CN114367789B - 一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法，属于雪车冰刀领域。现有雪车冰刀加工时变形较大和切削刀纹方向、表面残留高度及尺寸精度的控制难度大。本发明采用高速数控铣削加工，所述的雪车冰刀的加工方法，包括：建立冰刀三维模型曲面，所述冰刀三维模型曲面包括外形轮廓S面、D面刃口、A面、A面圆角、A面斜面、B面、B面圆角、B面斜面，共8个区域；粗加工外形轮廓S面、D面刃口、A面、A面圆角、A面斜面、B面、B面圆角、B面斜面；精加工冰刀外形轮廓S面；精加工冰刀A面圆角、B面圆角、A面斜面、和B面斜面；精加工冰刀D面刃口。本发明适用于冰面赛道竞速的冰刀，保障其稳定性。
Description
技术领域
本发明属于雪车冰刀领域，尤其涉及一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方 法。
背景技术
雪车底部有两组独立的滑行钢刃，俗称“冰刀”。雪车冰刀是一种特殊合金 钢材料，毛坯为国外进口，材料特性倾向于马氏体不锈钢(2Cr13Ni2)，并且材 料必须经过国际雪车联合会(IBSF)认可，带有激光蚀刻防伪标识，只能通过 去除材料获得最终冰刀形状，不允许使用任何热处理工艺改变零件强度、硬度 及零件塑形。
上述冰刀及其材料在国内属首次加工，加工时变形较大，采用一次装夹尽 可能多的完成加工内容，即外形和刃口斜面粗加工后直接精加工，导致变形集 中，所有变形倾向一侧；其X向变形量达到1.7mm，Y向变形量达到0.6mm，尺 寸超差严重，无法满足雪车冰刀设计的性能要求。此外，为了避免刃口表面应 力集中，加工刃口时要求切削路径从头到尾不能中断，且刃口表面粗糙度要求 很高，对于切削刀纹方向、表面残留高度及尺寸精度的控制带来很大难度。
发明内容
本发明解决了雪车冰刀加工时变形较大和切削刀纹方向、表面残留高度及 尺寸精度的控制难度大的问题。
一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法，所述加工方法包括：
建立冰刀三维模型曲面，所述冰刀三维模型曲面包括外形轮廓S面、D面刃 口、A面、A面圆角、A面斜面、B面、B面圆角、B面斜面，共8个区域；
粗加工外形轮廓S面、D面刃口、A面、A面圆角、A面斜面、B面、B面圆 角、B面斜面；
精加工冰刀外形轮廓S面；
精加工冰刀A面圆角、B面圆角、A面斜面、和B面斜面；
精加工冰刀D面刃口。
优选地，所述粗加工外形轮廓S面、D面刃口、A面、A面圆角、A面斜面、 B面、B面圆角、B面斜面，包括：
粗加工外形轮廓S面，选用硬质合金铣刀，所述外形轮廓S面每层切削量 设定为0.35mm，轮廓余量设置为0.2mm，加工完成后将零件从夹具上取下，释 放加工应力变形；
粗加工D面刃口的轮廓，选用硬质合金铣刀，所述D面刃口的轮廓每层切 削量设定为0.35mm，轮廓余量设置为0.4mm，加工完成后从夹具上取下零件， 释放加工应力变形；
粗加工A面斜面和D面刃口的曲面，选用硬质合金铣刀，所述A面斜面和D 面刃口的曲面每层切削量设定为0.35mm，所述A面斜面余量设置为0.2mm，所 述D面刃口余量设置为0.3mm，加工完成后从夹具上取下零件，释放加工应力变 形；
粗加工B面斜面和D面刃口的曲面，选用硬质合金铣刀，所述B面斜面和D 面刃口的曲面每层切削量设定为0.35mm，所述B斜面余量设置为0.2mm，所述D 面刃口余量设置为0.3mm，加工完成后从夹具上取下零件，释放加工应力变形。
优选地，所述精加工冰刀外形轮廓S面，包括：
选用硬质合金铣刀，采用侧刃切削方式，所述外形轮廓S面轮廓余量设置 为-0.01mm。
优选地，所述精加工冰刀A面圆角、B面圆角、A面斜面、和B面斜面，包 括：
精加工A面圆角，选用硬质合金铣刀，所述A面圆角残留高度设定值为 0.002mm，余量设置为0.01mm；
精加工B面圆角，选用硬质合金铣刀，所述B面圆角残留高度设定值为 0.002mm，余量设置为0.01mm；
精加工A面斜面，所述精加工A面斜面包含精加工A面斜面和精加工D面 刃口的曲面，选用硬质合金铣刀，所述A面斜面和D面刃口的曲面残留高度设 定值为0.002mm，所述A面斜面余量设置为0.01mm，所述D面刃口的曲面余量 设置为0.15mm；
精加工B面斜面，所述精加工B面斜面包含精加工B面斜面和精加工D面 刃口的曲面，选用硬质合金铣刀，所述B面斜面和D面刃口的曲面残留高度设 定值为0.002mm，所述B面斜面余量设置为0.01mm，所述D面刃口的曲面余量 设置为0.15mm。
优选地，所述A面圆角加工与所述外形轮廓S面和所述A面的刀具路径有 0.01-0.02mm差值。
优选地，所述B面圆角加工与所述外形轮廓S面和所述B面的刀具路径有 0.01-0.02mm差值。
优选地，所述A面斜面的刀具路径与所述A面之间有0.02mm差值。
优选地，所述B面斜面的刀具路径与所述B面之间有0.02mm差值。
优选地，所述加工方法采用高速数控铣削加工。
优选地，所述精加工冰刀D面刃口，选用整体硬质合金球头铣刀，采用偏 置加工策略生成刃口刀具路径。
本发明解决了本发明解决了雪车冰刀加工时变形较大和切削刀纹方向、表 面残留高度及尺寸精度的控制难度大的问题。
本发明的有益之处在于：
