CN112974937B

CN112974937B - 孔壁上环形槽体用加工方法、其编程方法及其加工系统

Info

Publication number: CN112974937B
Application number: CN202110241230.7A
Authority: CN
Inventors: 杨先恒; 郑华
Original assignee: Mianyang Henghong Machinery Manufacturing Co ltd
Current assignee: Mianyang Henghong Machinery Manufacturing Co ltd
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2041-03-04
Also published as: CN112974937A

Abstract

本发明公开了孔壁上环形槽体用加工方法、其编程方法及其加工系统，加工方法包括如下步骤：S1、对刀；S2、圆弧插补；S3、判定S2中切削量；S4、刀具走整圆插补进行槽壁加工修正为整圆并与孔同心。本发明基于加工中心，并采用成型铣刀多圈铣削加工，优选地保证每圈径向进给量t相等。由于每次的圆弧插补切削量小，每一圈径向渐进进给，从而保证切削平稳，切削力很小，刀具寿命提升；同时走刀速度极快，槽体表面粗糙度小，产品质量易控制；并且该方法中，加工转折点少，编程简单，加工效率高。

Description

孔壁上环形槽体用加工方法、其编程方法及其加工系统

技术领域

本发明涉及切削加工领域，具体涉及孔壁上环形槽体用加工方法、其编程方法及其加工系统。

背景技术

对于汽车来说，良好的制动性能有助于实现汽车的安全行驶。现有的制动系统主要是盘式制动器。这种刹车系统主要借助刹车油泵所产生的压力,以此来带动刹车卡钳来对刹车盘产生挤压作用,产生相应的制动力。这种原理作用下的刹车系统具有很多方面的优势。比如,刹车很灵敏、刹车的力量很足。当然,在盘式刹车的制动器内部,对刹车盘以及刹车片起到关键作用的便是制动钳。对于制动钳来说,其上的密封槽、防尘槽的加工精度和粗糙度，会对汽车刹车的制动力产生最为直接的影响，其直接影响汽车的刹车性能。槽体精度越高，汽车的刹车性能越好。

对于单缸孔制动钳体密封槽、防尘槽的加工,制造企业通常所采用的是数控车床用成型车刀车削加工。而对于双缸孔制动钳体，如果用数控车床加工将增加工序，并且产品质量不易保证，同时增加企业成本，所以双缸孔钳体多数采用加工中心加工，用成型铣刀铣削加工。

目前在加工中心上采用成型铣刀铣削加工,有两种走刀方式。第一种方式如图1所示，刀具先从缸孔中心轴向进刀至密封槽位置，再径向进刀至缸孔直径处，图1中1所示位置工进进刀至密封槽直径，图1中2所示位置；然后走圆弧插补加工；而该铣削方法，需要的刀具较长，且刀杆细，导致刀具强度低，因此在加工槽体时，走刀很慢，这导致密封槽/防尘槽的表面粗糙度差，产品质量不易控制；且此种铣削方式中的刀具寿命很低。

第二种方式如图2所示，其为近似阿基米德螺旋线加工方法，刀具从缸孔中心轴向进刀至密封槽位置，再径向进刀至缸孔直径1处，走直线插补至2处，再到3处,....,以此类推，直至刀具切削至槽体设计直径，然后走圆弧插补加工修正。该方法加工效果与每圈分段数量有关，分段越少效果越差，分段越多效果越好；而分段越多，则编程复杂，对应的程序加工转折点也增多，从而导致加工效率低。

因此基于目前的用于环形槽体的加工方式的上述缺陷，现需要设计出一种新的内环形槽的加工方式，在提高效率、简化加工设置的同时，提高加工精度。

发明内容

本发明的目的在于：提供了孔壁上环形槽体用加工方法、其编程方法及其加工系统，解决了现有的加工方式中加工效率低、加工复杂、加工精度低等上述技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

孔壁上环形槽体用加工方法，包括如下步骤：

S1、刀具先沿孔轴向移动到环形槽体加工位置，再沿孔径向移动到孔壁处；

S2、圆弧插补：以当前刀具所在位置为下刀点，下刀点所在的孔直径将孔等分为第一半孔和第二半孔；将刀具的圆弧插补中心设定在第一半孔中，且随着刀具绕圆弧插补中心转动，刀具在第一半孔孔壁上进行铣削，刀具绕圆弧插补中心转动角度α后，完成第一段圆弧插补，此时刀具所在位置为结束点，所述结束点为此段圆弧插补的最大切削量；

