CN112318180B - 一种带闭角的零件加工用的找正工具和加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数控加工技术领域，特别是涉及一种带闭角的零件加工用的找正工具和加工方法，所述找正工具包括锁定件以及依次同轴连接的球状找正件、锥形限位件、圆柱形定位件。通过本找正工具，解决了闭角无法找正的问题。本发明中带闭角的零件加工方法，利用该找正工具，在加工零件的待加工孔时，可以使用三轴数控机床精确找正，极大的节省了生产成本，提升了生产效率，保证了产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，特别是涉及一种带闭角的零件加工用的找正工具和加工方法。
背景技术
航空结构件零件数控铣削加工中，常常因为零件开闭角太大，对于数控机床的旋转角度及旋转精度要求较高，从而致使生产成本的大幅升高，在加工过程中会存在一下问题：
（1）当零件存在闭角θ，其中基准孔在上道工序中已经加工完成，本工序要求加工待加工孔，所述待加工孔与基准孔各自所在平面之间存在闭角θ。由于零件设计要求保证基准孔和待加工孔的位置度，因此采用大摆角精密五轴加工中心加工时，需要先将主轴方向旋转θ角度找正原点，然后摆正（垂直90°）加工待加工孔，此方案对于机床的旋转精度要求较高，找正占机时间较长，生产成本较高。
（2）当零件存在较大的闭角θ，零件的闭角θ大于机床的最大旋转角度时，通过旋转机床找正零件无法满足加工要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种带闭角的零件加工用的找正工具和加工方法，利用找正工具解决了闭角无法找正的问题，通过该找正工具，在加工零件的待加工孔时，可以使用三轴数控机床精确找正，极大的节省了生产成本，提升了生产效率，保证了产品质量。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种带闭角的零件加工用的找正工具，所述零件上加工完成有基准孔，其特征在于：包括锁定件以及依次同轴连接的球状找正件、锥形限位件、圆柱形定位件；所述球状找正件用于找正中心；所述圆柱形定位件另一端用于插入基准孔，用于与锁定件配合将找正工具固定。
所述锁定件为锁紧螺母，所述圆柱形定位件的外壁上设有与螺母相匹配的螺纹。
所述锁紧螺母靠近锥形限位件一侧设有塑胶圈。
一种利用找正工具的带闭角的零件加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
a. 在零件上找到上道工序中已经加工完成的基准孔；
b. 根据基准孔的直径确定圆柱形定位件的外径，限定锥形限位件远离球状找正件一侧的端面与球状找正件的中心的距离L，车削找正工具；
c．将找正工具中的圆柱形定位件插入基准孔内，利用锁紧螺母与螺纹的配合，锁紧零件与找正工具；
d．利用塞尺检测找正工具与零件的间隙值；
e. 利用三轴数控机床确认球状找正件的中心位置，建立XY坐标系；
f. 测量零件上待加工孔的圆心与坐标系原点的距离L1和L2；其中待加工孔与基准孔各自所在平面之间存在闭角θ；
g．根据L1和L2编辑数控加工程序，利用三轴数控机床加工待加工孔。
所述步骤e中确认球状找正件的中心位置具体为：利用三轴数控机床上的杠杆表或者探针进行确认。
利用杠杆表来确认球状找正件的中心位置，具体包括以下步骤:
① 将杠杆表夹在刀柄上，一并装夹在三轴数控机床上，将三轴数控机床的主轴中心移动至球状找正件的上表面；
② 移动三轴数控机床的Z-轴，将杠杆表的表针压入球状找正件外表面0.2-0.5mm；
③ 确定三轴数控机床主轴沿X轴中心位置：手动旋转三轴数控机床主轴，将表针压入球状找正件X+外表面象限点；再手动旋转三轴数控机床主轴使表针压入X-象限点,调整三轴数控机床X方向,确定X+/X-压表针数值相同，确定主轴沿X轴中心位置；
