CN110414175A - 一种利用三维工艺加工零件的方法 - Google Patents

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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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Abstract

本发明适用于零件加工技术领域，提供了一种利用三维工艺加工零件的方法，包括以下步骤：A、工件设定；B、建模；C、模拟加工；D、粗加工；E、精加工；F、清角加工：采用实体主体，选择辅助面平面为干涉面，利用余弦定理求得双转子端面曲线摆线的运动轨迹点，采用三维制图软件得出双转子的数控加工程序，对工件进行清角加工。借此，本发明能够降低加工误差，提高加工质量。

Description

一种利用三维工艺加工零件的方法
技术领域
本发明涉及零件加工技术领域，尤其涉及一种利用三维工艺加工零件的方法。
背景技术
随着计算机及其相关技术的发展，基于Word/Excel/AutoCAD及其它图形系统的填表型CAPP系统在企业得到了广泛的应用。目前企业一般采用二维机加工艺设计软件，填表型CAPP系统工艺内容及规划过程在脑海中形成，通过填写工艺表格，完成工艺卡片的编制，工序在过程卡中(或者在一个独立的二维列表区中)编辑、工步在工序卡中编辑；工艺数据和卡片格式以非结构化的方式打包存放在文件中或者数据库中。填表型CAPP系统工艺卡片中的内容是离散的，没有内在的关联关系，不利于与其它系统的信息集成，不利于工艺知识的继承，也不利于工艺更改的执行。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用三维工艺加工零件的方法，其可以提高加工质量，降低加工误差。
为了实现上述目的，本发明提供一种利用三维工艺加工零件的方法，包括以下步骤：
A、工件设定：通过操作面板对工件参数进行设定，包括毛坯设置、NCI设置和刀具偏置设置等；
B、建模：根据设计图利用绘图软件对其进行三维实体或曲面功能绘制产品曲面模型，依据产品曲面模型，结合材料特性(如收缩率)，采用多级层次网格工艺，通过插值方法用周边离散点的数据来近似表示，通过该微小平面求得法线的方向，采用拉格朗日插值得到曲线，利用三维软件实体或曲面编辑功能产生凹凸模；
C、模拟加工：利用操作面板输入数据，所述数据包括加工路径、刀具型号及补给量，生成程序进行模拟加工，观察是否存在过切或补给量过大现象，并对其数据进行调整；
D、粗加工：利用曲面挖槽实现对工件的表面粗加工，在粗加工过程中，采用多次插补进给法进行余量切除，进给量为50～300mm，主轴转速为1700～2100r/min，提刀速率为F800～1300，刀长补正为0.8～1.5mm，切削方式采用平行环切；
E、精加工：采用平行铣削和实体主体方式，对粗加工后的工件进行精加工，精加工过程中，采用余量递进法进行工件修整，刀具采用球刀，主轴转速为1800～2300r/min，进给量为10～30mm，进给次数为5～8次，切削方式采用双向切削；
F、清角加工：采用实体主体，选择辅助面平面为干涉面，利用余弦定理求得双转子端面曲线摆线的运动轨迹点，采用三维制图软件得出双转子的数控加工程序，对工件进行清角加工。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述多级层次工艺网格采用二级层次网格记录工序工步的关系、序号和内容，第一级为父行工序网格，表示工序，第二级为子行工步网格，表示工步；每一行工序网格关联两个一级层次网格，如工序属性网格和工序尺寸网格；每一行工步网格关联一个一级层次网格，如工步属性网格。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述拉格朗日插值公式为z(x)＝∑Lk(x)Zk，式中(Xk，Zk)为插值点的坐标，Lk(x)为拉格朗日插值多项式，求得该点的切线方向为：Z(x1)＝∑Lk(x1)Zk，采用坐标系绕y轴旋转(90°-θ)，原坐标系与变化后的坐标系的关系为
其中A为旋转变换矩阵
由此得出新坐标中的导数的方向矢量。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述多次插补进给法公式为
其中u为节点矢量。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述余弦定理公式为