S3、判定S2中刀具所完成的径向最大切削量是否与加工出环形槽体的切削量一致，若刀具所完成的径向最大切削量小于加工出环形槽体的切削量，则重复步骤S2；重复步骤S2时，以上一段圆弧插补的结束点为下一段圆弧插补的起始点，并较之上一段圆弧插补的刀具旋转直径，增大当前的刀具旋转直径；

重复步骤S2多次后的第N段圆弧插补中，第N段圆弧插补后所完成的结束点为径向最大切削量，此径向最大切削量与加工出环形槽体的切削量一致，所述N为自然数；

若刀具所完成的径向最大切削量等于加工出环形槽体的切削量，则进行下一步；

S4、刀具走整圆插补进行槽壁加工修正，将槽壁加工修正为与孔同心的整圆，以当前点为起点，以孔圆心为圆心，终点为起点刀具走整圆圆弧插补。

进一步地，在某一段圆弧插补中，刀具在此圆弧插补时的圆弧插补中心与此圆弧插补的下刀点在同一直径上但不同半径，所述角度α为180°。

进一步地，第一段圆弧插补到第N段圆弧插补中，排序为奇数段的圆弧插补的刀具圆弧插补的圆心都为B，排序为偶数段的圆弧插补的刀具圆弧插补的圆心都为A。

进一步地，所述点B和点A之间连线的中点为孔圆心0。

进一步地，所述刀具圆弧插补的圆心相对于孔圆心0的偏移量为环形槽的每圈半径进给量的四分之一。

进一步地，所述孔壁为制动钳的缸孔，所述环形槽体为制动钳的密封槽和/或防尘槽。

孔壁上环形槽体用编程方法，此编程方法是基于加工中心进行实施，编程方法包括如下步骤：

步骤一、参数确定

确定刀具初始位置，即第一段圆弧插补的开始圆半径#1，它与孔的半径、刀具半径有关，#1≤孔半径-刀具半径；

确定所需成型的环形槽的半径，即最后一段圆弧插补的结束半径#2，#2＝孔半径-刀具半径；

确定每段圆弧插补的进给量#3，且进给量#3为加工设备精度的4n倍，所述n为不小于1的自然数；

确定孔的圆心的坐标(X，Y)，并由对刀操作确定环形槽所在的Z向的坐标值H1；

步骤二、参数输入：将步骤一中的开始圆半径#1、结束半径#2、进给量#3、圆心的坐标(X，Y)以及坐标值H1输入至程序中，即更改相应的值；

步骤三、刀具定位：根据坐标值H1将刀具沿孔轴线移动到环形槽所在的位置；

步骤四：初始进给：根据开始圆半径#1，将刀具从孔轴线负向移动长度为开始圆半径#1的距离，从而使刀具接近孔的左侧壁上；

步骤五、计算初始圆弧插补直径#4，#4＝#1*2-#3/2；

步骤六、上半圆的圆弧插补:

a、程序计算刀具进行上半圆的圆弧插补的直径，即当前步骤#4＝上一步骤中的#4+#3；对应的圆弧插补半径#5＝当前#4/2；

b、刀具进行圆弧插补，圆弧插补结束后，刀具在X方向在正向上较之圆弧插补初始点移动当前#4的距离，即刀具旋转180°；

步骤七、下半圆的圆弧插补：

a、程序计算刀具进行下半圆的圆弧插补的旋转直径，即当前#4＝上一步骤中的#4+#3；对应的圆弧插补半径#5＝当前#4/2；

b、刀具进行圆弧插补，圆弧插补结束后，刀具在X方向在负向上较之圆弧插补初始点移动当前#4的距离，即刀具旋转180°；

步骤八、计算结束圆半径#6，#6＝#5+#3/4；然后判定结束圆半径#6和结束半径#2之间的大小，如若径#6大于#2，则重复步骤六和七，反之则进行下一步；

步骤九、刀具走整圆插补进行槽壁加工修正，使整个槽体为整圆并与孔同心；

步骤十、退刀：刀具移动#6距离，从而移动到孔轴心处，然后沿孔轴线移动到孔外。

孔壁上环形槽体用加工系统，包括具有存储介质的加工中心，所述存储介质中存储有执行权利要求7中所记载的编程方法。

由于采用了本技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明孔壁上环形槽体用加工方法、其编程方法及其加工系统，基于加工中心，并采用成型铣刀多圈铣削加工，优选地保证每圈径向进给量t相等。由于每次的圆弧插补切削量小，每一圈径向渐进进给，从而保证切削平稳，切削力很小，刀具寿命提升；同时走刀速度极快，槽体表面粗糙度小，产品质量易控制；并且该方法中，加工转折点少，编程简单，加工效率高；

