CN109955039B - 一种带精密槽的大直径卡箍加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带精密槽的大直径卡箍加工方法，包括以下步骤：(S1)粗车上下端面及内外圆，将原材料加工成横截面为矩形的环形件；(S2)粗车环形件的包络轮廓，在该环形件的底部留出装夹工艺台；(S3)粗铣环形件的外侧面，并在该环形件的外侧面上留出测量工艺台；(S4)精车该环形件的外圆和内侧精密V型槽；(S5)精铣环形件的外弧面，并加工卡箍端头；(S6)轴向切断，将该环形件套装在胎具上，铣下底面；(S7)周向切断，局部装夹端头，并加工环形件的卡箍端头及端头孔。本发明所述的带精密槽的大直径卡箍加工方法，通过合理布置切断在整个零件加工制造过程中的位置，最大限度的利用了余料区强度，保证了加工精度。

Description

一种带精密槽的大直径卡箍加工方法

技术领域

本发明属于柔性零件机械加工技术领域，尤其是涉及一种带精密槽的大直径卡箍加工方法。

背景技术

大直径小截面C型卡箍类零件，用于为被连接件提供一定强度的连接力，并可以在必要时解除该连接力。该零件存在以下加工难点：1)变截面，且小截面弧段占主要部分，因此无法采用以车削为主的加工方式；2)该零件通过V型槽将被连接件连接在一起，对V型槽加工精度提出了极高要求；3)该零件为C型开口零件，且直径大，截面小，刚性极差。

与该零件功能类似的产品是一种组件，实现连接功能的零件与实现箍紧功能的零件通过紧固件组合在一起，其整体精度不仅取决于零件加工精度，同时受限于装配精度，而其箍紧后的强度受限于相关紧固件。相比较而言，整体式大直径小截面C型卡箍类零件一致性好、强度大、性能稳定。

由于产品结构复杂，结构刚性极差，尺寸精度要求高，加工中存在车削、铣削等工序的多次转换，加工中存在较大的技术难度。精密V型槽为带有底角的梯形槽，由于尺寸较小，需要分别使用切断刀的两个刀尖点和切断刃加工不同的槽面，存在加工刃不断变换和易干涉、易干磨的技术难点。目前在中国航天制造领域尚无同类型、规格整体零件的加工案例。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种带精密槽的大直径卡箍加工方法，以解决该类零件结构复杂、结构刚性极差、尺寸精度要求高带来的挑战，弥补了大直径小截面带精密V型槽的C型卡箍类铝合金零件制造领域的空白。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种带精密槽的大直径卡箍，包括C型卡箍主体和卡箍端头，所述C型卡箍主体的内侧面上沿该C型卡箍主体的周向设有V型槽，所述卡箍端头有一对，相对固定在所述C型卡箍主体开口处的两侧，该对卡箍端头上相对设有一对端头孔。

进一步的，所述C型卡箍主体的直径与该C型卡箍主体的侧面高度之比大于30。

进一步的，所述精密V型槽为带有底角的梯形槽。

一种基于上述带精密槽的大直径卡箍的加工方法，包括以下步骤：

(S1)粗车上下端面及内外圆，将原材料加工成横截面为矩形的环形件；

(S2)粗车环形件的包络轮廓，在该环形件的底部留出装夹工艺台；

(S3)粗铣环形件的外侧面，并在该环形件的外侧面上留出测量工艺台；

(S4)精车该环形件的外圆和内侧精密V型槽；

(S5)精铣环形件的外弧面，并加工卡箍端头；

(S6)轴向切断，将该环形件套装在胎具上，铣下底面；

(S7)周向切断，局部装夹端头，并加工环形件的卡箍端头及端头孔。

进一步的，所述步骤(S4)中，通过层剥的方式精车该环形件的内侧精密V型槽，该精车过程包括：(Ⅰ)粗开矩形槽；(Ⅱ)粗车V型槽；(Ⅲ)精车V型槽。

步骤(Ⅰ)粗开矩形槽尺寸的确定，可以使步骤(Ⅱ)粗车V型槽的分层数量降低到最少。

进一步的，所述精密V型槽为带有底角的梯形槽。

进一步的，所述步骤(Ⅰ)中粗车矩形槽时，当刀尖轨迹正好处于轨迹轴线时，从刀尖包络形成的槽面底角边缘向目标轮廓引直线，该直线与目标轮廓底角的交点，即为粗开矩形槽的顶点。

进一步的，所述步骤(S4)中在通过层剥方式精车环形件内侧精密V型槽时，引入参数，将加工精密V型槽时的两侧切槽刀中的一侧刀尖点轨迹转换为另外一侧刀尖点轨迹，并将两侧刀尖点和切断刃的切削程序集合到一个程序中，使得两侧刀尖点及切断刃对精密V型槽的开槽切削始终相对槽轴线对称。