动点O的轨迹曲线为圆C，即
动点T2的轨迹曲线为摆线D，即
其中t1为O1O直线与X轴正方向的夹角。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述粗加工中进给量为130mm，主轴转速为1900r/min，提刀速率为F1050，刀长补正为0.9mm。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述精加工中主轴转速为2050r/min，进给量为18mm，进给次数为7次。
本发明提供了一种利用三维工艺加工零件的方法，包括以下步骤：
A、工件设定：通过操作面板对工件参数进行设定，包括毛坯设置、NCI设置和刀具偏置设置等；
B、建模：根据设计图利用绘图软件对其进行三维实体或曲面功能绘制产品曲面模型，依据产品曲面模型，结合材料特性(如收缩率)，采用多级层次网格工艺，通过插值方法用周边离散点的数据来近似表示，通过该微小平面求得法线的方向，采用拉格朗日插值得到曲线，利用三维软件实体或曲面编辑功能产生凹凸模；
C、模拟加工：利用操作面板输入数据，所述数据包括加工路径、刀具型号及补给量，生成程序进行模拟加工，观察是否存在过切或补给量过大现象，并对其数据进行调整；
D、粗加工：利用曲面挖槽实现对工件的表面粗加工，在粗加工过程中，采用多次插补进给法进行余量切除，进给量为50～300mm，主轴转速为1700～2100r/min，提刀速率为F800～1300，刀长补正为0.8～1.5mm，切削方式采用平行环切；
E、精加工：采用平行铣削和实体主体方式，对粗加工后的工件进行精加工，精加工过程中，采用余量递进法进行工件修整，刀具采用球刀，主轴转速为1800～2300r/min，进给量为10～30mm，进给次数为5～8次，切削方式采用双向切削；
F、清角加工：采用实体主体，选择辅助面平面为干涉面，利用余弦定理求得双转子端面曲线摆线的运动轨迹点，采用三维制图软件得出双转子的数控加工程序，对工件进行清角加工。
本发明的有益效果：工艺设计人员可以根据加工路线制定的基本原则，通过特征工艺树节点与层次网格的关联互动，对零件加工特征的加工方法做有限次的排序，实现快速的、高效的机加工艺设计，提高工艺规划质量和效率。
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。
本发明提供了一种利用三维工艺加工零件的方法，包括以下步骤：
A、工件设定：通过操作面板对工件参数进行设定，包括毛坯设置、NCI设置和刀具偏置设置等；
B、建模：根据设计图利用绘图软件对其进行三维实体或曲面功能绘制产品曲面模型，依据产品曲面模型，结合材料特性(如收缩率)，采用多级层次网格工艺，通过插值方法用周边离散点的数据来近似表示，通过该微小平面求得法线的方向，采用拉格朗日插值得到曲线，利用三维软件实体或曲面编辑功能产生凹凸模；
C、模拟加工：利用操作面板输入数据，所述数据包括加工路径、刀具型号及补给量，生成程序进行模拟加工，观察是否存在过切或补给量过大现象，并对其数据进行调整；
D、粗加工：利用曲面挖槽实现对工件的表面粗加工，在粗加工过程中，采用多次插补进给法进行余量切除，进给量为50～300mm，主轴转速为1700～2100r/min，提刀速率为F800～1300，刀长补正为0.8～1.5mm，切削方式采用平行环切；
E、精加工：采用平行铣削和实体主体方式，对粗加工后的工件进行精加工，精加工过程中，采用余量递进法进行工件修整，刀具采用球刀，主轴转速为1800～2300r/min，进给量为10～30mm，进给次数为5～8次，切削方式采用双向切削；
F、清角加工：采用实体主体，选择辅助面平面为干涉面，利用余弦定理求得双转子端面曲线摆线的运动轨迹点，采用三维制图软件得出双转子的数控加工程序，对工件进行清角加工。
优选的是，本发明的多级层次工艺网格采用二级层次网格记录工序工步的关系、序号和内容，第一级为父行工序网格，表示工序，第二级为子行工步网格，表示工步；每一行工序网格关联两个一级层次网格，如工序属性网格和工序尺寸网格；每一行工步网格关联一个一级层次网格，如工步属性网格利用多级层次工艺网格，在建模过程中能够对工件进行有效记录，保证工件在建模过程中的准确性，进而提高加工质量。
另外，本发明的粗加工中进给量为130mm，主轴转速为1900r/min，提刀速率为F1050，刀长补正为0.9mm，利用F1050的提刀速率，在提刀过程中能够有效保证切刀的稳定性，同时采用0.9mm的刀长补正，使其切刀在加工过程中实现有效进给，进而保证对工件的有效加工。
