CN110666538B - 一种基于四轴机床的半封闭五轴特征曲面的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于四轴机床的半封闭五轴特征曲面的加工方法，包括将附加A轴吊装至机床工作台上；将零件异型一侧的转接法兰吊装至附加A轴上并完成安装，将零件圆形一侧的卡环托架吊装至机床工作台上；将零件呈水平状态吊装至工作台上，异型一侧与附加A轴转接法兰贴合，圆形一侧放置于卡环托架组件的卡环内侧；零件完成装夹定位后，确定其位于四轴工作中心上的位置后加工。本发明利用工装在实现零件的快速可靠定位的同时，实现零件相对于刀具任意姿态的旋转定位，完成五轴特征的加工，降低该类型特征对设备的依赖性，实现五轴型面的降轴加工，在保证零件质量的前提下大大降低零件的加工成本。
Description
技术领域
本发明属于异型舱段加工制造技术领域，具体涉及一种基于四轴机床的半封闭五轴特征曲面的加工方法。
背景技术
在异型舱段中，进气道型面特征复杂，且精度要求高。某零件的进气道型面中存在一段半封闭环形区域，为五轴加工特征，传统加工方法为使用五轴机床进行加工，而五轴设备一般为工厂的瓶颈设备，不仅排产档期困难，且加工成本较高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种基于四轴机床的半封闭五轴特征曲面的加工方法，以解决如何通过四轴机车进行曲面特征加工的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于四轴机床的半封闭五轴特征曲面的加工方法，该加工方法包括如下步骤：
S1、将附加A轴吊装至机床工作台上，附加A轴平行于工作台放置；调整附加A轴位置，使得刀轴与附加A轴平面垂直，附加A轴轴线穿过B轴，压板压紧附加A轴；
S2、将零件异型一侧的转接法兰吊装至附加A轴上并完成安装，压紧后附加A轴自转，打表测量法兰盘端面平面度，测量无误后将法兰盘上两处端面定位销孔旋转至水平状态；将零件圆形一侧的卡环托架吊装至机床工作台上，调整卡环轴线与附加A轴轴线至重合状态，压紧卡环托架，并将卡环调整至打开状态；
S3、将零件呈水平状态吊装至工作台上，异型一侧与附加A轴转接法兰贴合，圆形一侧放置于卡环托架组件的卡环内侧；保证零件端面与转接法兰端面贴合紧密无间隙，将卡环封闭环抱零件圆形一侧，并装入卡环定位销，同时调整卡环四周接触面上顶丝至压紧状态；
S4、零件完成装夹定位后，其位于四轴工作中心上的位置确定，即找正零件确定为：X0：B轴中心，Y0：附加A轴中心，Z0：B轴中心，A0：附加A轴找正置0，B0：附加A轴端面与刀轴垂直；同时，在三维建模软件中，将环形半封闭型面分成四个区域，通过旋转坐标系，确定每个区域在当前坐标系下不存在加工壁角，并在该坐标系下完成三轴型面数控程序的编制，通过该操作将五轴型面分成多个三轴型面；程序后处理时，根据当前坐标系的行程过程，分别确定四个加工坐标系及其附加A轴、B轴分别旋转角度，并将旋转的附加A轴、B轴的值加入其中，实现五轴型面的降轴加工。
进一步地，该加工方法中使用的绕Z轴旋转的附加A轴，具备与四轴卧式加工中心的机械及电气连接接口，机械接口可将附加A轴固定在机床工作台上，电气接口连接完成后可通过机床控制附加A轴的旋转。
进一步地，转接法兰包括连接孔、定位销孔及装夹孔；其中，连接孔用于与附加A轴的连接固定；定位销孔用于零件结构的定位，装夹孔用于找正定位后零件的固定压紧。
进一步地，卡环托架组件由托架组件和卡环组件组成；其中，托架组件用于零件的托起及加工时的支撑，包括托架基座、支撑轴承和轴向限位滚珠，托架基座上存在连接孔，通过压紧螺钉将其固定在机床工作台上；支撑轴承设置于托架基座上，用于卡环组件的支撑及旋转；轴向限位滚珠设置于托架基座上并位于卡环两侧，用于实现卡环在零件轴向方向的定位；卡环组件包括上卡环、下卡环及连接定位组件，上下卡环通过连接定位组件组成整环，卡环内圆与零件圆形一端直径相同，实现零件圆形一侧的抱紧；外圆与托架支撑轴承组件配合设计，保证圆形一端中心与异型一侧中心高度相同；零件加工时，通过附加A轴主动旋转，卡环一侧从动旋转，实现零件的自转，配合四轴机床工作台绕Y轴旋转的B轴的旋转，进而实现零件五轴型面的加工。
