CN111659908A - 基于车削的柱面网纹加工方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于车削的柱面网纹加工方法及系统，首先获取待加工的柱面网纹参数并确定柱面网纹加工模式；以及选取加工刀具和确定加工状态参数；然后将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工设备，加工形成第一条正向曲线和反向曲线，然后按照加工模式中预设增量角度旋转加工工件，进入循环进行判断，起始角θ+θ’≥360°，直至不等式成立，退出循环，最后形成需要加工的柱面网纹。本发明通过数控车削方式加工柱面网纹，不仅可以解决滚刀滚压导致薄壁类零件变形的问题，还可以根据自己的需求，加工出不同深度、节距、角度等的网纹出来。该方法提高了网纹质量以及加工的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及机械表面加工技术领域，特别是一种基于车削的柱面网纹加工方法及系统。
背景技术
现在，许多零件为了防滑或美观等作用，常在其外表面设计了网纹结构。常见的网纹加工方式主要是通过滚刀或者滚轮滚压而成。由于滚压的时候，零件受到较大的挤压力，因为挤压变形的方式形成网纹。
因此，通过滚压加工网纹的方式常适用于实心杆类零件，对于一些薄壁类零件因为会导致零件变形，就有些力不能及了。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了基于车削的柱面网纹的加工方法，该方法是用于柱面网纹加工的工艺及程序，采用数控车床通过车削的方式进行网纹加工，该工序加工时间快，成品率高。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供的基于车削的柱面网纹加工方法，包括以下步骤：
获取待加工的柱面网纹参数；
根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式；
根据待加工工件确定加工的网纹形状选取加工刀具；
根据待加工零件的加工参数确定加工刀具对应的加工状态参数；
将加工刀具设置于加工起点；
启动加工设备，按照加工模式中预设正向增量角度旋转加工工件，加工形成正向待加工曲线；
当正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；再加工反向待加工曲线，完成反向待加工曲线；
形成需要加工的柱面网纹。
进一步，所述加工模式按照以下方式进行：
启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条正向螺旋线，直到完成所有的正向加工；
将加工刀具重新设置于加工起刀点；并启动加工刀具反向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，直到完成所有的反向加工；
直到形成需要加工的柱面网纹。
进一步，所述加工模式按照以下方式进行：
将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工第一条反向螺旋线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设正向增量角度旋转加工工件，并启动加工刀具正向加工下一条正向待加工曲线；
当下一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，完成下一条反向待加工曲线；
循环重复上述步骤，直到形成需要加工的柱面网纹。
进一步，所述正向待加工曲线和反向待加工曲线具体按照以下方式进行：
将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工设备，刀具沿Z轴进刀，加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，刀具沿Z轴退刀，加工第一条反向曲线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设正向增量角度旋转加工工件，刀具沿Z轴进刀，加工下一条正向待加工曲线；
当下一条正向待加工曲线加工完成后，刀具沿Z轴退刀，加工下一条反向曲线；然后按照预设增量角度旋转加工工件；
判断以下不等式是否成立：θ+θ’≥360°；其中，θ表示加工曲线的起始角；θ’表示每次加工曲线的增量角；
若不等式成立，则退出循环；若不等式不成立，则刀具继续沿Z轴进刀，循环重复加工下一条正向曲线和反向曲线；
按照预设增量角度θ′旋转加工工件，再进行判断，直至不等式成立，退出循环；
形成需要加工的柱面网纹。
进一步，所述待加工曲线为螺旋线。
进一步，所述根据待加工零件加工参数确定加工刀具对应加工状态参数，具体按照以下步骤进行：
获取待加工零件外表面直径D1、下刀安全距离X1/2、车削深度L1/2、网纹节距P1、网纹角度θ和刀具的进给速度f1，
按照以下公式计算出加工状态参数：
下刀点X坐标：D1+X1；
车削加工X坐标终点尺寸：D1-L1；
切削的次数为D1*PI/P1；
车削增量的角度为360/(D1*PI/P1)；
螺距为D1*PI*Tanθ；
主轴转速为f1/(D1*PI*Tanθ)。
进一步，所述加工工件按照预设增量角度θ′旋转，具体步骤如下：
当加工工件旋转增量角度θ′后，判断曲线起始角θ是否满足θ≥360°，如果否，即θ＜360°，则进行加工下一条曲线，如果是，则将加工工件再旋转增量角度θ′，直到曲线起始角θ≥360°，循环结束。
