CN110711867A - 一种梅瓶内膛加工用刀具及梅瓶内膛加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于切削机床装置领域，涉及梅瓶加工装置，尤其是一种梅瓶内膛加工用刀具及梅瓶内膛加工方法，包括待加工梅瓶，将该梅瓶的内膛底面中心设置为原点，以原点沿横向的延伸方向，即内膛轴向方向设置为Z轴；将原点沿纵向的延伸方向，即内膛径向方向设置为X轴，与XZ所在平面相垂直方向设置为Y轴，在所述梅瓶的瓶口位置相对安装有一刀具，该刀具包括刀柄和刀头，所述刀柄的前端部向旁侧弯折，其端部制出一圆形刀头，该圆形刀头与刀柄所呈角度为钝角，通过计算，控制刀具的摆转角度以及圆形刀头沿XY平面的位移变量，实现圆形刀头的周向转动，完成切削工艺。

Description

一种梅瓶内膛加工用刀具及梅瓶内膛加工方法

技术领域

本发明属于切削机床装置领域，涉及梅瓶加工装置，尤其是一种梅瓶内膛加工用刀具及梅瓶内膛加工方法。

背景技术

目前，针对木质梅瓶结构的内膛加工一般是采用人工方式进行的。

在加工过程中，操作人员手持车刀摆动从而加工到内部肚子比较大的地方，这种方法十分依赖操作人员的技术水平，但也无法保证每个产品的一致性。因此，需设计一种自动装置实现对于梅瓶内膛的加工。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种取代人工，有效定位刀具位置，实现机械加工的，大幅提高产品一致性和加工效率的一种梅瓶内膛加工用刀具及梅瓶内膛加工方法。

本发明采取的技术方案是：

一种梅瓶内膛加工用刀具，包括待加工梅瓶，将该梅瓶的内膛底面中心设置为原点，以原点沿横向的延伸方向，即内膛轴向方向设置为Z轴；将原点沿纵向的延伸方向，即内膛径向方向设置为X轴，与XZ所在平面相垂直方向设置为Y轴，其特征在于：在所述梅瓶的瓶口位置相对安装有一刀具，该刀具包括刀柄和刀头，所述刀柄的前端部向旁侧弯折，其端部制出一圆形刀头，该圆形刀头与刀柄所呈角度为钝角，所述刀柄相对于Z轴可实现摆转，带动圆形刀头沿XY平面进行周向转动，实现切削。

应用根据权利要求1所述的一种梅瓶内膛加工用刀具的梅瓶内膛加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：绘制待加工梅瓶的内膛轮廓，根据内膛轮廓确定最小半径位置AC，其半径设置为Rmin；最大半径位置BD，其半径设置为Rmax；并分别以A和C为端点向内膛轮廓的底面制出与Z轴相平行的线，其交点分别为M和H；

步骤2：应用常规开孔刀，以Rmin为半径制出一通孔；

步骤3：应用内膛加工用刀具进行内膛加工，以相对于最小半径的X向的偏置值为进刀值，进行等高加工；

步骤4:将每次的进刀值即圆形刀头位置的高度值与原有轨迹进行进交处理，得到未加工点的数据，若是已经加工完毕的，则沿着原始轨迹运行即可；

步骤5：重复步骤3和步骤4，直至待加工梅瓶的内膛轮廓全部切削完毕。

进一步的，所述步骤3中，圆形刀头的位置的变化量即刀具的进刀值，圆形刀头和刀柄一体制出，因此可通过反推方法确定刀具的摆转角度和XZ向的运动轨迹，包括如下步骤；

步骤3.1：将刀具的刀柄后端部设置为F点，圆形刀头位置设置为G点，刀柄和圆形刀头的连接位置设置为E点，∠GEF＝α，G点和B点重合状态下，∠BEF＝∠GEF＝α；Q点为EF的延长线与BD的交点；R为以E点为端点与Z轴相平行的线段与BD的交点；P为最小半径线和BD的交点；S点Z轴与BD的交点；

步骤3.2：所求刀具相对于Z轴的摆转角度，即为QE和ER之间的夹角∠QER，将该角设置为θ，即∠QER＝θ，∠BER＝∠QER+∠BEQ＝θ+∠BEQ＝θ+π-α；

步骤3.3：在三角形BER中，

SB＝BR+PQ+PS-QR＝BE×sin∠BER+AP×tan∠QAP+Rmin/2-RE×tan∠QER＝YB；

步骤3.4：进一步带入各自角度所对应的角度关系，

形成求解θ的一元二次方程，该一元二次方程中，BE、AP、YB、Rmin和α均为已知值，因此可计算出θ的值，即得出刀具的摆转角度；

步骤3.5：

XE＝XB-BE×sin(π-α+θ)