进一步的，将加工精密V型槽时的两侧切槽刀中的一侧刀尖点轨迹转换为另外一侧刀尖点轨迹的具体过程为：以切槽刀下刀尖为对刀点，将上槽面程序向下偏置一个刀宽，可以将上槽面程序转换为以下刀尖为控制点的程序轨迹。

进一步的，以层剥方式并始终相对槽轴线对称地切削精密V型槽的控制程序设定过程包括以下步骤：

(S41)在程序中引入参数R1，R1代表刀宽，在执行上槽面程序前执行偏置语句TRANS Z＝-R1将上槽面程序转换为以下刀尖为控制点的程序轨迹，程序执行结束取消偏置；

(S42)在程序中引入参数R3、R4，分别代表X向偏移量和Z向偏移量，在执行上槽面程序前执行偏置语句TRANS X＝R3Z＝R4，程序执行结束取消偏置；在执行下槽面程序前执行偏置语句TRANS X＝R3Z＝-R4，程序执行结束取消偏置；实现上下槽面轨迹始终相对于对称轴对称；

(S43)将上述步骤(S41)和(S42)中的两项参数进行叠加，上槽面偏置语句变为TRANS X＝R3Z＝R4-R1，下槽面偏置语句不变，为TRANS X＝R3Z＝-R4；其中R1在加工前测量，初始赋值为正值，R3、R4初始赋值为负值；完成在同一程序中一次性进行上下槽面的加工，并保证精密V型槽槽面的对称性。

在上述步骤(S43)中，设定刀宽R1和原点后，只需要更改X向余量、Z向余量的赋值，即可控制进刀量。

进一步的，步骤(Ⅲ)精车V型槽过程中，通过计算X向、Z向单位进刀量下，槽面吃刀量与槽底面吃刀量的几何关系，合理控制X向、Z向的进给量，即在精密V型槽的夹角为α的情况下，设定切槽刀单位进刀量下，该切槽刀的X向进给量为ΔX，Z向进给量为ΔZ，则通过保证X向进给量和Z向进给量的关系为：

实现槽面和槽底面吃刀量相同。

进一步的，所述X向进给量和Z向进给量之间关系的计算方法包括以下步骤：

(S4a)计算刀尖轨迹沿X向变化量与测量球加计测量方式中的总厚度H变化量之间的函数关系；

设定刀尖轨迹沿X向变动量ΔX，则加测量球总高变化ΔHX＝HX-H0＝ΔX，精密V型槽槽底背吃刀量Δλ＝ΔX，精密V型槽槽面背吃刀量ΔδX＝ΔX×sin(α/2)；

(S4b)计算刀尖轨迹沿Z向变化量与测量球加计测量方式中的总厚度H变化量之间的函数关系；

设定刀尖轨迹沿Z向变动量ΔZ，即上槽面向下移动ΔZ，下槽面向上移动ΔZ，则加测量球总高变化ΔHZ＝HZ-H0＝ΔZ/tan(α/2)，精密V型槽槽底背吃刀量Δλ＝0，精密V型槽槽面背吃刀量ΔδZ＝ΔZ×cos(α/2)；

(S4c)刀尖轨迹沿X向、Z向复合变化量与测量球加计测量方式中的总厚度H变化量之间的函数关系；

设定刀尖轨迹沿X向变动ΔX的同时沿Z向变动ΔZ，则加测量球总高变化ΔHXZ＝ΔHX+ΔHZ，精密V型槽槽底背吃刀量Δλ＝ΔX，精密V型槽槽面背吃刀量Δδ＝ΔδX+ΔδZ。

(S4d)设定精密V型槽3个面背吃刀量一致，亦即Δλ＝Δδ；

由于，

Δλ＝ΔX

Δδ＝ΔδX+ΔδZ

ΔδX＝ΔX×sin(α/2)

ΔδZ＝ΔZ×cos(α/2)

求得，

即为切槽刀X向进给量和Z向进给量之间的关系公式。

进一步的，所述步骤(Ⅱ)中粗车V型槽的第二阶段中粗车循环边界条件包括：1)每一分刀下，上、下槽面和底面的背吃刀量均大于0，(用以避免干磨)，小于某一定值，(用以避免应力过大，影响稳定性)，且同等条件下越均匀越好；2)某一侧刀尖进行对应槽面加工时，不能由于刀宽的原因产生干涉伤及对侧槽面，为了便于理解，进一步严格要求为刀尖轨迹不过轨迹轴线；