(三)有益效果
本发明提出一种基于四轴机床的半封闭五轴特征曲面的加工方法，包括将附加A轴吊装至机床工作台上；将零件异型一侧的转接法兰吊装至附加A轴上并完成安装，将零件圆形一侧的卡环托架吊装至机床工作台上；将零件呈水平状态吊装至工作台上，异型一侧与附加A轴转接法兰贴合，圆形一侧放置于卡环托架组件的卡环内侧；零件完成装夹定位后，确定其位于四轴工作中心上的位置后加工。
本发明利用工装在实现零件的快速可靠定位的同时，实现零件相对于刀具任意姿态的旋转定位，完成五轴特征的加工，降低该类型特征对设备的依赖性，使用一种旋转卡环托架工装配合四轴加工中心用于实现五轴型面的降轴加工，在保证零件质量的前提下大大降低零件的加工成本。
附图说明
图1为本发明实施例中具有半封闭环形进气道零件结构示意图：(a)主视图，(b)立体图；
图2为本发明实施例中的附加A轴结构示意图：(a)主视图，(b)侧视图；
图3为本发明实施例中的转接法兰结构示意图：(a)主视图，(b)侧视图；
图4为本发明实施例中的卡环托架结构示意图：(a)主视图，(b)侧视图，(c)仰视图，(d)立体图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种基于四轴机床的半封闭五轴特征曲面的加工方法，该零件结构如图1所示，其待加工区域为半封闭五轴特征曲面，从端面主视图可见存在多处壁角区域，如要完成零件的加工需要刀具旋转多种角度才能实现。
该加工方法中使用的绕Z轴旋转的附加A轴，如图2所示，具备与四轴卧式加工中心的机械及电气连接接口，机械接口可将附加A轴固定在机床工作台上，电气接口连接完成后可通过机床控制附加A轴的旋转。
该加工方法中使用的转接法兰，如图3所示，其外形结构为圆形，用于实现法兰盘的回转找正，转接法兰中主要包括连接孔、定位销孔及装夹孔，连接孔用于与附加A轴的连接固定；定位销孔用于零件结构的定位，装夹孔用于找正定位后零件的固定压紧。
该加工方法中使用台阶销形式的定位组件，结合零件端面的基准特征设计而成，结合“两点一面”的定位理念，“一面”为零件的端面，“两点”即为两处定位销孔的圆点，通过以上“两点一面”，实现零件的定位找正。
该加工方法中使用的卡环托架，如图4所示，卡环托架组件由托架组件和卡环组件组成。其中，托架组件用于零件的托起及加工时的支撑，主要包括托架基座、支撑轴承和轴向限位滚珠，托架基座上存在连接孔，可通过压紧螺钉将其固定在机床工作台上；支撑轴承设置于托架基座上，用于卡环组件的支撑及旋转；轴向限位滚珠设置于托架基座上并位于卡环两侧，用于实现卡环在零件轴向方向的定位。卡环组件主要包括上卡环、下卡环及连接定位组件，上下卡环通过连接定位组件组成整环，卡环内圆与零件圆形一端直径相同，实现零件圆形一侧的抱紧；外圆与托架支撑轴承组件配合设计，保证圆形一端中心与异型一侧中心高度相同。零件加工时，通过附加A轴主动旋转，卡环一侧从动旋转，实现零件的自转，配合四轴机床工作台绕Y轴旋转的B轴的旋转，进而实现零件五轴型面的加工。
该加工方法具体包括如下步骤：
S1、将附加A轴吊装至机床工作台上，附加A轴平行于工作台放置。通过天车、顶丝等配合调整附加A轴位置，使得刀轴与附加A轴平面垂直，附加A轴轴线穿过B轴，压板压紧附加A轴；
S2、将零件异型一侧的转接法兰吊装至附加A轴上并完成安装，保证法兰盘与附加A轴端面贴合紧密无间隙，压紧后附加A轴自转，打表测量法兰盘端面平面度，测量无误后将法兰盘上两处端面定位销孔φ38H7旋转至水平状态；将零件圆形一侧的卡环托架吊装至机床工作台上，通过垫片及顶丝调整卡环轴线与附加A轴轴线至重合状态，调整卡环对称平面与异型法兰盘端面距离至1465mm，压紧卡环托架，并将卡环调整至打开状态；
S3、零件呈水平状态，将零件吊装至工作台上，异型一侧与附加A轴转接法兰贴合，圆形一侧放置于卡环内侧。微调零件状态，将台阶定位销装入对应销孔内；木锤轻敲，保证零件端面与转接法兰端面贴合紧密无间隙，将卡环封闭环抱零件圆形一侧，并装入卡环定位销，同时调整卡环四周接触面上顶丝至压紧状态；