ZE＝ZB-BE×cos(π-α+θ)，可得出XZ坐标系中E点的坐标；

步骤3.6：

XF＝XE-EF×sinθ

ZF＝ZE+EF×cosθ，可得出XZ坐标系中F点的坐标。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明中，由于梅瓶内膛为口小肚大的结构，梅瓶开口位置限制了刀柄的摆转角度，因此，采用前端弯折的刀具取代现有刀具，圆形刀头相对于刀柄的摆转角度更大，因此可进入现有刀具无法接触的部分。除此之外，刀柄的摆转角度并非是定点铰装进行摆转，还配合刀具沿XZ方向进行移动，实现针对梅瓶内膛的加工。

2、本发明中，刀具的进刀过程需要摆转角度和位置变化相配合，因此需计算相应的摆转角度和位置变化量，才可实现圆形刀头的准确进刀，完成梅瓶内膛的加工。

3、本发明中，根据原料形状或需要加工的款式，绘制相应的内膛轮廓，并根据上述内膛轮廓的最小半径位置的最小半径开出通孔，该过程由于开的是直孔，因此只需采用普通开孔刀即可实现，效率更高；制出开孔后，则需对梅瓶内膛的肚子部分进行再加工。

4、本发明中，以相对于最小半径的X向的偏置值为进刀值，进行等高加工，由于在步骤1绘制的内膛轮廓中，已确定Rmin的值，根据该值每次进刀中圆形刀头相对于AM沿X轴方向的变化量是可知的，即可得知圆形刀头G点的X向坐标和Z向坐标，之后通过相应的公式即可反推出刀具的摆转角度和以及E点和F点XZ向的运动轨迹。在切削过程中，采用等高方式进行加工，当其切削瓶口部分和内膛轮廓部分时，会涉及重复进刀至已加工的部分，因此该部分需要进行进刀处理，以防止对已加工位置的破坏。

5、本发明中，采用圆形刀头的切削最大半径位置，使得B点和G点相重合。由于梅瓶口小肚大的特点，因此，如上述两点重合状态下，刀具通过摆转和XZ向的运动轨迹，其刀柄不会被最小半径位置限制，即可知该操作过程是可以实现的。

附图说明

图1为本发明中所述刀具部分的结构示意图；

图2为本发明中内膛加工过程的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种梅瓶内膛加工用刀具，包括待加工梅瓶，将该梅瓶的内膛底面中心设置为原点，以原点沿横向的延伸方向，即内膛轴向方向设置为Z轴；将原点沿纵向的延伸方向，即内膛径向方向设置为X轴，与XZ所在平面相垂直方向设置为Y轴，本发明的创新在于，在所述梅瓶的瓶口位置相对安装有一刀具，该刀具包括刀柄和刀头，所述刀柄的前端部向旁侧弯折，其端部制出一圆形刀头，该圆形刀头与刀柄所呈角度为钝角，所述刀柄相对于Z轴可实现摆转，带动圆形刀头沿XY平面进行周向转动，实现切削。

应用梅瓶内膛加工用刀具的梅瓶内膛加工方法，其特征在于：

本实施例中，用于刀具要伸入梅瓶内膛进行加工，因此，Rd+Ld不大于Rmin。

包括如下步骤：

步骤1：绘制待加工梅瓶的内膛轮廓，根据内膛轮廓确定最小半径位置AC，其半径设置为Rmin；最大半径位置BD，其半径设置为Rmax；并分别以A和C为端点向内膛轮廓的底面制出与Z轴相平行的线，其交点分别为M和H；

步骤2：应用常规开孔刀，以Rmin为半径制出一通孔；

步骤3：应用内膛加工用刀具进行内膛加工，以相对于最小半径的X向的偏置值为进刀值，进行等高加工；

步骤4:将每次的进刀值即圆形刀头位置的高度值与原有轨迹进行进交处理，得到未加工点的数据，若是已经加工完毕的，则沿着原始轨迹运行即可；

步骤5：重复步骤3和步骤4，直至待加工梅瓶的内膛轮廓全部切削完毕。

本实施例中，所述步骤3中，圆形刀头的位置的变化量即刀具的进刀值，圆形刀头和刀柄一体制出，因此可通过反推方法确定刀具的摆转角度和XZ向的运动轨迹，包括如下步骤；

步骤3.1：将刀具的刀柄后端部设置为F点，圆形刀头位置设置为G点，刀柄和圆形刀头的连接位置设置为E点，∠GEF＝α，G点和B点重合状态下，∠BEF＝∠GEF＝α；Q点为EF的延长线与BD的交点；R为以E点为端点与Z轴相平行的线段与BD的交点；P为最小半径线和BD的交点；S点Z轴与BD的交点；

