非对称螺纹需要加工60个螺距，螺纹铣刀每个导程铣出的螺距为5个，所以螺纹铣刀需要运行12个导程完成螺纹加工，使得待加工孔成为加工好的螺纹孔。

最后，在前述步骤(6)中，从加工好的螺纹孔中退出螺纹铣刀，至此非对称螺纹加工完成。

综上所述，本发明实例以非对称螺纹铣削加工为例来说明一种非对称牙型螺纹孔的少干涉螺旋铣削加工方法，本发明实施例通过优化螺纹铣刀牙型轮廓结合一种螺纹铣刀的加工轨迹来减少非对称螺纹铣削加工中的干涉，从而可以提升螺纹铣削加工精度，并且简便、效率高。此外，值得一提的是，前述实施例的螺纹加工是从待加工孔的底部往上加工出非对称螺纹，但本发明实施例并不以此为限，也可以从待加工孔的顶部往下加工出非对称螺纹。

在其他实施例中，前述螺纹铣刀的牙型轮廓的确定也可以看作是本发明另一实施例的螺纹螺旋铣削加工方法的准备工作，因此相对应的螺纹螺旋铣削加工方法则可以开始于安装固定具有目标牙型轮廓的螺纹铣刀之后，其例如包括步骤：

(A)将具有目标牙型轮廓的螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点相对于螺纹起始点在所述待加工孔的轴向方向上具有非零轴向距离H₁，H₁＝P/8，以及所述落刀点的坐标(X,Y)的表达式为：X＝(D-D_m)/4，Y＝-(D-D_m)/4，P为非对称螺纹的螺距，D为所述非对称螺纹的大径，D_m为所述螺纹铣刀的大径；

(B)利用所述螺纹铣刀在所述待加工孔中加工出具有目标数量螺距的所述非对称螺纹，具体包括：

控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；

控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹，其中所述指定高度满足表达式：H＝(N-1)P-P/4，H为所述指定高度，N为所述螺纹铣刀的轴向牙型数量；以及

(C)在加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹后，从所述待加工孔中退出所述螺纹铣刀。

参见图6A，本发明实施例还提供一种螺纹螺旋铣削加工装置60，包括：铣刀确定模块61、铣刀推进模块63、螺纹加工模块65和退刀控制模块67。其中，铣刀确定模块61用于利用对应目标螺纹参数的螺纹铣刀牙型轮廓数学模型和所述目标螺纹参数的取值，确定螺纹铣刀的牙型轮廓。铣刀推进模块63用于将具有所述牙型轮廓的所述螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点相对于螺纹起始点在所述待加工孔的轴向方向上具有非零轴向距离。螺纹加工模块65用于利用所述螺纹铣刀在所述待加工孔中加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹，其具体可用于：控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；以及控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹。退刀控制模块67用于在加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹后，从所述待加工孔中退出所述螺纹铣刀。

承上述，本实施例的铣刀确定模块61、铣刀推进模块63、螺纹加工模块65和退刀控制模块67可以是软件模块，存储于存储器并可由PLC控制器或DSP控制器执行来实现前述步骤(1)至步骤(6)，因此各个模块的功能细节可参考前述相关于步骤(1)至步骤(6)的描述，故在此不再赘述。

进一步地，如图6B所示，铣刀确定模块61例如还可划分出：数学模型获取单元611、取值计算单元613和牙型轮廓确定单元615。其中，数学模型获取单元611用于获取所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型，其中所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型包含螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式、且所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式与基于所述目标螺纹参数的螺纹牙型轮廓数学模型所包含的非对称螺纹的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式相对应。取值计算单元613用于根据所述目标螺纹参数的取值，得到所述螺纹铣刀的目标参数的取值，其中设计螺纹铣刀时，可以按螺纹大径的2/3估算铣刀大径，之后查金属切削刀具设计手册取整，例如当螺纹大径为16mm时，则螺纹铣刀大径可以设计为10mm。所述目标螺纹参数包含螺纹大径、螺距、螺纹牙厚、螺纹槽宽和牙型两侧角。牙型轮廓确定单元615用于将所述目标参数的取值代入所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式，得到所述螺纹铣刀的牙型轮廓。