该边界条件下，粗开矩形槽的最佳开槽尺寸确定过程即为粗开矩形槽的最佳开槽尺寸的顶点的确定，该过程包括以下步骤：

(c1)设置粗车V型槽的轨迹模型；

(c2)将刀尖轨迹处于轨迹模型的轨迹轴线时，从刀尖包络形成的槽面底角边缘向目标轮廓引直线，该直线与目标轮廓底角的交点，即为粗开矩形槽最佳开槽尺寸的顶点。

进一步的，设定步骤(Ⅱ)粗车V型槽切削过程的背吃刀量小于某一特定值δ_C。在最佳开槽尺寸下，步骤(Ⅱ)第一阶段仅在X向进刀且仅槽面吃刀，X向进刀步长为ΔX_C1＝δ_C/sin(α/2)；第二阶段槽面及槽底面同时吃刀，最大背吃刀量主要受槽底面限制，当矩形槽相对于最佳开槽尺寸下的矩形槽，宽度增加深度减小时，由于槽底面余量大而增加分刀次数；当矩形槽相对于最佳开槽尺寸下的矩形槽，宽度减小深度增加时，由于所述层剥轮廓的圆角出现在槽面上，导致最大背吃刀量出现在圆角处，第一阶段X向步长小于δ_C/sin(α/2)，而增加分刀次数。

进一步的，在进行步骤(Ⅲ)精车V型槽时，采用平均数插值的方法修正X向、Z向进刀量。

进一步的，所述平均数插值的方法修正X向、Z向进刀量，具体包括以下步骤：

(P1)由于刀尖轨迹沿X向变动量：

ΔX＝ΔR3，

刀尖轨迹沿Z向变动量：

总厚度变化量：

ΔH＝ΔX+ΔZ/tan(α/2)＝ΔX/sin(α/2)，

通过设定多个切槽刀X向步长ΔR3，根据精密V型槽夹角α、标准精密V型槽测量球加计测量方式的标准总厚度H0，计算切槽刀Z向步长ΔR4、总厚度变化量ΔH、总厚度的图纸尺寸H和理论实测尺寸H’，得出精车X向、Z向偏移量对应总厚度变化的参照表；

(P2)根据当前进行层剥的切槽刀偏移量以及该次层剥完成后在测量工艺台处测得的精密V型槽总厚度DH’，DH’为通过测量球加计测量方式得到的多个测量工艺台测值得平均值，根据该精密V型槽总厚度DH’与参照表内关系，向最近或次近的参照表值靠拢，并使切槽刀按照参照表步进量进行车削；

(P3)利用插值法求得最终轮廓对应的X值、Z值。

进一步的，所述测量球加计测量方式包括以下步骤：

(Q1)设定相对于槽轴线对称的精密V型槽的开口角度α，并在靠近槽底面的一侧设定一与槽轴线垂直的基准替代面A；

(Q2)将一直径为d的测量球放置在标准精密V型槽内，该测量球与精密V型槽的上、下槽面相切，此时球心到切点的球半径为相切半径，测量并记录测量球外端与槽轴线的交点到基准替代面的距离，即总厚度H＝H0；

(Q3)将该测量球放置在加工过程中的精密V型槽内，且确保测量球与精密V型槽的上、下槽面相切，测量并记录此时测量球外端与槽轴线的交点到基准替代面的距离，即总厚度H＝H1；

(Q4)将H1与H0进行比较，确定精密V型槽是否加工完成以及待加工厚度。

进一步的，设定精密V型槽到标准精密V型槽的层剥过程中，一侧槽面沿相切半径方向的位移量为Δδ，测量球的平移量ΔH＝H1-H0，则

且槽宽变化量

此时

将由槽宽w、槽深h、开口角度α构成的尺寸链，转换为总厚度H、测量球直径SΦd和开口角度α组成的尺寸链，ΔH对于Δδ的变化更加敏感，且测量不需要估读，数据更准确。

相对于现有技术，本发明所述的带精密槽的大直径卡箍加工方法具有以下优势：

(1)本发明所述的带精密槽的大直径卡箍加工方法，通过合理布置切断在整个零件加工制造过程中的位置，最大限度的利用了余料区强度，保证了加工精度。

(2)本发明所述的带精密槽的大直径卡箍加工方法，通过层剥的加工方式及测量球加计测量方式，实现了对加工零件的精确测量，提高了加工精度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的粗车上下端面及内外圆后的环形件结构示意图；

图2为本发明实施例所述的粗车包络轮廓，留出装夹工艺台的环形件结构示意图；

图3为本发明实施例所述的粗铣外侧面，留出测量工艺台的环形件结构示意图；

图4为本发明实施例所述的精车外圆及精密V型槽后的环形件结构示意图；

图5为本发明实施例所述的精铣外弧面并加工卡箍端头的环形件结构示意图；

图6为本发明实施例所述的轴向切断并铣下底面后的环形件结构示意图；

图7为本发明实施例所述的周向切断并加工端头及端头孔后的卡箍结构示意图，其中图(a)为带精密槽的大直径卡箍结构示意图，图(b)为带端头孔的端头截面示意图，图(c)为卡箍截面示意图；