2.本发明孔壁上环形槽体用加工方法、其编程方法及其加工系统，针对孔壁上的环形槽加工设计出了一种全新的、每段切削力小、切削平稳且切削不间断的顺滑式加工方法，本发明通过多段首尾圆滑衔接的圆弧插补来平滑地在孔壁上初步加工出环形槽，不仅槽壁平滑且圆弧过渡，同时无需调刀，一次走刀即可成型，工作效率高、加工方式简便可靠；

3.本发明孔壁上环形槽体用加工方法、其编程方法及其加工系统，较之现有的两种环形槽加工方式来说：取消了直接“工进进刀至密封槽直径”的方式，而是采用切削半径逐渐增大的圆弧式渐进给进方式，本发明有效地避免切削量过大，又因刀杆细受限于刀具强度低所导致的走刀必须很慢、加工效率低、粗糙度差等问题；同时采用圆弧插补这种渐进方式，既能通过多段切削半径不同但首尾圆滑衔接的圆弧来进行环形槽的初步成型，又能在具备较少的圆弧段的基础上，获得较高的加工质量，保证了高加工精度的同时，又加工简单、编程简单。即使本发明仅将一圆周分为两段来渐进加工的效果也远高于分段数十段的“近似阿基米德螺旋线加工方法”的效果；

4.本发明孔壁上环形槽体用加工方法、其编程方法及其加工系统，采用了成型铣刀多圈铣削加工，径向等距渐进进给加工方式，大大减小切削力，加工过程平稳，有效提高了加工质量及加工精度，相对于现有的加工方式F150来说，走刀速度大大提高，F1500左右，刀具寿命可达万件以上，产品变差很小，产品质量能得到很好的控制；使汽车的性能得到极大的提升,减少汽车在运行过程中安全事故的发生；同时提高了生产效率，生产成本降低，增加企业收入。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1是现有的成型铣刀铣削加工环形槽的第一种方式；

图2是现有的成型铣刀铣削加工环形槽的第二种方式；

图3是本发明的成型铣刀铣削加工环形槽的示意图。

附图3中标号说明：

1-第一段圆弧插补的起始点；2-第一段圆弧插补的结束点/第二段圆弧插补的起始点；

2-第二段圆弧插补的结束点/第三段圆弧插补的起始点。

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，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面结合图3对本发明作详细说明。

实施例1

孔壁上环形槽体用加工方法，包括如下步骤：

S4、刀具走整圆插补进行槽壁加工修正，直至整个槽体距离孔圆心0的半径与环形槽体半径一致。

本发明基于加工中心，并采用成型铣刀多圈铣削加工，优选地保证每圈径向进给量t相等。由于每次的圆弧插补切削量小，每一圈径向渐进进给，从而保证切削平稳，切削力很小，刀具寿命提升；同时走刀速度极快，槽体表面粗糙度小，产品质量易控制；并且该方法中，加工转折点少，编程简单，加工效率高。

本发明针对孔壁上的环形槽加工设计出了一种全新的、每段切削力小、切削平稳且切削不间断的顺滑式加工方法，本发明通过多段首尾圆滑衔接的圆弧插补来平滑地在孔壁上初步加工出环形槽，不仅槽壁平滑且圆弧过渡，同时无需调刀，一次走刀即可成型，工作效率高、加工方式简便可靠。

本发明较之现有的两种环形槽加工方式来说：突破了传统的加工设定，本发明取消了直接“工进进刀至密封槽直径”的方式，而是采用切削半径逐渐增大的圆弧式渐进给进方式，本发明有效地避免切削量过大，又因刀杆细受限于刀具强度低所导致的走刀必须很慢、加工效率低、粗糙度差等问题；同时采用圆弧插补这种渐进方式，既能通过多段切削半径不同但首尾圆滑衔接的圆弧来进行环形槽的初步成型，又能在具备较少的圆弧段的基础上，获得较高的加工质量，保证了高加工精度的同时，又加工简单、编程简单。即使本发明仅将一圆周分为两段来渐进加工的效果也远高于分段数十段的“近似阿基米德螺旋线加工方法”的效果。