此外，如图6C所示，铣刀推进模块63例如还可划分出落刀点计算单元631。落刀点计算单元631例如用于计算所述落刀点在所述待加工孔的轴向方向上到所述螺纹起始点的非零轴向距离H₁和所述落刀点的坐标(X,Y)，其中，H₁＝P/8，P为所述非对称螺纹的螺距；X＝(D-D_m)/4，Y＝-(D-D_m)/4，D为所述非对称螺纹的大径，D_m为所述螺纹铣刀的大径。

另外，可以理解的是，前述各个实施例仅为本发明的示例性说明，在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本发明的发明目的前提下，各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。

再者，值得说明的是，在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多路单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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)

1.一种螺纹螺旋铣削加工方法，其特征在于，包括：

获取螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式、且所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式与基于目标螺纹参数的非对称螺纹的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式相对应，其中所述目标螺纹参参数包含螺纹大径、螺距、螺纹牙厚、螺纹槽宽和牙型两侧角；

根据所述目标螺纹参数的取值，得到所述螺纹铣刀的目标参数的取值；

将所述目标参数的取值代入所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式，得到所述螺纹铣刀的牙型轮廓；

安装固定具有所述牙型轮廓的所述螺纹铣刀、并将所述螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点位于所述待加工孔的轴向方向上深于螺纹起始点的位置；

控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；

控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向向上运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹，其中所述指定高度满足表达式：H＝(N-1)P-P/4，H为所述指定高度，N为所述螺纹铣刀的轴向牙型数量。

2.一种螺纹螺旋铣削加工方法，其特征在于，包括步骤：

(a)利用对应目标螺纹参数的螺纹铣刀牙型轮廓数学模型和所述目标螺纹参数的取值，确定螺纹铣刀的牙型轮廓；

(b)将具有所述牙型轮廓的所述螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点相对于螺纹起始点在所述待加工孔的轴向方向上具有非零轴向距离；

(c)利用所述螺纹铣刀在所述待加工孔中加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹，具体包括：

控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；

控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹；以及

(d)在加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹后，从所述待加工孔中退出所述螺纹铣刀。

3.如权利要求2所述的螺纹螺旋铣削加工方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述目标螺纹参数包含螺纹大径、螺距、螺纹牙厚、螺纹槽宽和牙型两侧角。

4.如权利要求2或3所述的螺纹螺旋铣削加工方法，其特征在于，步骤(a)包括：

获取所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型，其中所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型包含螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式、且所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式与基于所述目标螺纹参数的螺纹牙型轮廓数学模型所包含的非对称螺纹的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式相对应；

根据所述目标螺纹参数的取值，得到所述螺纹铣刀的目标参数的取值；

将所述目标参数的取值代入所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式，得到所述螺纹铣刀的牙型轮廓。

5.如权利要求4所述的螺纹螺旋铣削加工方法，其特征在于，所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式包括：

P_m1＝[P_m1r,P_m1z]^T＝[(D_m-1.5P_m)/2,0]^T,

P_m2＝[P_m2r,P_m2z]^T＝[(D_m-1.5P_m)/2,(-0.375P_m+(L_cm-0.375P_mcotα₁)tanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T,

P_m3＝[P_m3r,P_m3z]^T＝[D_m/2,(0.375P_m+(L_cm+0.375cotα₁)tanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T,

P_m4＝[P_m4r,P_m4z]^T＝[D_m/2,L_gm+(-0.75P_m)cotα₂+L_cmcosα₁sinα₂csc(α₁+α₂)]^T,

P_m5＝[P_m5r,P_m5z]^T＝[D_m/2-0.75P_m,(0.375P_m+(L_gm+0.375P_mcotα₂)tanα₁+P_mtanα₂)/(tanα₁+tanα₂)]^T,

P_m6＝[P_m6r,P_m6z]^T＝[D_m/2-0.75P_m,P_m]^T,

其中，P_m1、P_m2、P_m3、P_m4、P_m5、P_m6、表示所述螺纹铣刀的牙型轮廓上第1至第6个特征点，P_m1r、P_m2r、P_m3r、P_m4r、P_m5r、P_m6r为所述螺纹铣刀的牙型轮廓上第1至第6个特征点的径向坐标，P_m1z、P_m2z、P_m3z、P_m4z、P_m5z、P_m6z为所述螺纹铣刀的牙型轮廓上第1至第6个特征点的切向坐标，D_m为所述螺纹铣刀的大径，P_m为所述螺纹铣刀的螺距，L_cm为所述螺纹铣刀的螺纹牙厚、L_gm为所述螺纹铣刀的螺纹槽宽，α₁、α₂为所述螺纹铣刀的牙型两侧角，且所述目标参数包含D_m、P_m、L_cm、L_gm、α₁、α₂。