图8为本发明实施例所述的切槽刀上、下刀尖点与切断刃切削程序集成示意图，其中图(a)为程序刀尖轨迹，即下刀尖轨迹，图(b)为上刀尖轨迹；

图9为本发明实施例所述的切槽刀层剥加工精密V型槽过程中始终对称的加工面示意图，其中图(a)为槽面Z向加工示意图，图(b)为槽面及槽底面X向加工示意图；

图10为本发明实施例所述的刀尖轨迹沿X向变化量与测量球加计总厚度H变化量之间的几何关系示意图；

图11为本发明实施例所述的刀尖轨迹沿Z向变化量与测量球加计总厚度H变化量之间的几何关系示意图；

图12为本发明实施例所述的刀尖轨迹沿X向、Z向复合变化量与测量球加计总厚度H变化量之间的几何关系示意图；

图13为本发明实施例所述的V型槽3个面背吃刀量一致时的几何关系示意图；

图14为本发明实施例所述的粗车矩形槽及精车V型槽在最佳开槽尺寸下的循环示意图；

图15为本发明实施例所述的粗车矩形槽及精车V型槽开槽循环示意图，其中图(a)为以最终槽面底角的外顶点为矩形槽顶点的循环示意图，图(b)为以最终槽面底角的中点为矩形槽顶点的循环示意图，图(c)为以最终槽面底角的下顶点为矩形槽顶点的循环示意图；

图16为本发明实施例所述的精密V型槽层剥过程中的测量球加计测量方法中测量球与V型槽几何关系示意图。

附图标记说明：

1-1-装夹工艺台；2-测量工艺台；3-V型槽；A-基准替代面；4-槽轴线；5-程序轴线；6-槽面底角外顶点；7-粗开矩形槽的最佳顶点。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图7所示，本发明提供一种带精密槽的大直径卡箍，包括C型卡箍主体和卡箍端头，所述C型卡箍主体的内侧面上沿该C型卡箍主体的周向设有V型槽，所述卡箍端头有一对，相对固定在所述C型卡箍主体开口处的两侧，该对卡箍端头上相对设有一对端头孔。

所述C型卡箍主体的直径与该C型卡箍主体的侧面高度之比大于30。

所述精密V型槽的截面呈梯形。

本发明提供一种基于上述带精密槽的大直径卡箍的加工方法，包括以下步骤：

(S1)粗车上下端面及内外圆，将原材料加工成横截面为矩形的环形件，如图1所示；

(S2)粗车环形件的包络轮廓，在该环形件的底部留出装夹工艺台，如图2所示；

(S3)粗铣环形件的外侧面，并在该环形件的外侧面上留出测量工艺台，如图3所示，意义在于：去掉大部分余量，避免后续加工过程由于应力释放产生变形；测量工艺台为精密V型槽的尺寸一致性提供测量基准及检验依据；

(S4)精车该环形件的外圆和内侧精密V型槽，如图4所示；

(S5)精铣环形件的外弧面，并加工卡箍端头，此处加工利用底部余量提供足够的强度，且根据具体情况也可以在内圆面施加向外的径向预紧力，如图5所示；

(S6)轴向切断，将该环形件套装在胎具上，铣下底面，如图6所示；

(S7)周向切断，局部装夹端头，并加工环形件的卡箍端头及端头孔，如图7所示。

所述步骤(S4)中，通过层剥的方式精车该环形件的内侧精密V型槽，该精车过程包括：(Ⅰ)粗开矩形槽；(Ⅱ)粗车V型槽；(Ⅲ)精车V型槽。

步骤(Ⅰ)粗开矩形槽尺寸的确定，可以使步骤(Ⅱ)粗车V型槽的分层数量降低到最少。

所述精密V型槽为带有底角的梯形槽。

精密V型槽是一种带有底角的梯形槽，在粗加工阶段，通过合理安排矩形粗开槽的尺寸，通过最少的刀数循环获得最佳的效果；

由于切削V型槽上、下槽面仅仅能依靠刀尖点附近区域，切削效率较低，所以在切削前先粗开一矩形槽是常规做法，但是在粗车循环边界条件下，粗开矩形槽的尺寸直接影响到循环的分刀数量。

如图8和9所示，所述步骤(S4)中在通过层剥方式精车环形件内侧精密V型槽时，引入参数，并利用西门子数控系统的TRANS功能，将加工精密V型槽时的两侧切槽刀中的一侧刀尖点轨迹转换为另外一侧刀尖点轨迹，并将两侧刀尖点和切断刃的切削程序集合到一个程序中，使得两侧刀尖点及切断刃对精密V型槽的开槽切削始终相对槽轴线对称，(切断刀切削时，只能向前推进，后刀面不能在前)。