④ 确定三轴数控机床主轴沿Y轴中心位置：手动旋转三轴数控机床主轴使表针压入Y+象限点，调整表针压入数值和X+/X-压入数值相同；再手动旋转三轴数控机床主轴使表针压入Y-象限点，调整表针压入数值和Y+压入数值相同；若在该过程中，表针数值变化太大，则重新进入步骤③。
所述步骤f中测量零件上待加工孔的圆心与坐标系原点的距离L1和L2具体指利用CAD或者CAM软件的标注功能。
所述步骤d中的间隙值为0。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本发明中的找正工具，利用圆柱形定位件实现定位，使用球状找正件找正中心，在加工闭角孔位要求较高的零件时，将原本只能利用高精度大摆角五轴数控机床加工的零件转化至普通三轴数控机床即可满足加工条件，能够使用三轴数控机床精确找正，节省了生产成本，提升了找正效率，保证了产品质量。该找正工具的使用方法和制造都简单。
本方法中的找正工具，球状找正件与圆柱形定位件之间通过锥形限位件实现过渡，在找正工具插入基准孔内时，能增大锥形限位件端面和基准孔所在平面之间的结合度，更加方便检查间隙，保证轴线的倾斜度。靠近球状找正件一侧的锥形限位件端面小，后期在确认球状找正件的中心时，能接触到整个球状找正件的外形面，找正准确度较高，锥度部分能较好的实现旋转避让，能有效避免在确认球状找正件中心时发生干涉的现象发生。
通过使用锁定件，用于将找正工具与零件进行固定，保证在加工待加工孔的过程中，找正工具不会发生偏移，影响球状找正件的中心找正。
2、锁定件为锁紧螺母，所述圆柱形定位件的外壁上设有与螺母相匹配的螺纹，锁紧螺母与螺纹的配合方式简单、灵活，固定找正工具的效果好。
3、锁紧螺母靠近锥形限位件一侧设有塑胶圈，防止螺母旋转过程刮伤零件表面。
4、本加工方法中使用了找正工具，保证了基准孔和待加工孔的相对位置精度，实现更好的配合。和现有必须使用的大摆角精密五轴加工方法相比，本加工方法能够使用三轴数控机床精确找正，提升了找正效率和精度效能，提升了零件产品质量，更好的扩大了机床的实用效能，保证了零件质量，并且生产成本更低。
5、本方法中，限定了锥形限位件远离球状找正件一侧的端面到球状找正件的中心的距离L，使得方便利用CAD或者CAM软件计算机床主轴位置。该L值为换算基准值，在利用CAD/CAM软件找点位自动编程时，保证软件中的L值和实际中的L值相匹配，让设计基准和加工基准的重合，便于减小累计误差。若利用人为手动编程时，便于利用三角函数计算加工位置的相对于基准球心的平面距离。
6、利用塞尺检测找正工具与零件的间隙值，保证找正工具的轴线倾斜度满足要求。
7、间隙值为0，便于减小找正误差。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明中找正工具的结构示意图；
图2为本发明中零件加工过程的示意图；
图3为本发明中利用杠杆表来确认球状找正件的中心位置的示意图；
图4为本发明中锁紧螺母的结构示意图；
图5为本发明中零件加工完成的结构示意图；
图中标记：
1、基准孔，2、待加工孔，3、找正工具，4、球状找正件，5、锥形限位件，6、圆柱形定位件，7、锁紧螺母，8、塑胶圈，9、螺纹。
具体实施方式
实施例1
作为本发明基本实施方式，本发明包括一种带闭角的零件加工用的找正工具，所述零件上加工完成有基准孔1，所述找正工具3包括锁定件以及依次同轴连接的球状找正件4、锥形限位件5、圆柱形定位件6。所述球状找正件4用于找正中心。所述圆柱形定位件6另一端用于插入基准孔1，用于与锁定件配合将找正工具3固定。所述锁定件为锁紧螺母7，所述圆柱形定位件6的外壁上设有与螺母相匹配的螺纹9。所述锁紧螺母7靠近锥形限位件5一侧设有塑胶圈8。
实施例2
作为本发明一较佳实施方式，参照说明书附图1，本发明包括一种闭角的零件加工方法，利用了实施例1中的找正工具3。该加工方法包括：
a. 在零件上找到上道工序中已经加工完成的基准孔1。