6.如权利要求1所述的螺纹螺旋铣削加工方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述落刀点在所述待加工孔的轴向方向上到所述螺纹起始点的非零轴向距离H₁满足表达式：H₁＝P/8，其中P为所述非对称螺纹的螺距；以及

所述落刀点的坐标(X,Y)的表达式为：X＝(D-D_m)/4，Y＝-(D-D_m)/4，其中D为所述非对称螺纹的大径，D_m为所述螺纹铣刀的大径；

在步骤(c)中，所述指定高度满足表达式：H＝(N-1)P-P/4，其中H为所述指定高度，N为所述螺纹铣刀的轴向牙型数量。

7.一种螺纹螺旋铣削加工装置，其特征在于，包括：

铣刀确定模块，用于利用对应目标螺纹参数的螺纹铣刀牙型轮廓数学模型和所述目标螺纹参数的取值，确定螺纹铣刀的牙型轮廓；

铣刀推进模块，用于将具有所述牙型轮廓的所述螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点相对于螺纹起始点在所述待加工孔的轴向方向上具有非零轴向距离；

螺纹加工模块，用于利用所述螺纹铣刀在所述待加工孔中加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹，具体包括：

控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；

控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹；以及

退刀控制模块，用于在加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹后，从所述待加工孔中退出所述螺纹铣刀。

8.如权利要求7所述的螺纹螺旋铣削加工装置，其特征在于，所述铣刀确定模块包括：

数学模型获取单元，用于获取所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型，其中所述螺纹铣刀牙型轮廓数学模型包含螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式、且所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式与基于所述目标螺纹参数的螺纹牙型轮廓数学模型所包含的非对称螺纹的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式相对应；

取值计算单元，用于根据所述目标螺纹参数的取值，得到所述螺纹铣刀的目标参数的取值，其中所述目标螺纹参数包含螺纹大径、螺距、螺纹牙厚、螺纹槽宽和牙型两侧角；

牙型轮廓确定单元，用于将所述目标参数的取值代入所述螺纹铣刀的牙型轮廓上多个特征点的坐标计算公式，得到所述螺纹铣刀的牙型轮廓。

9.如权利要求7所述的螺纹螺旋铣削加工方法，其特征在于，所述铣刀推进模块包括：

落刀点计算单元，用于计算所述落刀点在所述待加工孔的轴向方向上到所述螺纹起始点的非零轴向距离H₁和所述落刀点的坐标(X,Y)，

其中，H₁＝P/8，P为所述非对称螺纹的螺距；

X＝(D-D_m)/4，Y＝-(D-D_m)/4，D为所述非对称螺纹的大径，D_m为所述螺纹铣刀的大径。

10.一种螺纹螺旋铣削加工方法，其特征在于，包括步骤：

将具有目标牙型轮廓的螺纹铣刀推进到待加工孔的落刀点，其中所述落刀点相对于螺纹起始点在所述待加工孔的轴向方向上具有非零轴向距离H₁，H₁＝P/8，以及所述落刀点的坐标(X,Y)的表达式为：X＝(D-D_m)/4，Y＝-(D-D_m)/4，P为非对称螺纹的螺距，D为所述非对称螺纹的大径，D_m为所述螺纹铣刀的大径；

利用所述螺纹铣刀在所述待加工孔中加工出具有目标数量螺距的所述非对称螺纹，具体包括：

控制所述螺纹铣刀按照螺旋线轨迹螺旋旋转一周、在所述待加工孔的侧壁上铣出一个导程的螺纹，再将所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的径向方向退回到所述待加工孔的孔心处；

控制退回到所述待加工孔的孔心处的所述螺纹铣刀沿所述待加工孔的轴向方向运动一个指定高度、并使所述螺纹铣刀的刀尖与前一个导程的螺纹的轨迹结束点吻合以加工下一个导程的螺纹，其中所述指定高度满足表达式：H＝(N-1)P-P/4，H为所述指定高度，N为所述螺纹铣刀的轴向牙型数量；以及

在加工出具有目标数量螺距的非对称螺纹后，从所述待加工孔中退出所述螺纹铣刀。