CN113695650B

CN113695650B - 一种大曲面长横梁结构件的加工刀具及加工方法

Info

Publication number: CN113695650B
Application number: CN202111266878.6A
Authority: CN
Inventors: 潘继胜
Original assignee: Chengdu Lingxuan Precision Machinery Co ltd
Current assignee: Chengdu Lingxuan Precision Machinery Co ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2041-10-29
Also published as: CN113695650A

Abstract

本发明公开了一种大曲面长横梁结构件的加工刀具及加工方法，其包括连接柱、万向节、三角刀、固定板、限位框，所述连接柱一端安装在机床转动轴的三爪卡盘上，连接柱另一端连接万向节，万向节连接三角刀，三角刀的后端位于限位框的内部的限位空间当中，限位框固定在固定板上，固定板固定在机床上，限位框的限位空间为圆角正方形，限位空间的边长与横截面为勒洛三角形的三角刀的边长对应，其能够简单专递主轴动力的能力，对于偏心的三角刀运行轨迹具有十分良好的适应能力，三角刀的刀体大，有更强的结构强度，更加适应深孔加工，对于连续曲面实现连续、无需重复定位连续加工，装夹误差降低，并且对于对机床的要求极大程度上降低。

Description

一种大曲面长横梁结构件的加工刀具及加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种大曲面长横梁结构件的加工刀具及加工方法。

背景技术

在机械加工过程中，经常遇到的是对于大型工件内部由多个连续曲面组成的弯曲面的加工，再加上零件为薄壁件，加工深度较深，就形成了对于薄壁零件内壁的连续弯曲曲面的加工难题，其形状复杂，基准相互关联、形位公差较多，且图纸精度要求高，加工时的装夹的难度较高，再加上对于特殊形状的孔、凹槽等形状的加工，存在加工难度大的问题；由于加工深度大，还需定制专用特殊转接动力刀杆，定位困难，对于机床的要求高，需要使用五轴机床，采用分曲面进行多次加工才能实现，在多次加工的过程中，就存在对于工件的多次定位，定位消耗时间长，容易产生装夹误差，导致报废件增加，企业生产成本相应增加，且在生产过程中，多次定位消耗的时间长，分部加工效率低等问题也限制了企业的产能。加工要去五轴机床，设备采购以及运行过程中的花费高，也提升了企业的成本，企业利润急速降低。

如本发明中的大型工件，就存在形状复杂，基准相互关联、形位公差较多，且图纸精度要求高，加工时的装夹的难度较高，尤其是两端装配位置的内方孔，其位置和形状很难加工，加工部分其加工深度达到630mm以上，在实际加工时需用到五轴机床和多次装夹，还需定制专用特殊转接动力刀杆，即使用五轴加工，受制于刀具、内方孔的空间小，同样也会留下很多残余部分（刀具转角），为此，需要设计新的加工工具、工艺方法以及相关的工装夹具，尽可能的减少装夹次数、减少加工次数，完成该零件主要尺寸的加工，从而规避因装夹误差的累积造成零件超差的风险。

发明内容

为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种大曲面长横梁结构件的加工刀具及加工方法，其采用万向节、三角刀、限位框三个部件的配合，实现了简单传递主轴动力的能力，对于偏心的三角刀运行轨迹具有十分良好的适应能力，不存在繁复适应结构，简单易用，维修维护简便，三角刀的刀体大，刀体能够有更强的结构强度更加适应深孔加工，对于连续曲面的加工实现连续无需重复定位连续加工的能力，装夹误差降低，对机床的要求极大程度上降低。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：提供一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其包括连接柱、万向节、三角刀、固定板、限位框，所述连接柱一端安装在机床转动轴的三爪卡盘上，连接柱另一端连接万向节，万向节连接三角刀，三角刀的后端位于限位框的内部的限位空间当中，限位框固定在固定板上，固定板固定在机床上，限位框为圆角正方形，与横截面为勒洛三角形的三角刀的边长对应。

根据本发明所述的一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其进一步的优选技术方案是：所述三角刀的前端开刃，后端未开刃，限位框位于未开刃部分。

根据本发明所述的一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其进一步的优选技术方案是：所述三角刀的长度为930mm，其中刀刃部分30mm，未开刃部分900mm，刀杆和刀头设计成分体式，更经济、方便。