将加工精密V型槽时的两侧切槽刀中的一侧刀尖点轨迹转换为另外一侧刀尖点轨迹的具体过程为：以切槽刀下刀尖为对刀点，将上槽面程序向下偏置一个刀宽，可以将上槽面程序转换为以下刀尖为控制点的程序轨迹。

上、下槽面通过程序通过引入参数同时控制X、Z偏置量，以实现余量控制。

以层剥方式并始终相对槽轴线对称地切削精密V型槽的控制程序设定过程包括以下步骤：

(S41)在程序中引入参数R1，R1代表刀宽，在执行上槽面程序前执行偏置语句TRANS Z＝-R1将上槽面程序转换为以下刀尖为控制点的程序轨迹，程序执行结束取消偏置；

(S42)在程序中引入参数R3、R4，分别代表X向偏移量和Z向偏移量，在执行上槽面程序前执行偏置语句TRANS X＝R3Z＝R4，程序执行结束取消偏置；在执行下槽面程序前执行偏置语句TRANS X＝R3Z＝-R4，程序执行结束取消偏置；实现上下槽面轨迹始终相对于对称轴对称；

(S43)将上述步骤(S41)和(S42)中的两项参数进行叠加，上槽面偏置语句变为TRANS X＝R3Z＝R4-R1，下槽面偏置语句不变，为TRANS X＝R3Z＝-R4；其中R1在加工前测量，初始赋值为正值，R3、R4初始赋值为负值；完成在同一程序中一次性进行上下槽面的加工，并保证精密V型槽槽面的对称性。

在上述步骤(S43)中，设定刀宽R1和原点后，只需要更改X向余量、Z向余量的赋值，即可控制进刀量。

步骤(Ⅲ)精车V型槽过程中，通过计算X向、Z向单位进刀量下，槽面吃刀量与槽底面吃刀量的几何关系，合理控制X向、Z向的进给量，即在精密V型槽的夹角为α的情况下，设定切槽刀单位进刀量下，该切槽刀的X向进给量为ΔX，Z向进给量为ΔZ，则通过保证X向进给量和Z向进给量的关系为：

实现槽面和槽底面的吃刀量相同。

所述X向进给量和Z向进给量之间关系的计算方法包括以下步骤：

(S4a)计算刀尖轨迹沿X向变化量与测量球加计测量方式中的总厚度H变化量之间的函数关系；

如图10所示，设定刀尖轨迹沿X向变动量ΔX，则加测量球总高变化ΔHX＝HX-H0＝ΔX，精密V型槽槽底背吃刀量Δλ＝ΔX，精密V型槽槽面背吃刀量ΔδX＝ΔX×sin(α/2)；

(S4b)计算刀尖轨迹沿Z向变化量与测量球加计测量方式中的总厚度H变化量之间的函数关系；

如图11所示，设定刀尖轨迹沿Z向变动量ΔZ，即上槽面向下移动ΔZ，下槽面向上移动ΔZ，则加测量球总高变化ΔHZ＝HZ-H0＝ΔZ/tan(α/2)，精密V型槽槽底背吃刀量Δλ＝0，精密V型槽槽面背吃刀量ΔδZ＝ΔZ×cos(α/2)；

(S4c)刀尖轨迹沿X向、Z向复合变化量与测量球加计测量方式中的总厚度H变化量之间的函数关系；

如图12所示，设定刀尖轨迹沿X向变动ΔX的同时沿Z向变动ΔZ，则加测量球总高变化ΔHXZ＝ΔHX+ΔHZ，精密V型槽槽底背吃刀量Δλ＝ΔX，精密V型槽槽面背吃刀量Δδ＝ΔδX+ΔδZ。

(S4d)设定精密V型槽3个面背吃刀量一致，亦即Δλ＝Δδ，如图13所示；

由于，

Δλ＝ΔX

Δδ＝ΔδX+ΔδZ

ΔδX＝ΔX×sin(α/2)

ΔδZ＝ΔZ×cos(α/2)

求得，

即为切槽刀X向进给量和Z向进给量之间的关系公式；以α＝30°为例，则ΔZ≈0.7673ΔX；以α＝30°5′为例，则ΔZ≈0.7668ΔX。

所述步骤(Ⅱ)中粗车V型槽的第二阶段中粗车循环边界条件包括：1)每一分刀下，上、下槽面和底面的背吃刀量均大于0，(用以避免干磨)，小于某一定值，(用以避免应力过大，影响稳定性)，且同等条件下越均匀越好；2)某一侧刀尖进行对应槽面加工时，不能由于刀宽的原因产生干涉伤及对侧槽面，为了便于理解，进一步严格要求为刀尖轨迹不过轨迹轴线；