实施例2

将本发明应用于制动钳的缸孔的环形槽体的加工时，环形槽体为制动钳的密封槽和/或防尘槽，其加工具体如下：

刀具的圆弧插补中心所在的半径可以较之起始点所在的半径相差90°、180°等，其根据实际加工条件设计即可。本发明中，优选地采用下述方案：在某一段圆弧插补中，刀具在此圆弧插补时的圆弧插补中心与此圆弧插补的下刀点在同一直径上但不同半径，所述角度α为180°。

进一步地，所述点B和点A之间连线的中点为孔圆心0。

进一步地，所述刀具圆弧插补的圆心相对于孔圆心0的偏移量为环形槽的每圈半径进给量的四分之一。此时刀具每旋转半圈进行圆弧插补半径调整，总共旋转四圈即可完成环形槽的圆弧插补切削；对应的，如若刀具圆弧插补的圆心相对于孔圆心0的偏移量为环形槽的每圈半径进给量的八分之一，则旋转八圈即完成。

本发明中，刀具从缸孔中心轴向进刀至密封槽位置，再径向进刀至缸孔直径1处，即图3中点1所表示的位置，采用中心偏移每圈半径进给量t的四分之一，以与点1共直径但不共半径的B点为圆心，B点距离孔圆心的距离为每圈半径进给量t的四分之一；刀具走半圆弧插补至直径2处，即图3中点2所表示的位置，再以中心方向偏移每圈半径进给量t的四分之一，则以A点为圆心，A点距离孔圆心的距离为每圈半径进给量t的四分之一，刀具走半圆弧插补至3处，即图3中点3所表示的位置......,以此类推，刀具切削至密封槽直径，然后走整圆圆弧插补加工修正。

本加工方法采用了成型铣刀多圈铣削加工，径向等距渐进进给加工方式，大大减小切削力，加工过程平稳，有效提高了加工质量及加工精度，相对于现有的加工方式F150来说，走刀速度大大提高，F1500左右，刀具寿命可达万件以上，产品变差很小，产品质量能得到很好的控制。使汽车的性能得到极大的提升,减少汽车在运行过程中安全事故的发生。同时提高了生产效率，生产成本降低，增加企业收入。

实施例3

本实施例是以转动角度α为180度进行具体实施说明。

孔壁上环形槽体用加工方法，如图3所示，其包括如下步骤：

S2、圆弧插补：以图3中当前刀具所在位置(1)为起点，B点为圆心走半圆圆弧插补至(2)点，以(2)点为起点，以A点为圆心走半圆圆弧插补至(3)点，完成一圈圆弧插补，该点为下一圈圆弧插补的起点；

S3、判定S2中刀具所完成的径向最大切削量是否与加工出环形槽体的切削量一致，若刀具所完成的径向最大切削量小于加工出环形槽体的切削量，则重复步骤S2；重复步骤S2时，以上一段圆弧插补的结束点为下一段圆弧插补的起始点，圆心分别为B点和A点，完成下一圈圆弧插补；

重复步骤S2多次后的第4圈圆弧插补中，第4圈圆弧插补后所完成的结束点为径向最大切削量，此径向最大切削量与加工出环形槽体的切削量一致，然后进行下一步；

S4、刀具走整圆圆弧插补进行槽壁加工修正为整圆并与孔同心，以当前点为起点，以孔圆心为圆心，终点为起点刀具走整圆圆弧插补。

第一段圆弧插补到第N段圆弧插补中，排序为奇数段的圆弧插补的圆心都为点B，排序为偶数段的圆弧插补的圆心都为点A。

进一步地，所述点B和点A之间连线的中点为孔圆心0。

进一步地，所述刀具圆弧插补的圆心相对于孔圆心0的偏移量为环形槽的每圈半径进给量的四分之一。此时刀具每走半圈进行圆弧插补后，进行圆弧插补半径调整，总共走2个半圆圆弧插补即可完成一圈圆弧插补切削；