根据本发明所述的一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其进一步的优选技术方案是：所述三角刀的横截面的勒洛三角形的边长与所需加工的最小圆角的大小相对应，限位框的限位空间边长与勒洛三角形的边长相等。

根据本发明所述的一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其进一步的优选技术方案是：所述限位框中间的限制空间为倒圆角的正方形，限位框本体为圆形的凸台结构，在外侧的凸台上设置有安装孔，安装孔与限制空间的四条边的中点对应，在固定板上设置有多组对应的安装孔，每组安装孔之间错开布置。

根据本发明所述的一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其进一步的优选技术方案是：采用多组限位框和固定板配合固定三角刀，多组限位框和固定板之间进行固定连接，所述限位框垂直于三角刀的中心线设置。

根据本发明所述的一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其进一步的优选技术方案是：所述固定板下部设置有零件通过窗口。

一种大曲面长横梁结构件的加工方法：（1）将待加工工件从两端内腔压紧在产品随形工装上，并在产品中间部分设置辅助压紧；（2）在龙门加工中心上加工工件的底面的平面部分，并保证尺寸；（3）以加工完成的底面作为定位以及安装面，将工件安装到工装桥板上，避免工件加工过程中的变形；（4）将安装在工装桥板上的工件安装到四轴机床上，进行定位、校正；（5）将待加工的内轮廓使用若干个三角刀对应的圆角方形框进行贴合对应，限位框调整到与第一个圆角方形框对应位置，三角刀由外向内进行推进，铣销第一个圆角方形框对应区域；（6）限位框依次调整到与剩余圆角方形框对应的位置并进行铣削，直至完成内部轮廓的加工。

根据本发明所述的一种大曲面长横梁结构件的加工方法，其进一步的优选技术方案是：步骤（5）中将待加工的内轮廓使用若干个三角刀对应的圆角方形框进行贴合对应的规则为：待加工圆角位置对应圆角方形的圆角位置，待加工直线边对应圆角方形的直线边，大于90°的待加工圆角由多个错开的圆角方形的圆角拼接构成，并且要求所有加工面均需要三角刀形成的圆角方形加工区域的边缘重合。

根据本发明所述的一种大曲面长横梁结构件的加工方法，其进一步的优选技术方案是：在切削过程中，在步骤（5）和（6）中，铣削规则为：采用多层次、连续铣削的方式进行加工，最大加工量5.5mm，最小加工量2.3mm最大加工深度630mm。

相比现有技术，本发明的技术方案具有如下优点/有益效果：

1、采用万向节、三角刀、限位框三个部件的配合，实现了对于方形孔的加工，并且限位框与三角刀的配合使得三角刀的运动区域收到了严格的限制，万向节起到传到主轴的转动及自动调节偏心距离的作用，采用万向节加上限位框的配置，实现了简单专递主轴动力的能力，对于偏心的三角刀运行轨迹具有十分良好的适应能力，不存在繁复适应结构，简单易用，维修维护简便。

2、三角刀的刀体大，同等大小的刀体三角刀加工适应的圆角又小于圆柱形刀具，对于深度较深的孔的加工尤其适宜，刀体能够有更强的结构强度，对于大曲面的连续加工及其友好，不再需要定制专用特殊转接动力刀杆以及定制高强度的刀具，对于企业的刀具成本显著降低。

3.使用轨迹重合的加工理念，实现了一次装夹连续加工的能力，无需重复定位，对于连续的圆角连接的曲面具有良好的加工能力，无需重复定位，加工精度高，连续性好，效率提高，加工误差导致的报废率明显减少。

4.采用本发明的刀具以及加工方法，对于机床的要求极大程度上降低，由原先的五轴机床降低到四轴机床的程度，加工难度降低吗，对于企业的设备成本，加工成本都更加的友好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明一种大曲面长横梁结构件的加工刀具的安装位置结构示意图。