该边界条件下，粗开矩形槽的最佳开槽尺寸确定过程即为粗开矩形槽的最佳开槽尺寸的顶点的确定，该过程包括以下步骤：

(c1)设置粗车V型槽的轨迹模型；

(c2)将刀尖轨迹处于轨迹模型的轨迹轴线时，从刀尖包络形成的槽面底角边缘向目标轮廓引直线，该直线与目标轮廓底角的交点，即为粗开矩形槽最佳开槽尺寸的顶点。

设定步骤(Ⅱ)粗车V型槽切削过程的背吃刀量小于某一特定值δ_C。在最佳开槽尺寸下，步骤(Ⅱ)第一阶段仅在X向进刀且仅槽面吃刀，X向进刀步长为ΔX_C1＝δ_C/sin(α/2)；第二阶段槽面及槽底面同时吃刀，最大背吃刀量主要受槽底面限制，当矩形槽相对于最佳开槽尺寸下的矩形槽，宽度增加深度减小时，由于槽底面余量大而增加分刀次数；当矩形槽相对于最佳开槽尺寸下的矩形槽，宽度减小深度增加时，由于所述层剥轮廓的圆角出现在槽面上，导致最大背吃刀量出现在圆角处，第一阶段X向步长小于δ_C/sin(α/2)，而增加分刀次数。

粗铣循环分为前后半段前半段槽底不吃刀，只根据斜槽面背吃刀量决定进刀量，当斜槽面加工不包含圆角时，每步进刀量达到最大，后半段背吃刀量受限于槽底背吃刀量，采用层剥方式；

计算出起始点、转折点、终点的X值、Z值，通过西门子系统IF、GOTO语句实现循环。

以本实施例为例，最佳开槽尺寸下共需循环7次，如图14所示，而以最终槽面底角的外顶点、中点、下顶点为矩形槽顶点则分别需要循环8次、12次和27次，如图15所示。

进一步的，所述步骤(Ⅲ)精车V型槽中，采用平均数插值的方法修正X向、Z向进刀量。

进一步的，所述平均数插值的方法修正X向、Z向进刀量，具体包括以下步骤：

(P1)由于刀尖轨迹沿X向变动量：

ΔX＝ΔR3，

刀尖轨迹沿Z向变动量：

总厚度变化量：

ΔH＝ΔX+ΔZ/tan(α/2)＝ΔX/sin(α/2)，

通过设定多个切槽刀X向步长ΔR3，根据精密V型槽夹角α、标准精密V型槽测量球加计测量方式的标准总厚度H0，计算切槽刀Z向步长ΔR4、总厚度变化量ΔH、总厚度的图纸尺寸H和理论实测尺寸H’，得出精车X向、Z向偏移量对应总厚度变化的参照表；

(P2)根据当前进行层剥的切槽刀偏移量以及该次层剥完成后在测量工艺台处测得的精密V型槽总厚度DH’，DH’为通过测量球加计测量方式得到的多个测量工艺台测值得平均值，根据该精密V型槽总厚度DH’与参照表内关系，向最近或次近的参照表值靠拢，并使切槽刀按照参照表步进量进行车削；

(P3)利用插值法求得最终轮廓对应的X值、Z值。

以上修正步骤的一个前提是测量球始终与精密V型槽的上下槽面相切。

整环预留多个完整截面作为测量点，在接近最终状态时，采用平均数插值(先多点平均，然后插值)的方法获取最后一刀的X向、Z向进刀量，消除对刀、转速、进给速度、背吃刀量，刀具状态、润滑状态，让刀等一系列的因素影响，保证V型槽精度。具体如下：

1)精车起始点，也就是粗车终点，应能保证测量球与上下槽面相切，而非测量球被架在梯形顶点上；

2)根据第一步8个测量点的平均值，根据参照表和相关关系，向最近或次近的参照表值靠拢；

3)依照参照表步进量依次车削；

4)差值法求最终轮廓对应的X值、Z值

参照表

步进量，依照本实施例具体情况，对于单个步长0.1，α取中值30°5′，有

ΔR3＝ΔX＝0.1

ΔH＝ΔX+ΔZ/tan(α/2)＝ΔX/sin(α/2)＝0.385

差值法求最终轮廓对应的X值、Z值，通过R3、R4体现，此处以第二步所述最接近的的为R3＝-0.5对应的点为例，式中H-0.5、H-0.1均指8个测量点的平均值。

该主要技术解决的主要问题在于，由于对刀、转速、进给速度、背吃刀量，刀具状态、润滑状态，让刀等一系列因素的影响，按照理论程序车出的轮廓，与实际不符且相差较大，利用该方法可以对其中的差异进行修正，并可以消除由于测量带来的偶然误差，保证最终加工精度。

V型槽是与两个被连接件的直接接触面，其制造精度对相同箍紧力下的连接强度产生巨大影响，通过采用测量球加计测量的方式，将槽面厚度公差示数放大，能够获得更高的测量精度。