其中，起始角θ＝θ1+n*θ′，θ1为初始角度，n为旋转的次数，θ′为每次旋转增量角度。
本发明提供的基于车削的柱面网纹加工系统，包括设置于机床上的刀具控制机构、加工刀具和柱面网纹加工控制器；
所述刀具控制机构设置于机床的工作台上，所述刀具控制机构与加工刀具连接，用于控制加工刀具的工作状态，所述刀具控制机构与柱面网纹加工控制器连接、所述柱面网纹加工控制器用于向刀具控制机构发送刀具控制命令，用于控制加工刀具的工作状态。
进一步，所述柱面网纹加工控制器包括加工参数设置单元、网纹加工模式单元、增量角度控制单元；
所述加工参数设置单元，用于获取待加工的柱面网纹参数；
所述网纹加工模式单元，用于根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式、根据待加工工件确定加工的网纹形状选取加工刀具，以及根据待加工零件的加工参数确定加工刀具对应的加工状态参数；
所述增量角度控制单元，用于控制代加工工件旋转角。
进一步，所述网纹加工模式单元包括以下第一加工模式和第二加工模式
所述第一加工模式按照以下方式进行：
启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条正向螺旋线，直到完成所有的正向加工；
将加工刀具重新设置于加工起刀点；并启动加工刀具反向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，直到完成所有的反向加工；
直到形成需要加工的柱面网纹；
所述第二加工模式按照以下方式进行：
将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工第一条反向螺旋线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设正向增量角度旋转加工工件，并启动加工刀具正向加工下一条正向待加工曲线；
当下一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，完成下一条反向待加工曲线；
循环重复上述步骤，直到形成需要加工的柱面网纹。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的基于车削的柱面网纹加工方法，主要是通过数控车削的方式加工网纹，不仅可以解决滚刀滚压导致薄壁类零件变形的问题，还可以根据自己的需求，加工出不同深度、节距、角度等的网纹出来。
该方法提高了网纹质量以及加工的稳定性，在加工网纹前，可先对工件外圆进行粗加工；在车削完网纹后，因刀具磨损等因素，在螺旋槽的边缘会出现少量毛刺，可以再精车外圆，去除该类毛刺，提高网纹的表面质量。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为基于车削加工柱面网纹的方法流程图。
图2为加工网纹垂直截面图示意图。
图3为基于车削加工柱面网纹加工系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的基于车削的柱面网纹加工方法，属于柱面网纹加工工艺及加工程序，包括以下步骤：
1.获取待加工的柱面网纹参数，根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式，根据柱面网纹参数选取加工刀具及编写加工程序；
根据网纹形状选择合适的刀片规格，如图2所示，图中为假设工件直径为无限大时网纹的垂直截面，根据R以及β的不同，选择对应的刀片，如刀片可选用螺纹刀或者外圆车刀片；其中，R表示根部圆角R，β就是指齿的角度；
本实施例提供的加工网纹如图2所示，图2为网纹垂直截面图，根据对垂直截面图中各参数要求的不同，选择对应的刀片，如β为60°，R为0.2，根据β＝60°，选择刀片形状为T型的正三角形刀片，根据R＝0.2，则选择刀尖圆弧半径为02的刀尖，由于需要同时对正向和反向进行加工，则需要选择切削方向为N型的刀片。刀片的其他参数可任意选择。
本实施例提供的待加工零件的外表面直径D1、下刀安全距离X1/2、车削深度L1/2、网纹节距P1、网纹角度θ、刀具的进给速度f1等参数，按照以下方式得到加工状态参数，具体如下：
(1)下刀点X坐标：D1+X1；
(2)车削加工X坐标终点尺寸：D1-L1；
(3)切削的次数为D1*PI/P1；
(4)车削增量的角度为360/(D1*PI/P1)；
(5)螺距为D1*PI*Tanθ；
(6)主轴转速为f1/(D1*PI*Tanθ)；
本实施例提供的加工工件的各参数之间通常是存在相互关联的公式，通过已知或事先设定的参数，就可以求得未知的其他需要加工的参数。其中，PI为数学中π。
传统的螺纹加工过程中，在车削螺纹时，螺旋线的起点是固定的，所形成的只有一条螺旋线；而本实施例提供的加工方法，与螺纹加工不同，在网纹加工时，每加工完一条螺旋线后，待加工工件都会旋转一个角度，这样使得每一次加工的起点位置都会发生变化，通过这种方式可以形成多条螺旋线。
除了螺纹网纹可以这样加工，其他的网纹也可以通过本方法进行加工，首先获得待加工网纹的曲线用公式，然后调整主轴转速和进给速率等参数，就可以加工其他曲线。
本实施例的网纹如螺纹的加工过程，可以先正向加工正向曲线，完成时，再加工反向曲线；当然，也可以先加工完成一条正向曲线，然后再加工完成一条反向曲线，这样循环重复交替加工完成所有的曲线。
本实施例的工件可以先进行粗加工，将待加工网纹圆柱面加工形成网纹直径。
2.将刀片安装在刀柄上，然后再将刀柄安装在数控车床的刀座上；
3.将工件夹持在机床上，让主轴旋转，调整刀具位置，采用试切法设定工件的“零点”，建立工件坐标系；