进一步的，本发明的精加工中主轴转速为2050r/min，进给量为18mm，进给次数为7次，采用高转速，低进给的加工方式，在精加工中，对工件表面进行精修加工，同时采用多次进给次数，提高工件加工过程中的准确性。
实施例一：
一种利用三维工艺加工零件的方法，包括以下步骤：
A、工件设定：通过操作面板对工件参数进行设定，包括毛坯设置、NCI设置和刀具偏置设置等；
B、建模：根据设计图利用绘图软件对其进行三维实体或曲面功能绘制产品曲面模型，依据产品曲面模型，结合材料特性(如收缩率)，采用多级层次网格工艺，通过插值方法用周边离散点的数据来近似表示，通过该微小平面求得法线的方向，采用拉格朗日插值得到曲线，利用三维软件实体或曲面编辑功能产生凹凸模；
C、模拟加工：利用操作面板输入数据，所述数据包括加工路径、刀具型号及补给量，生成程序进行模拟加工，观察是否存在过切或补给量过大现象，并对其数据进行调整；
D、粗加工：利用曲面挖槽实现对工件的表面粗加工，在粗加工过程中，采用多次插补进给法进行余量切除，进给量为50mm，主轴转速为1700r/min，提刀速率为F800，刀长补正为0.8mm，切削方式采用平行环切；
E、精加工：采用平行铣削和实体主体方式，对粗加工后的工件进行精加工，精加工过程中，采用余量递进法进行工件修整，刀具采用球刀，主轴转速为1800r/min，进给量为10mm，进给次数为5次，切削方式采用双向切削；
F、清角加工：采用实体主体，选择辅助面平面为干涉面，利用余弦定理求得双转子端面曲线摆线的运动轨迹点，采用三维制图软件得出双转子的数控加工程序，对工件进行清角加工。
多级层次工艺网格采用二级层次网格记录工序工步的关系、序号和内容，第一级为父行工序网格，表示工序，第二级为子行工步网格，表示工步；每一行工序网格关联两个一级层次网格，如工序属性网格和工序尺寸网格；每一行工步网格关联一个一级层次网格，如工步属性网格。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述拉格朗日插值公式为z(x)＝∑Lk(x)Zk，式中(Xk，Zk)为插值点的坐标，Lk(x)为拉格朗日插值多项式，求得该点的切线方向为：Z(x1)＝∑Lk(x1)Zk，采用坐标系绕y轴旋转(90°-θ)，原坐标系与变化后的坐标系的关系为
其中A为旋转变换矩阵
由此得出新坐标中的导数的方向矢量。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述多次插补进给法公式为
其中u为节点矢量。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述余弦定理公式为
动点O的轨迹曲线为圆C，即
动点T2的轨迹曲线为摆线D，即
其中t1为O1O直线与X轴正方向的夹角。
实施例二：
一种利用三维工艺加工零件的方法，包括以下步骤：
A、工件设定：通过操作面板对工件参数进行设定，包括毛坯设置、NCI设置和刀具偏置设置等；
B、建模：根据设计图利用绘图软件对其进行三维实体或曲面功能绘制产品曲面模型，依据产品曲面模型，结合材料特性(如收缩率)，采用多级层次网格工艺，通过插值方法用周边离散点的数据来近似表示，通过该微小平面求得法线的方向，采用拉格朗日插值得到曲线，利用三维软件实体或曲面编辑功能产生凹凸模；
C、模拟加工：利用操作面板输入数据，所述数据包括加工路径、刀具型号及补给量，生成程序进行模拟加工，观察是否存在过切或补给量过大现象，并对其数据进行调整；
D、粗加工：利用曲面挖槽实现对工件的表面粗加工，在粗加工过程中，采用多次插补进给法进行余量切除，进给量为130mm，主轴转速为1900r/min，提刀速率为F1050，刀长补正为0.9mm，切削方式采用平行环切；
E、精加工：采用平行铣削和实体主体方式，对粗加工后的工件进行精加工，精加工过程中，采用余量递进法进行工件修整，刀具采用球刀，主轴转速为2050r/min，进给量为18mm，进给次数为7次，切削方式采用双向切削；
F、清角加工：采用实体主体，选择辅助面平面为干涉面，利用余弦定理求得双转子端面曲线摆线的运动轨迹点，采用三维制图软件得出双转子的数控加工程序，对工件进行清角加工。