如图16所示，所述测量球加计测量方式包括以下步骤：

(Q1)设定相对于槽轴线对称的精密V型槽的开口角度α，并在靠近槽底面的一侧设定一与槽轴线垂直的基准替代面A；

(Q2)将一直径为d的测量球放置在标准精密V型槽内，该测量球与精密V型槽的上、下槽面相切，此时球心到切点的球半径为相切半径，测量并记录测量球外端与槽轴线的交点到基准替代面的距离，即总厚度H＝H0；

(Q3)将该测量球放置在加工过程中的精密V型槽内，且确保测量球与精密V型槽的上、下槽面相切，测量并记录此时测量球外端与槽轴线的交点到基准替代面的距离，即总厚度H＝H1；

(Q4)将H1与H0进行比较，确定精密V型槽是否加工完成以及待加工厚度。

进一步的，设定精密V型槽到标准精密V型槽的层剥过程中，一侧槽面沿相切半径方向的位移量为Δδ，测量球的平移量ΔH＝H1-H0，则

且槽宽变化量

此时

以α＝30°为例，

以30°5′为例，

将由槽宽w、槽深h、开口角度α构成的尺寸链，转换为总厚度H、测量球直径SΦd和开口角度α组成的尺寸链，ΔH对于Δδ的变化更加敏感，且测量不需要估读，数据更准确。

本专利提供一种大直径小截面带精密V型槽的C型卡箍类铝合金零件的精确加工方法，利用的主要技术包括：

1)由于切断将带来零件刚性的大幅下降，通过合理布置切断在整个制造过程中的位置，最大限度的利用余料区强度，保证加工精度；

2)V型槽是与两个被连接件的直接接触面，其制造精度对相同箍紧力下的连接强度产生巨大影响，通过采用测量球加计测量的方式，将槽面厚度公差示数放大，获得更高的测量精度；

3)通过层剥的方式加工V型槽，引入参数并利用西门子数控系统的TRANS功能，将其中一侧刀尖点的轨迹转换为另外一侧刀尖点的轨迹，将上、下刀尖点和切断刃的切削程序集合到一个程序中，并实现每次循环加工出的槽面始终相对槽轴线对称；

4)通过计算X向、Z向单位进刀量下，槽面吃刀量与底面吃刀量的几何关系，合理控制X向、Z向的进给量，实现槽面、底面相同背吃刀量下的均匀稳定切削；

5)V型槽粗加工阶段，通过合理安排矩形粗开槽的尺寸，通过最少的刀数循环获得最佳的效果；

6)整环预留多个完整截面作为测量点，在接近最终状态时，采用平均数插值(先多点平均，然后插值)的方法获取最后一刀的X向、Z向进刀量，保证V型槽精度。

结合产品结构及尺寸精度特点，合理进行产品加工的工艺方法设计，同时通过V槽结构车削全参数化控制方法提高V槽加工精度和加工效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带精密槽的大直径卡箍的加工方法，所述大直径卡箍包括C型卡箍主体和卡箍端头，所述C型卡箍主体的内侧面上沿该C型卡箍主体的周向设有V型槽，所述卡箍端头有一对，相对固定在所述C型卡箍主体开口处的两侧，该对卡箍端头上相对设有一对端头孔，所述V型槽为带有底角的梯形槽；其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(S1)粗车上下端面及内外圆，将原材料加工成横截面为矩形的环形件；

(S2)粗车环形件的包络轮廓，在该环形件的底部留出装夹工艺台；

(S3)粗铣环形件的外侧面，并在该环形件的外侧面上留出测量工艺台；

(S4)精车该环形件的外圆和内侧精密V型槽；

(S5)精铣环形件的外弧面，并加工卡箍端头；

(S6)轴向切断，将该环形件套装在胎具上，铣下底面；

(S7)周向切断，局部装夹端头，并加工环形件的卡箍端头及端头孔；

所述步骤(S4)中，通过层剥的方式精车该环形件的内侧精密V型槽，该精车过程包括：(Ⅰ)粗开矩形槽；(Ⅱ)粗车V型槽；(Ⅲ)精车V型槽；

通过层剥方式精车环形件内侧精密V型槽时，引入参数，将加工精密V型槽时的两侧切槽刀中的一侧刀尖点轨迹转换为另外一侧刀尖点轨迹，并将两侧刀尖点和切断刃的切削程序集合到一个程序中，使得两侧刀尖点及切断刃对精密V型槽的开槽切削始终相对槽轴线对称；

将加工精密V型槽时的两侧切槽刀中的一侧刀尖点轨迹转换为另外一侧刀尖点轨迹的具体过程为：以切槽刀下刀尖为对刀点，将上槽面程序向下偏置一个刀宽，可以将上槽面程序转换为以下刀尖为控制点的程序轨迹；