4.将程序录入到机床中；
5.启动设备开始加工；
6.切换到加工所需的刀具，并快速移动到起刀点；
7.主轴正转，开启冷却液，车刀从外到里即正向进刀，车削形成第一条正向螺旋线；
车刀从里到外退刀，车削形成第一条反向螺旋线，车削完后，工件旋转一个增量角度θ′后，形成下一条螺旋线加工的起始角度θ；
系统进行判断螺旋线起始角θ是否≥360°，若θ＜360°，进行加工下一条螺旋线，然后再旋转判断，依次重复；
直到螺旋线起始角θ≥360°，循环结束。
(起始角θ＝θ1+n*θ′，其中θ1为初始角度，通常为0，n为旋转的次数＝已加工螺旋线条数，θ′为每次旋转增量角度。)
8.螺旋线加工完成，刀架沿X轴和Z轴退刀直安全距离，关闭冷却液，主轴停止转动，程序结束。
9.取下工件，正、反螺旋线相互交错，就形成了所需的柱面网纹。
如图3所示，本实施例还提供了基于车削的柱面网纹加工系统，包括设置于机床上的刀具控制机构、加工刀具和柱面网纹加工控制器；所述刀具控制机构设置于机床的工作台上，所述刀具控制机构与加工刀具连接，用于控制加工刀具的工作状态，所述刀具控制机构与柱面网纹加工控制器连接、所述柱面网纹加工控制器用于向刀具控制机构发送刀具控制命令，用于控制加工刀具的工作状态。
所述柱面网纹加工控制器包括加工参数设置单元、网纹加工模式单元、正向加工控制单元、反向加工控制单元、增量角度控制单元；
所述加工参数设置单元，用于获取待加工的柱面网纹参数；
所述网纹加工模式单元，用于根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式、根据待加工工件确定加工的网纹形状选取加工刀具，以及根据待加工零件的加工参数确定加工刀具对应的加工状态参数；
所述增量角度控制单元，用于控制待加工工件旋转角；
所述刀具控制机构，接收到柱面网纹加工控制器发送的加工参数，并根据加工参数进行加工，首先将加工刀具设置于加工起刀点；
启动加工设备，主轴旋转，刀具沿X轴进刀至网纹深度想匹配的位置，然后沿Z轴进刀，加工第一条曲线，
当刀具移动至Z轴终点位置时，第一条正向曲线加工完成，然后沿Z轴退刀，加工形成第一条反向曲线。再按照预设增量角度旋转加工工件；变化起点位置，再重复上述加工。
待整个柱面加工完成后，程序结束。
最后形成需要加工的柱面网纹。
本实施例的刀具在加工正向螺旋线和反向螺旋线过程中，只是沿Z轴方向移动，并未发生旋转。主轴也是沿同一个方向转动的，之所以能形成正向和反向的螺旋线，是因为进刀方向不一样，所产生的相对位移和相对速度相反，所以能形成正反两种螺旋线。
所述加工模式按照以下方式进行：
启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，刀具沿Z轴退刀，加工第一条反向曲线。
将加工刀具重新设置于Z轴加工起刀点；按照预设增量角度θ′旋转加工工件；然后进行判断：θ+θ’≥360°，若不等式成立，则退出循环，若不等式不成立，则刀具继续沿Z轴进刀，加工下一条正向曲线和反向曲线。然后按照预设增量角度θ′旋转加工工件，再进行判断，直至不等式成立，退出循环。
这样就形成需要加工的柱面网纹。
最后，还可以对形成柱面网纹的工件进行精加工，通过精车网纹外圆柱面，保证网纹外观更好。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.基于车削的柱面网纹加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取待加工的柱面网纹参数；
根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式；
根据待加工工件确定加工的网纹形状选取加工刀具；
根据待加工零件的加工参数确定加工刀具对应的加工状态参数；
将加工刀具设置于加工起点；
启动加工设备，按照加工模式中预设正向增量角度旋转加工工件，加工形成正向待加工曲线；
当正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；再加工反向待加工曲线，完成反向待加工曲线；
形成需要加工的柱面网纹。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加工模式按照以下方式进行：
启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条正向螺旋线，直到完成所有的正向加工；
将加工刀具重新设置于加工起刀点；并启动加工刀具反向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，直到完成所有的反向加工；
直到形成需要加工的柱面网纹。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加工模式按照以下方式进行：
将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工第一条反向螺旋线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设正向增量角度旋转加工工件，并启动加工刀具正向加工下一条正向待加工曲线；
当下一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，完成下一条反向待加工曲线；
循环重复上述步骤，直到形成需要加工的柱面网纹。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述正向待加工曲线和反向待加工曲线具体按照以下方式进行：