b. 根据基准孔1的直径确定圆柱形定位件6的外径Φ，限定锥形限位件5远离球状找正件4一侧的端面与球状找正件4的中心的距离L，车削找正工具3。
c．将找正工具3中的圆柱形定位件6插入基准孔1内，利用锁紧螺母7与螺纹9的配合，锁紧零件与找正工具3。
d．利用塞尺检测找正工具3与零件的间隙值。
e. 利用三轴数控机床确认球状找正件4的中心位置，并以该中心位置为坐标原点，建立XY坐标系。其中，利用三轴数控机床确认球状找正件4的中心位置具体指：利用探针找到球状找正件4的中心，包括先将探针装上至三轴数控机床主轴，并且将三轴数控主轴中心大致移动至球状找正件4上表面正中心；运行探针找正程序,依次采集X+/X-/Y+/Y-数据，计算球状找正件4中心位置即可；最后确认球状找正件4中心位置，确认零件XY坐标。
f. 测量零件上待加工孔2的圆心与坐标系原点的距离L1和L2；其中待加工孔2与基准孔1各自所在平面之间存在闭角θ；
g．根据L1和L2编辑数控加工程序，利用三轴数控机床加工待加工孔2。
实施例3
作为本发明最佳实施方式，参照说明书附图1，本发明包括一种带闭角的零件加工用的找正工具，所述零件上加工完成有基准孔1，所述找正工具3包括锁定件以及依次同轴连接的球状找正件4、锥形限位件5、圆柱形定位件6。所述锥形限位件5与球状找正件4相连接的一端设有向内凹陷的与球状找正件4相匹配的凹槽，便于更好的与球状找正件4相连接，保证同轴度的要求，减小累积误差，并且使在确认球状找正件4中心时不影响表针接触点的位置。
所述圆柱形定位件6另一端用于插入基准孔1，用于与锁定件配合将找正工具3固定。参照说明书附图4，所述锁定件为锁紧螺母7，所述圆柱形定位件6的外壁上设有与螺母相匹配的螺纹9。所述锁紧螺母7靠近锥形限位件5一侧设有塑胶圈8。
一种利用上述找正工具3的带闭角的零件加工方法，包括以下步骤：
a. 在零件上找到上道工序中已经加工完成的基准孔1。
b. 车削找正工具3：根据基准孔1的直径确定圆柱形定位件6的外径Φ，即保证圆柱形定位件6可以插入基准孔1内；限定锥形限位件5远离球状找正件4一侧的端面与球状找正件4的中心的距离L，以方便的利用CAD/CAM软件计算机床主轴位置。
c．将找正工具3中的圆柱形定位件6插入基准孔1内，利用锁紧螺母7与螺纹9的配合，锁紧零件与找正工具3；
d．利用塞尺检测找正工具3与零件的间隙值，所述间隙值原则上为0。因为锁紧螺母7连接拉紧，该间隙值应该是越小越好，便于减小找正误差。
e. 利用三轴数控机床上的杠杆表来确认球状找正件4的中心位置，建立XY坐标系。
其中确认球状找正件4的中心位置，参照说明书附图3，具体包括以下步骤:
① 将杠杆表夹在刀柄上，一并装夹在三轴数控机床上，将三轴数控机床的主轴中心移动至球状找正件4的上表面；
② 移动三轴数控机床的Z-轴，将杠杆表的表针压入球状找正件4外表面0.2-0.5mm；
③ 确定三轴数控机床主轴沿X轴中心位置：手动旋转三轴数控机床主轴，将表针压入球状找正件4X+外表面象限点；再手动旋转三轴数控机床主轴使表针压入X-象限点,调整三轴数控机床X方向,确定X+/X-压表针数值相同，确定主轴沿X轴中心位置；
④ 确定三轴数控机床主轴沿Y轴中心位置：手动旋转三轴数控机床主轴使表针压入Y+象限点，调整表针压入数值和X+/X-压入数值相同；再手动旋转三轴数控机床主轴使表针压入Y-象限点，调整表针压入数值和Y+压入数值相同；若在该过程中，表针数值变化太大，则重新进入步骤③。所述表针的跳动值代表的就是找正中心的找正误差值，判断是否符合要求是根据加工位置度要求来确定，假如位置度要求0.1mm，旋转一圈实际表针跳动值为小于0.2mm，即可满足要求。当然在实际加工中，跳动越小越好。其中，小于0.2mm就可以满足0.1mm的位置度要求，是因为表针在压入球状找正件4外表面旋转时，我们看到的是最大值与最小值的差值，因此取其二分之一，可以满足要求。