图2是本发明一种大曲面长横梁结构件的加工刀具的结构示意图。

图3是图2中A处的局部放大图。

图4是本发明一种大曲面长横梁结构件的加工刀具的背面结构示意图。

图5是图4中B处的局部放大图。

图6是图2的正视图。

图7是图2的俯视图。

图8是本发明一种大曲面长横梁结构件的加工刀具的限位框以及三角刀的万向轴方向的结构示意图。

图9是图8中C处的局部放大图。

图10是本发明一种大曲面长横梁结构件的加工刀具的限位框以及三角刀的三角刀方向的结构示意图。

图11是本发明一种大曲面长横梁结构件的加工刀具的限位框的结构示意图。

图12是图11的正视图。

图13是图12中A—A的剖视图。

图14是本发明一种大曲面长横梁结构件的加工方法的加工轨迹示意图。

图中标记分别为：1.连接柱 2.万向节 3.三角刀 301.刀体固定座 302.刀体4.固定板 5.限位框 501.限位空间 6.安装孔 7.三爪卡盘 8.零件通过窗口 9.机床 10.零件。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

实施例：

如图1-13所示，一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其包括连接柱1、万向节2、三角刀3、固定板4、限位框5，所述连接柱1一端安装在机床转动轴的三爪卡盘7上，连接柱1另一端连接万向节2，万向节2连接三角刀3，在三角刀3的后端位于限位框5的内部的限位空间501当中，限位框5固定在固定板4上，固定板4固定在机床上，限位框5为圆角正方形，与横截面为勒洛三角形的三角刀3的边长对应。所述万向节2采用三个小结构成的万向节2，可以更好地适应限位框的变化。

所述三角刀3的前端开刃，后端未开刃，限位框5位于未开刃部分，开刃部分用于切削，未开刃部分用于与限位框5配合进行定位，不开刃可以避免对限位框的损害。三角刀也可设置为分体结构，方便刀刃磨损或损坏后的更换，未开刃部分设置为刀体固定座301，开刃部分为刀体302，将刀体安装在刀体固定座上即形成完整的三角刀，并且刀体固定座在安装刀体一端设置一段与刀刃形状保持一致的形状，避免刀体固定座影响加工。

所述三角刀3的长度为930mm，其中刀刃部分30mm，未开刃部分900mm，当然，刀具的各个位置的长度可以根据实际的需求进行更改。

所述三角刀3的横截面的勒洛三角形的边长与所需加工的最小圆角的大小相对应，限位框5的限位空间501边长与勒洛三角形的边长相等，且三角刀3在安装时的初始位置需要保证限位框5的限位空间501的边与勒洛三角形的边处于同一起点，即横截面呈勒洛三角形的三角刀3在限位空间501内运行时，勒洛三角形处于稳定运行状态，可以较为方便的进行定位。

所述限位框5中间的限制空间为倒圆角的正方形，限位框5本体为圆形的凸台结构，在外侧的凸台上设置有安装孔6，安装孔6与限制空间的四条边的中点对应，在固定板4上设置有多组对应的安装孔6，每组安装孔6之间错开一定的角度布置，错开的角度根据实际需求进行确定，利用安装孔6的错开的角度，可以实现对限位框5的旋转，进而影响到对应的三角刀的加工区域的变化。限位框5采用多个叠加形成限位框架，可增加三角刀3的稳定性。

采用多组限位框5和固定板4配合固定三角刀3，多组限位框和固定板之间进行固定连接，所述限位框5垂直于三角刀3的中心线设置，并且在安装时，需要保证限位框5是稳定安装的，不会因为刀具的转动产生位移，导致加工区域的变化，加工区域的变化会导致加工精度的降低，使得零件的不合格率上升。在实际使用中，限位框和固定板加厚至300mm，目的是：有效控制三角刀杆限位框垂直中心轴线。

所述固定板4下部设置有零件通过窗口8，零件支出部分通过窗口伸出，可以减少刀具的长度，提升加工的深度。

如图14所示，一种大曲面长横梁结构件的加工方法：（1）将待加工工件从两端内腔压紧在产品随形工装上，并在产品中间部分设置辅助压紧；（2）在龙门加工中心上加工工件的底面的平面部分，并保证尺寸；（3）以加工完成的底面作为定位以及安装面，将工件安装到工装桥板上，避免工件加工过程中的变形；（4）将安装在工装桥板上的工件安装到四轴机床上，进行定位、校正；（5）将待加工的内轮廓使用若干个三角刀对应的圆角方形框进行贴合对应，限位框调整到与第一个圆角方形框对应位置，三角刀由外向内进行推进，铣销第一个圆角方形框对应区域；（6）限位框依次调整到与剩余圆角方形框对应的位置并进行铣削，直至完成内部轮廓的加工。