多级层次工艺网格采用二级层次网格记录工序工步的关系、序号和内容，第一级为父行工序网格，表示工序，第二级为子行工步网格，表示工步；每一行工序网格关联两个一级层次网格，如工序属性网格和工序尺寸网格；每一行工步网格关联一个一级层次网格，如工步属性网格。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述拉格朗日插值公式为z(x)＝∑Lk(x)Zk，式中(Xk，Zk)为插值点的坐标，Lk(x)为拉格朗日插值多项式，求得该点的切线方向为：Z(x1)＝∑Lk(x1)Zk，采用坐标系绕y轴旋转(90°-θ)，原坐标系与变化后的坐标系的关系为
其中A为旋转变换矩阵
由此得出新坐标中的导数的方向矢量。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述多次插补进给法公式为
其中u为节点矢量。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述余弦定理公式为
动点O的轨迹曲线为圆C，即
动点T2的轨迹曲线为摆线D，即
其中t1为O1O直线与X轴正方向的夹角。
所述粗加工中进给量为130mm，主轴转速为1900r/min，提刀速率为F1050，刀长补正为0.9mm。所述精加工中主轴转速为2050r/min，进给量为18mm，进给次数为7次。
实施例三：
一种利用三维工艺加工零件的方法，包括以下步骤：
A、工件设定：通过操作面板对工件参数进行设定，包括毛坯设置、NCI设置和刀具偏置设置等；
B、建模：根据设计图利用绘图软件对其进行三维实体或曲面功能绘制产品曲面模型，依据产品曲面模型，结合材料特性(如收缩率)，采用多级层次网格工艺，通过插值方法用周边离散点的数据来近似表示，通过该微小平面求得法线的方向，采用拉格朗日插值得到曲线，利用三维软件实体或曲面编辑功能产生凹凸模；
C、模拟加工：利用操作面板输入数据，所述数据包括加工路径、刀具型号及补给量，生成程序进行模拟加工，观察是否存在过切或补给量过大现象，并对其数据进行调整；
D、粗加工：利用曲面挖槽实现对工件的表面粗加工，在粗加工过程中，采用多次插补进给法进行余量切除，进给量为300mm，主轴转速为2100r/min，提刀速率为F1300，刀长补正为1.5mm，切削方式采用平行环切；
E、精加工：采用平行铣削和实体主体方式，对粗加工后的工件进行精加工，精加工过程中，采用余量递进法进行工件修整，刀具采用球刀，主轴转速为2300r/min，进给量为30mm，进给次数为8次，切削方式采用双向切削；
F、清角加工：采用实体主体，选择辅助面平面为干涉面，利用余弦定理求得双转子端面曲线摆线的运动轨迹点，采用三维制图软件得出双转子的数控加工程序，对工件进行清角加工。
多级层次工艺网格采用二级层次网格记录工序工步的关系、序号和内容，第一级为父行工序网格，表示工序，第二级为子行工步网格，表示工步；每一行工序网格关联两个一级层次网格，如工序属性网格和工序尺寸网格；每一行工步网格关联一个一级层次网格，如工步属性网格。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述拉格朗日插值公式为z(x)＝∑Lk(x)Zk，式中(Xk，Zk)为插值点的坐标，Lk(x)为拉格朗日插值多项式，求得该点的切线方向为：Z(x1)＝∑Lk(x1)Zk，采用坐标系绕y轴旋转(90°-θ)，原坐标系与变化后的坐标系的关系为
其中A为旋转变换矩阵
由此得出新坐标中的导数的方向矢量。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述多次插补进给法公式为
其中u为节点矢量。
根据本发明的利用三维工艺加工零件的方法，所述余弦定理公式为
动点O的轨迹曲线为圆C，即
动点T2的轨迹曲线为摆线D，即
其中t1为O1O直线与X轴正方向的夹角。
所述粗加工中进给量为130mm，主轴转速为1900r/min，提刀速率为F1050，刀长补正为0.9mm。所述精加工中主轴转速为2050r/min，进给量为18mm，进给次数为7次。
通过实施例一～三得出采用二级层次网格、多次插补进给法和余弦定理法，粗加工中进给量为130mm，主轴转速为1900r/min，提刀速率为F1050，刀长补正为0.9mm，利用F1050的提刀速率，精加工中主轴转速为2050r/min，进给量为18mm，进给次数为7次时，加工工件表面光滑度最大，且误差最小。
综上所述，一种利用三维工艺加工零件的方法，包括以下步骤：
A、工件设定：通过操作面板对工件参数进行设定，包括毛坯设置、NCI设置和刀具偏置设置等；
B、建模：根据设计图利用绘图软件对其进行三维实体或曲面功能绘制产品曲面模型，依据产品曲面模型，结合材料特性(如收缩率)，采用多级层次网格工艺，通过插值方法用周边离散点的数据来近似表示，通过该微小平面求得法线的方向，采用拉格朗日插值得到曲线，利用三维软件实体或曲面编辑功能产生凹凸模；