将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工设备，刀具沿Z轴进刀，加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，刀具沿Z轴退刀，加工第一条反向曲线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设正向增量角度旋转加工工件，刀具沿Z轴进刀，加工下一条正向待加工曲线；
当下一条正向待加工曲线加工完成后，刀具沿Z轴退刀，加工下一条反向曲线；然后按照预设增量角度旋转加工工件；
判断以下不等式是否成立：θ+θ’≥360°；其中，θ表示加工曲线的起始角；θ’表示每次加工曲线的增量角；
若不等式成立，则退出循环；若不等式不成立，则刀具继续沿Z轴进刀，循环重复加工下一条正向曲线和反向曲线；
按照预设增量角度θ′旋转加工工件，再进行判断，直至不等式成立，退出循环；
形成需要加工的柱面网纹。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述待加工曲线为螺旋线。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述根据待加工零件加工参数确定加工刀具对应加工状态参数，具体按照以下步骤进行：
获取待加工零件外表面直径D1、下刀安全距离X1/2、车削深度L1/2、网纹节距P1、网纹角度θ和刀具的进给速度f1，
按照以下公式计算出加工状态参数：
下刀点X坐标：D1+X1；
车削加工X坐标终点尺寸：D1-L1；
切削的次数为D1*PI/P1；
车削增量的角度为360/(D1*PI/P1)；
螺距为D1*PI*Tanθ；
主轴转速为f1/(D1*PI*Tanθ)。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加工工件按照预设增量角度θ′旋转，具体步骤如下：
当加工工件旋转增量角度θ′后，判断曲线起始角θ是否满足θ≥360°，如果否，即θ＜360°，则进行加工下一条曲线，如果是，则将加工工件再旋转增量角度θ′，直到曲线起始角θ≥360°，循环结束。
其中，起始角θ＝θ1+n*θ′，θ1为初始角度，n为旋转的次数，θ′为每次旋转增量角度。
8.基于车削的柱面网纹加工系统，其特征在于：包括设置于机床上的刀具控制机构、加工刀具和柱面网纹加工控制器；
所述刀具控制机构设置于机床的工作台上，所述刀具控制机构与加工刀具连接，用于控制加工刀具的工作状态，所述刀具控制机构与柱面网纹加工控制器连接、所述柱面网纹加工控制器用于向刀具控制机构发送刀具控制命令，用于控制加工刀具的工作状态。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于：所述柱面网纹加工控制器包括加工参数设置单元、网纹加工模式单元、增量角度控制单元；
所述加工参数设置单元，用于获取待加工的柱面网纹参数；
所述网纹加工模式单元，用于根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式、根据待加工工件确定加工的网纹形状选取加工刀具，以及根据待加工零件的加工参数确定加工刀具对应的加工状态参数；
所述增量角度控制单元，用于控制代加工工件旋转角。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：所述网纹加工模式单元包括第一加工模式和第二加工模式；
所述第一加工模式按照以下方式进行：
启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条正向螺旋线，直到完成所有的正向加工；
将加工刀具重新设置于加工起刀点；并启动加工刀具反向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，直到完成所有的反向加工；
直到形成需要加工的柱面网纹；
所述第二加工模式按照以下方式进行：
将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；
当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工第一条反向螺旋线；
当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设正向增量角度旋转加工工件，并启动加工刀具正向加工下一条正向待加工曲线；
当下一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，完成下一条反向待加工曲线；
循环重复上述步骤，直到形成需要加工的柱面网纹。
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Denomination of invention: Method and system for machining cylindrical mesh based on turning Granted publication date: 20210813 Pledgee: Agricultural Bank of China Co.,Ltd. Chongqing High tech Industrial Development Zone Branch Pledgor: Chongqing Guoshi Hongshen Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980023806 |