S4、零件完成装夹定位后，其位于四轴工作中心上的位置确定，即找正零件确定为：X0：B轴中心，Y0：附加A轴中心，Z0：B轴中心，A0：附加A轴找正置0，B0：附加A轴端面与刀轴垂直；同时，在三维建模软件UG中，将该环形半封闭型面分成四个区域，通过旋转坐标系，确定每个区域在当前坐标系下不存在加工壁角，并在该坐标系下完成三轴型面数控程序的编制，通过该操作将五轴型面分成多个三轴型面；程序后处理时，根据当前坐标系的行程过程，分别确定四个加工坐标系及其附加A轴、B轴分别旋转角度，并将旋转的附加A轴、B轴的值加入其中，实现五轴型面的降轴加工。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于四轴机床的半封闭五轴特征曲面的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：
S1、将附加A轴吊装至机床工作台上，附加A轴平行于工作台放置；调整附加A轴位置，使得刀轴与附加A轴平面垂直，附加A轴轴线穿过B轴，压板压紧附加A轴；
S2、将零件异型一侧的转接法兰吊装至附加A轴上并完成安装，压紧后附加A轴自转，打表测量法兰盘端面平面度，测量无误后将法兰盘上两处端面定位销孔旋转至水平状态；将零件圆形一侧的卡环托架吊装至机床工作台上，调整卡环轴线与附加A轴轴线至重合状态，压紧卡环托架，并将卡环调整至打开状态；
S3、将零件呈水平状态吊装至工作台上，异型一侧与附加A轴转接法兰贴合，圆形一侧放置于卡环托架组件的卡环内侧；保证零件端面与转接法兰端面贴合紧密无间隙，将卡环封闭环抱零件圆形一侧，并装入卡环定位销，同时调整卡环四周接触面上顶丝至压紧状态；
S4、零件完成装夹定位后，其位于四轴工作中心上的位置确定，即找正零件确定为：X0：B轴中心，Y0：附加A轴中心，Z0：B轴中心，A0：附加A轴找正置0，B0：附加A轴端面与刀轴垂直；同时，在三维建模软件中，将环形半封闭型面分成四个区域，通过旋转坐标系，确定每个区域在当前坐标系下不存在加工壁角，并在该坐标系下完成三轴型面数控程序的编制，通过该操作将五轴型面分成多个三轴型面；程序后处理时，根据当前坐标系的行程过程，分别确定四个加工坐标系及其附加A轴、B轴分别旋转角度，并将旋转的附加A轴、B轴的值加入其中，实现五轴型面的降轴加工。
2.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法中使用的绕Z轴旋转的附加A轴，具备与四轴卧式加工中心的机械及电气连接接口，机械接口可将附加A轴固定在机床工作台上，电气接口连接完成后可通过机床控制附加A轴的旋转。
3.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述转接法兰包括连接孔、定位销孔及装夹孔；其中，连接孔用于与附加A轴的连接固定；定位销孔用于零件结构的定位，装夹孔用于找正定位后零件的固定压紧。
4.如权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述卡环托架组件由托架组件和卡环组件组成；其中，托架组件用于零件的托起及加工时的支撑，包括托架基座、支撑轴承和轴向限位滚珠，托架基座上存在连接孔，通过压紧螺钉将其固定在机床工作台上；支撑轴承设置于托架基座上，用于卡环组件的支撑及旋转；轴向限位滚珠设置于托架基座上并位于卡环两侧，用于实现卡环在零件轴向方向的定位；卡环组件包括上卡环、下卡环及连接定位组件，上下卡环通过连接定位组件组成整环，卡环内圆与零件圆形一端直径相同，实现零件圆形一侧的抱紧；外圆与托架支撑轴承组件配合设计，保证圆形一端中心与异型一侧中心高度相同；零件加工时，通过附加A轴主动旋转，卡环一侧从动旋转，实现零件的自转，配合四轴机床工作台绕Y轴旋转的B轴的旋转，进而实现零件五轴型面的加工。
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