步骤3.2：所求刀具相对于Z轴的摆转角度，即为QE和ER之间的夹角∠QER，将该角设置为θ，即∠QER＝θ，∠BER＝∠QER+∠BEQ＝θ+∠BEQ＝θ+π-α；

步骤3.3：在三角形BER中，

SB＝BR+PQ+PS-QR＝BE×sin∠BER+AP×tan∠QAP+Rmin/2-RE×tan∠QER＝YB；

步骤3.4：进一步带入各自角度所对应的角度关系，

形成求解θ的一元二次方程，该一元二次方程中，BE、AP、YB、Rmin和α均为已知值，因此可计算出θ的值，即得出刀具的摆转角度；

步骤3.5：

XE＝XB-BE×sin(π-α+θ)

ZE＝ZB-BE×cos(π-α+θ)，可得出XZ坐标系中E点的坐标；

步骤3.6：

XF＝XE-EF×sinθ

ZF＝ZE+EF×cosθ，可得出XZ坐标系中F点的坐标。

本实施例中，EF与被加工瓶交于A点，为了防止刀具刀柄与被加工瓶的内部有干涉，我们设定一个安全距离为Lanquan>Rd/2+Error,Error为一个真正的安全距离，一般可以选择大于等于5mm，其值需要根据最小半径周边的切线夹角决定，越大，则该值可以越小。

Claims (3)

1.一种梅瓶内膛加工用刀具，包括待加工梅瓶，将该梅瓶的内膛底面中心设置为原点，以原点沿横向的延伸方向，即内膛轴向方向设置为Z轴；将原点沿纵向的延伸方向，即内膛径向方向设置为X轴，与XZ所在平面相垂直方向设置为Y轴，其特征在于：在所述梅瓶的瓶口位置相对安装有一刀具，该刀具包括刀柄和刀头，所述刀柄的前端部向旁侧弯折，其端部制出一圆形刀头，该圆形刀头与刀柄所呈角度为钝角，所述刀柄相对于Z轴可实现摆转，带动圆形刀头沿XY平面进行周向转动，实现切削。

2.应用根据权利要求1所述的一种梅瓶内膛加工用刀具的梅瓶内膛加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：绘制待加工梅瓶的内膛轮廓，根据内膛轮廓确定最小半径位置AC，其半径设置为Rmin；最大半径位置BD，其半径设置为Rmax；并分别以A和C为端点向内膛轮廓的底面制出与Z轴相平行的线，其交点分别为M和H；

步骤2：应用常规开孔刀，以Rmin为半径制出一通孔；

步骤3：应用内膛加工用刀具进行内膛加工，以相对于最小半径的X向的偏置值为进刀值，进行等高加工；

步骤4:将每次的进刀值即圆形刀头位置的高度值与原有轨迹进行进交处理，得到未加工点的数据，若是已经加工完毕的，则沿着原始轨迹运行即可；

步骤5：重复步骤3和步骤4，直至待加工梅瓶的内膛轮廓全部切削完毕。

3.根据权利要求2所述的一种梅瓶内膛加工用刀具的梅瓶内膛加工方法，其特征在于：所述步骤3中，圆形刀头的位置的变化量即刀具的进刀值，圆形刀头和刀柄一体制出，因此可通过反推方法确定刀具的摆转角度和XZ向的运动轨迹，包括如下步骤；

步骤3.1：将刀具的刀柄后端部设置为F点，圆形刀头位置设置为G点，刀柄和圆形刀头的连接位置设置为E点，∠GEF＝α，G点和B点重合状态下，∠BEF＝∠GEF＝α；Q点为EF的延长线与BD的交点；R为以E点为端点与Z轴相平行的线段与BD的交点；P为最小半径线和BD的交点；S点Z轴与BD的交点；

步骤3.2：所求刀具相对于Z轴的摆转角度，即为QE和ER之间的夹角∠QER，将该角设置为θ，即∠QER＝θ，∠BER＝∠QER+∠BEQ＝θ+∠BEQ＝θ+π-α；

步骤3.3：在三角形BER中，

SB＝BR+PQ+PS-QR＝BE×sin∠BER+AP×tan∠QAP+Rmin/2-RE×tan∠QER＝YB；

步骤3.4：进一步带入各自角度所对应的角度关系，

形成求解θ的一元二次方程，该一元二次方程中，BE、AP、YB、Rmin和α均为已知值，因此可计算出θ的值，即得出刀具的摆转角度；

步骤3.5：

XE＝XB-BE×sin(π-α+θ)

ZE＝ZB-BE×cos(π-α+θ)，可得出XZ坐标系中E点的坐标；

步骤3.6：

XF＝XE-EF×sinθ

ZF＝ZE+EF×cosθ，可得出XZ坐标系中F点的坐标。

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