步骤（5）中将待加工的内轮廓使用若干个三角刀对应的圆角方形框进行贴合对应的规则为：待加工圆角位置对应圆角方形的圆角位置，待加工直线边对应圆角方形的直线边，大于90°的待加工圆角由多个错开的圆角方形的圆角拼接构成，并且要求所有加工面均需要三角刀形成的圆角方形加工区域的边缘重合。如图14所示，分别用三个圆角方形的三角刀运动轮廓I、J、K来对待加工区域进行贴合对应，实现待加工轮廓的加工。

在切削过程中，在步骤（5）和（6）中，铣削规则为：采用多层次、连续铣削的方式进行加工，最大加工量5.5mm，最小加工量2.3mm 最大加工深度630mm，当然，采用更大或者更小的三角刀加工精度、加工深度会有一定的变化，主要是指三角刀变小其稳定性会有变化，进而对加工深度以及精度产生影响。此处多层次指的是将较大的加工余量分为较小的加工余量，多次加工，连续铣削指的是加工连续，以一定速度持续加工，中途尽量避免停机等意外情况。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其特征在于，其包括连接柱、万向节、三角刀、固定板、限位框，所述连接柱一端安装在机床转动轴的三爪卡盘上，连接柱另一端连接万向节，万向节连接三角刀，三角刀的后端位于限位框的内部的限位空间当中，限位框固定在固定板上，固定板固定在机床上，限位框的限位空间为圆角正方形，限位空间的边长与横截面为勒洛三角形的三角刀的边长对应，采用多组限位框和固定板配合固定三角刀，多组限位框和固定板之间进行固定连接，所述限位框垂直于三角刀的中心线设置，所述三角刀的前端开刃，后端未开刃，限位框位于未开刃部分，三角刀的长度为930mm，其中刀刃部分30mm，未开刃部分900mm。

2.根据权利要求1所述的一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其特征在于，所述三角刀的横截面的勒洛三角形的边长与所需加工的最小圆角的大小相对应，限位框的限位空间边长与勒洛三角形的边长相等。

3.根据权利要求1所述的一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其特征在于，所述限位框中间的限制空间为倒圆角的正方形，限位框本体为圆形的凸台结构，在外侧的凸台上设置有安装孔，安装孔与限制空间的四条边的中点对应，在固定板上设置有多组对应的安装孔，每组安装孔之间错开布置。

4.根据权利要求1所述的一种大曲面长横梁结构件的加工刀具，其特征在于，所述固定板下部设置有零件通过窗口。

5.一种大曲面长横梁结构件的加工方法，其特征在于，（1）将待加工工件从两端内腔压紧在产品随形工装上，并在产品中间部分设置辅助压紧；（2）在龙门加工中心上加工工件的底面的平面部分，并保证尺寸；（3）以加工完成的底面作为定位以及安装面，将工件安装到工装桥板上，避免工件加工过程中的变形；（4）将安装在工装桥板上的工件安装到四轴机床上，进行定位、校正；（5）将待加工的内轮廓使用若干个三角刀对应的圆角方形框进行贴合对应，限位框调整到与第一个圆角方形框对应位置，三角刀由外向内进行推进，铣销第一个圆角方形框对应区域；（6）限位框依次调整到与剩余圆角方形框对应的位置并进行铣削，直至完成内部轮廓的加工。

6.根据权利要求5所述的一种大曲面长横梁结构件的加工方法，其特征在于，步骤（5）中将待加工的内轮廓使用若干个三角刀对应的圆角方形框进行贴合对应的规则为：待加工圆角位置对应圆角方形的圆角位置，待加工直线边对应圆角方形的直线边，大于90°的待加工圆角由多个错开的圆角方形的圆角拼接构成，并且要求所有加工面均需要三角刀形成的圆角方形加工区域的边缘重合。

7.根据权利要求6所述的一种大曲面长横梁结构件的加工方法，其特征在于，在切削过程中，在步骤（5）和（6）中，铣削规则为：采用多层次、连续铣削的方式进行加工，最大加工量5.5mm，最小加工量2.3mm最大加工深度630mm。