其中，建立XY坐标系具体指：建立球心或者相对球心一定位置的地方设置工件坐标系，在数控系统内设置工件坐标系，所述球心为球状找正件4的中心位置。
f. 参照说明书附图2，利用CAD或者CAM软件的标注功能，测量零件上待加工孔2的圆心与坐标系原点的距离L1和L2；其中待加工孔2与基准孔1各自所在平面之间存在闭角θ。
g．根据L1和L2编辑数控加工程序，利用三轴数控机床加工待加工孔2。加工完成的零件参照说明书附图5。其中根据L1和L2编辑数控加工程序，具体指：在数控系统内部设置好工作坐标系后，利用机床指令编制加工程序，如G54G90G17G01X=L1 Y=L2F5000,表示利用5000mm/min的速度，走到相对位置进行孔加工。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
Claims (5)
1.一种利用找正工具的带闭角的零件加工方法，所述零件上加工完成有基准孔（1），其特征在于：所述找正工具包括锁定件以及依次同轴连接的球状找正件（4）、锥形限位件（5）、圆柱形定位件（6）；所述球状找正件（4）用于找正中心；所述圆柱形定位件（6）另一端用于插入基准孔（1），用于与锁定件配合将找正工具（3）固定；所述锁定件为锁紧螺母（7），所述圆柱形定位件（6）的外壁上设有与螺母相匹配的螺纹（9）；所述锁紧螺母（7）靠近锥形限位件（5）一侧设有塑胶圈（8）；
所述加工方法包括以下步骤：
a. 在零件上找到上道工序中已经加工完成的基准孔（1）；
b. 根据基准孔（1）的直径确定圆柱形定位件（6）的外径，限定锥形限位件（5）远离球状找正件（4）一侧的端面与球状找正件（4）的中心的距离L，车削找正工具（3）；
c．将找正工具（3）中的圆柱形定位件（6）插入基准孔（1）内，利用锁紧螺母（7）与螺纹（9）的配合，锁紧零件与找正工具（3）；
d．利用塞尺检测找正工具（3）与零件的间隙值；
e. 利用三轴数控机床确认球状找正件（4）的中心位置，建立XY坐标系；
f. 测量零件上待加工孔（2）的圆心与坐标系原点的距离L1和L2；其中待加工孔（2）与基准孔（1）各自所在平面之间存在闭角θ；
g．根据L1和L2编辑数控加工程序，利用三轴数控机床加工待加工孔（2）。
2.根据权利要求1所述的一种利用找正工具的带闭角的零件加工方法，其特征在于：所述步骤e中确认球状找正件（4）的中心位置具体为：利用三轴数控机床上的杠杆表或者探针进行确认。
3.根据权利要求2所述的一种利用找正工具的带闭角的零件加工方法，其特征在于：利用杠杆表来确认球状找正件（4）的中心位置，具体包括以下步骤:
①将杠杆表夹在刀柄上，一并装夹在三轴数控机床上，将三轴数控机床的主轴中心移动至球状找正件（4）的上表面；
②移动三轴数控机床的Z-轴，将杠杆表的表针压入球状找正件（4）外表面0.2-0.5mm；
③确定三轴数控机床主轴沿X轴中心位置：手动旋转三轴数控机床主轴，将表针压入球状找正件（4）X+外表面象限点；再手动旋转三轴数控机床主轴使表针压入X-象限点,调整三轴数控机床X方向,确定X+/X-压表针数值相同，确定主轴沿X轴中心位置；
④确定三轴数控机床主轴沿Y轴中心位置：手动旋转三轴数控机床主轴使表针压入Y+象限点，调整表针压入数值和X+/X-压入数值相同；再手动旋转三轴数控机床主轴使表针压入Y-象限点，调整表针压入数值和Y+压入数值相同；若在该过程中，表针数值变化太大，则重新进入步骤③。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用找正工具的带闭角的零件加工方法，其特征在于：所述步骤f中测量零件上待加工孔（2）的圆心与坐标系原点的距离L1和L2具体指利用CAD或者CAM软件的标注功能。
5.根据权利要求4所述的一种利用找正工具的带闭角的零件加工方法，其特征在于：所述步骤d中的间隙值为0。
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