C、模拟加工：利用操作面板输入数据，所述数据包括加工路径、刀具型号及补给量，生成程序进行模拟加工，观察是否存在过切或补给量过大现象，并对其数据进行调整；
D、粗加工：利用曲面挖槽实现对工件的表面粗加工，在粗加工过程中，采用多次插补进给法进行余量切除，进给量为50～300mm，主轴转速为1700～2100r/min，提刀速率为F800～1300，刀长补正为0.8～1.5mm，切削方式采用平行环切；
E、精加工：采用平行铣削和实体主体方式，对粗加工后的工件进行精加工，精加工过程中，采用余量递进法进行工件修整，刀具采用球刀，主轴转速为1800～2300r/min，进给量为10～30mm，进给次数为5～8次，切削方式采用双向切削；
F、清角加工：采用实体主体，选择辅助面平面为干涉面，利用余弦定理求得双转子端面曲线摆线的运动轨迹点，采用三维制图软件得出双转子的数控加工程序，对工件进行清角加工。
本发明的有益效果：工艺设计人员可以根据加工路线制定的基本原则，通过特征工艺树节点与层次网格的关联互动，对零件加工特征的加工方法做有限次的排序，实现快速的、高效的机加工艺设计，提高工艺规划质量和效率。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用三维工艺加工零件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、工件设定：通过操作面板对工件参数进行设定，包括毛坯设置、NCI设置和刀具偏置设置等；
B、建模：根据设计图利用绘图软件对其进行三维实体或曲面功能绘制产品曲面模型，依据产品曲面模型，结合材料特性(如收缩率)，采用多级层次网格工艺，通过插值方法用周边离散点的数据来近似表示，通过该微小平面求得法线的方向，采用拉格朗日插值得到曲线，利用三维软件实体或曲面编辑功能产生凹凸模；
C、模拟加工：利用操作面板输入数据，所述数据包括加工路径、刀具型号及补给量，生成程序进行模拟加工，观察是否存在过切或补给量过大现象，并对其数据进行调整；
D、粗加工：利用曲面挖槽实现对工件的表面粗加工，在粗加工过程中，采用多次插补进给法进行余量切除，进给量为50～300mm，主轴转速为1700～2100r/min，提刀速率为F800～1300，刀长补正为0.8～1.5mm，切削方式采用平行环切；
E、精加工：采用平行铣削和实体主体方式，对粗加工后的工件进行精加工，精加工过程中，采用余量递进法进行工件修整，刀具采用球刀，主轴转速为1800～2300r/min，进给量为10～30mm，进给次数为5～8次，切削方式采用双向切削；
F、清角加工：采用实体主体，选择辅助面平面为干涉面，利用余弦定理求得双转子端面曲线摆线的运动轨迹点，采用三维制图软件得出双转子的数控加工程序，对工件进行清角加工。
2.根据权利要求1所述的利用三维工艺加工零件的方法，其特征在于，所述多级层次工艺网格采用二级层次网格记录工序工步的关系、序号和内容，第一级为父行工序网格，表示工序，第二级为子行工步网格，表示工步；每一行工序网格关联两个一级层次网格，如工序属性网格和工序尺寸网格；每一行工步网格关联一个一级层次网格，如工步属性网格。
3.根据权利要求1所述的利用三维工艺加工零件的方法，其特征在于，所述拉格朗日插值公式为z(x)＝∑Lk(x)Zk，式中(Xk，Zk)为插值点的坐标，Lk(x)为拉格朗日插值多项式，求得该点的切线方向为：Z(x1)＝∑Lk(x1)Zk，采用坐标系绕y轴旋转(90°-θ)，原坐标系与变化后的坐标系的关系为
其中A为旋转变换矩阵
由此得出新坐标中的导数的方向矢量。
4.根据权利要求1所述的利用三维工艺加工零件的方法，其特征在于，所述多次插补进给法公式为
其中u为节点矢量。
5.根据权利要求1所述的利用三维工艺加工零件的方法，其特征在于，所述余弦定理公式为
动点O的轨迹曲线为圆C，即
动点T2的轨迹曲线为摆线D，即
其中t1为O1O直线与X轴正方向的夹角。
6.根据权利要求1所述的利用三维工艺加工零件的方法，其特征在于，所述粗加工中进给量为130mm，主轴转速为1900r/min，提刀速率为F1050，刀长补正为0.9mm。
7.根据权利要求1所述的利用三维工艺加工零件的方法，其特征在于，所述精加工中主轴转速为2050r/min，进给量为18mm，进给次数为7次。
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