以层剥方式并始终相对槽轴线对称地切削精密V型槽的控制程序设定过程包括以下步骤：

(S41)在程序中引入参数R1，R1代表刀宽，在执行上槽面程序前执行偏置语句TRANS Z＝-R1将上槽面程序转换为以下刀尖为控制点的程序轨迹，程序执行结束取消偏置；

(S42)在程序中引入参数R3、R4，分别代表X向偏移量和Z向偏移量，在执行上槽面程序前执行偏置语句TRANS X＝R3 Z＝R4，程序执行结束取消偏置；在执行下槽面程序前执行偏置语句TRANS X＝R3 Z＝-R4，程序执行结束取消偏置；实现上下槽面轨迹始终相对于对称轴对称；

(S43)将上述步骤(S41)和(S42)中的两项参数进行叠加，上槽面偏置语句变为TRANS X＝R3 Z＝R4-R1，下槽面偏置语句不变，为TRANS X＝R3 Z＝-R4；其中R1在加工前测量，初始赋值为正值，R3、R4初始赋值为负值；完成在同一程序中一次性进行上下槽面的加工，并保证精密V型槽槽面的对称性；

在上述步骤(S43)中，设定刀宽R1和原点后，只需要更改X向余量、Z向余量的赋值，即可控制进刀量。

2.根据权利要求1所述的带精密槽的大直径卡箍加工方法，其特征在于：步骤(Ⅲ)精车V型槽过程中，通过计算X向、Z向单位进刀量下，槽面吃刀量与槽底面吃刀量的几何关系，合理控制X向、Z向的进给量，即在精密V型槽的夹角为α的情况下，设定切槽刀单位进刀量下，该切槽刀的X向进给量为ΔX，Z向进给量为ΔZ，则通过保证X向进给量和Z向进给量的关系为：

实现槽面和槽底面吃刀量相同。

3.根据权利要求2所述的带精密槽的大直径卡箍加工方法，其特征在于：所述X向进给量和Z向进给量之间关系的计算方法包括以下步骤：

(S4a)计算刀尖轨迹沿X向变化量与测量球加计测量方式中的总厚度H变化量之间的函数关系；

设定刀尖轨迹沿X向变动量ΔX，则加测量球总高变化ΔHX＝HX-H0＝ΔX，精密V型槽槽底背吃刀量Δλ＝ΔX，精密V型槽槽面背吃刀量ΔδX＝ΔX×sin(α/2)；

(S4b)计算刀尖轨迹沿Z向变化量与测量球加计测量方式中的总厚度H变化量之间的函数关系；

设定刀尖轨迹沿Z向变动量ΔZ，即上槽面向下移动ΔZ，下槽面向上移动ΔZ，则加测量球总高变化ΔHZ＝HZ-H0＝ΔZ/tan(α/2)，精密V型槽槽底背吃刀量Δλ＝0，精密V型槽槽面背吃刀量ΔδZ＝ΔZ×cos(α/2)；

(S4c)刀尖轨迹沿X向、Z向复合变化量与测量球加计测量方式中的总厚度H变化量之间的函数关系；

设定刀尖轨迹沿X向变动ΔX的同时沿Z向变动ΔZ，则加测量球总高变化ΔHXZ＝ΔHX+ΔHZ，精密V型槽槽底背吃刀量Δλ＝ΔX，精密V型槽槽面背吃刀量Δδ＝ΔδX+ΔδZ；

(S4d)设定精密V型槽3个面背吃刀量一致，亦即Δλ＝Δδ；

由于，

Δλ＝ΔX

Δδ＝ΔδX+ΔδZ

ΔδX＝ΔX×sin(α/2)

ΔδZ＝ΔZ×cos(α/2)

求得，

即为切槽刀X向进给量和Z向进给量之间的关系公式。

4.根据权利要求3所述的带精密槽的大直径卡箍加工方法，其特征在于：在进行步骤(Ⅲ)精车V型槽时，采用平均数插值的方法修正X向、Z向进刀量。

5.根据权利要求3所述的带精密槽的大直径卡箍加工方法，其特征在于：所述测量球加计测量方式包括以下步骤：

(Q1)设定相对于槽轴线对称的精密V型槽的开口角度α，并在靠近槽底面的一侧设定一与槽轴线垂直的基准替代面A；

(Q2)将一直径为d的测量球放置在标准精密V型槽内，该测量球与精密V型槽的上、下槽面相切，此时球心到切点的球半径为相切半径，测量并记录测量球外端与槽轴线的交点到基准替代面的距离，即总厚度H＝H0；

(Q3)将该测量球放置在加工过程中的精密V型槽内，且确保测量球与精密V型槽的上、下槽面相切，测量并记录此时测量球外端与槽轴线的交点到基准替代面的距离，即总厚度H＝H1；

(Q4)将H1与H0进行比较，确定精密V型槽是否加工完成以及待加工厚度。

Images