本发明中，刀具从缸孔中心轴向进刀至密封槽位置，再径向进刀至缸孔直径1处，即图3中点1所表示的位置，以该点为起点，B点为圆心，B点距离孔圆心的距离为每圈半径进给量t的四分之一；刀具走半圆弧插补至直径2处，即图3中点2所表示的位置，再以A点为圆心，A点距离孔圆心的距离为每圈半径进给量t的四分之一，刀具走半圆弧插补至3处，即图3中点3所表示的位置......,以此类推，刀具切削至密封槽直径，然后走整圆圆弧插补加工修正。

实施例4

步骤一、参数确定

步骤五、计算初始圆弧插补直径#4，#4＝#1*2-#3/2；

步骤六、上半圆的圆弧插补:

a、程序计算刀具进行上半圆的圆弧插补的旋转直径，即当前步骤#4＝上一步骤中的#4+#3；对应的圆弧插补半径#5＝当前#4/2；

步骤七、下半圆的圆弧插补：

以孔半径为25.1mm，刀具半径为20,孔的圆心坐标为(10,10)举例，本发明的编程主要如下：

O1000

#1＝5；(设定开始圆半径，#1＝#2-N*#3，#1≤孔半径-刀具半径)

#2＝9；(设定结束圆半径,此为环形槽的半径，即目标值)

#3＝0.8；(设定每圈进给量,#3＝n*0.004)

G40G49G80G94

G0 G90 G54 X10 Y10；(设定定位孔的圆心)

G43 Z0 H1；(设定刀具Z向定位，H1由对刀进行确定)

M3 S1000；(刀具正转，转速1000r/min)

G91

G1 X-[#1]F1500；(进给至起点，即图3中由圆心移动到标号1所在的点位)

#4＝#1*2-#3/2；(，计算初始圆弧插补直径)

N100

#4＝#4+#3；(计算切削上半圆时圆弧插补的直径)

#5＝#4/2；(计算圆弧插补半径)

G2 X[#4]I[#5]F1500(刀具顺时针圆弧插补，完成上半圆切削)

#4＝#4+#3；(计算切削下半圆时旋转半圆的直径)

#5＝#4/2；(计算圆弧插补的半径)

G2 X-[#4]I-[#5]F1500(刀具顺时针圆弧插补，完成下半圆切削)

#6＝#5+#3/4；(计算结束圆半径)

I F[#2GT#6]GOTO 100(比对切削的半径#6和目标值#2，当目标值#2大于切削的半径#6，则切削未到位，重复N100，直至切削的半径#6和目标值#2匹配)

G2 I[#6]F1500(整圆修整)

G0 X[#6](刀具径向移动，退到孔中心)

G0 G90 Z100(刀具从孔中退出)

M30(结束)

实施例4

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.孔壁上环形槽体用加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的孔壁上环形槽体用加工方法，其特征在于：在某一段圆弧插补中，刀具在此圆弧插补时的旋转中心与此圆弧插补的下刀点在同一直径上但不同半径，所述角度α为180°。

3.根据权利要求2所述的孔壁上环形槽体用加工方法，其特征在于：第一段圆弧插补到第N段圆弧插补中，排序为奇数段的圆弧插补的刀具圆弧插补的圆心都为B，排序为偶数段的圆弧插补的刀具圆弧插补的圆心都为A。

4.根据权利要求3所述的孔壁上环形槽体用加工方法，其特征在于：所述点B和点A之间连线的中点为孔圆心0。

5.根据权利要求2所述的孔壁上环形槽体用加工方法，其特征在于：所述刀具圆弧插补的圆心相对于孔圆心0的偏移量为环形槽的每圈半径进给量的四分之一。

6.根据权利要求1所述的孔壁上环形槽体用加工方法，其特征在于：所述孔壁为制动钳的缸孔，所述环形槽体为制动钳的密封槽和/或防尘槽。

7.孔壁上环形槽体用编程方法，其特征在于：此编程方法是基于加工中心进行实施，编程方法包括如下步骤：

步骤一、参数确定

步骤五、计算初始圆弧插补直径#4，#4＝#1*2-#3/2；

步骤六、上半圆的圆弧插补:

步骤七、下半圆的圆弧插补：

步骤八、计算结束圆半径#6，#6＝#5+#3/4；然后判定结束圆半径#6和结束半径#2之间的大小，如若径#6大于#2，则重复步骤六和步骤七，反之则进行下一步；

8.孔壁上环形槽体用加工系统，包括具有存储介质的加工中心，其特征在于：所述存储介质中存储有执行权利要求7中所记载的编程方法。