(1)本发明提供了一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法，采用高速数控 铣削加工，控制切削余量及加工顺序，以减小加工应力，从而控制冰刀的变形 量，保证冰刀稳定性。
(2)本发明通过设计刀具切削残留高度，来控制刀具路径的行距，并且采 用三维偏置策略，来实现冰刀刃口从头到尾光顺加工，达到控制刀纹方向及尺 寸精度的目的，刃口精加工后的表面光顺，抛光量小，能保证冰刀的尺寸精度， 最终经过轻微抛光处理即可达到光整效果，操作简便。
(3)现有技术通过热处理工艺和后期校直处理控制冰刀的变形量，本发明 通过设计刀具及精加工，使其减少处理流程，提高生产效率，减少制造周期。
(4)本发明设计的切削参数及预设值与常规数值相比，既能良好的控制应 力变形又能提高工件表面质量，同时，本发明设计的切削参数及预设值具有更 高的加工效率和易于表面抛光的作用。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述的冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法一种实施例的流程 图；
图2是本发明所述的冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法控制加工应力变形 的流程图；
图3是本发明所述的冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法曲面无痕衔接处理 的流程图；
图4是本发明实施例所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的毛坯示意图；
图5是本发明实施例所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的样件正视图；
图6是本发明实施例所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的样件左视图，其 中包括：外形轮廓S面11、D面刃口18、A面12、A面圆角14、A面斜面16、B 面13、B面圆角15、B面斜面17；
图7是本发明实施例所述的S面参考线加工路径示意图，其中包括：201- 冰刀样件，202-S面粗加工路径，203-S面轮廓参考线；
图8是本发明实施例所述的D面刃口三维偏置加工路径示意图，其中，301- 刃口参考线，302-刃口刀具路径，303-刃口加工边界。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一、参见图1说明本实施例。本实施例中使用五轴高速数控铣床加 工冰刀，本实施例所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法，所述加工方 法包括：
建立冰刀三维模型曲面，所述冰刀三维模型曲面包括外形轮廓S面11、D 面刃口18、A面12、A面圆角14、A面斜面16、B面13、B面圆角15、B面斜 面17，共8个区域；
粗加工外形轮廓S面11、D面刃口18、A面12、A面圆角14、A面斜面16、 B面13、B面圆角15、B面斜面17；
精加工冰刀外形轮廓S面11；
精加工冰刀A面圆角14、B面圆角15、A面斜面16、和B面斜面17；
精加工冰刀D面刃口18。
本实施例中，采用逐级分序粗加工去除余量，通过制作定位夹具，将冰刀 分区域粗加工，做到正反面粗加工后变形相互抵消，精加工后的整体变形量可 控制在0.1mm。
实施例二、参见图2和图4说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的 一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法进一步限定，所述的粗加工外形轮廓S 面11、D面刃口18、A面12、A面圆角14、A面斜面16、B面13、B面圆角15、 B面斜面17，包括：
粗加工外形轮廓S面11，选用硬质合金铣刀，所述外形轮廓S面11每层切 削量设定为0.35mm，轮廓余量设置为0.2mm，加工完成后将零件从夹具上取下， 释放加工应力变形；
粗加工D面刃口18的轮廓，选用硬质合金铣刀，所述D面刃口18的轮廓 每层切削量设定为0.35mm，轮廓余量设置为0.4mm，加工完成后从夹具上取下 零件，释放加工应力变形；
粗加工A面斜面16和D面刃口18的曲面，选用硬质合金铣刀，所述A面 斜面16和D面刃口18的曲面每层切削量设定为0.35mm，所述A面斜面余量设 置为0.2mm，所述D面刃口18余量设置为0.3mm，加工完成后从夹具上取下零 件，释放加工应力变形；
粗加工B面斜面17和D面刃口18的曲面，选用硬质合金铣刀，所述B面 斜面17和D面刃口18的曲面每层切削量设定为0.35mm，所述B斜面余量设置 为0.2mm，所述D面刃口余量设置为0.3mm，加工完成后从夹具上取下零件，释 放加工应力变形。
如图4所示的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的毛坯示意图，在本实施例中， 其冰刀毛坯为国外采购的半成品合金钢，外形轮廓S面11和D面刃口8、A面 斜面16和B面斜面17均留有余量，外形轮廓S面11、A面12和B面13均设 有圆角过渡。
如图5所示，D面刃口18的加工路径需沿X方向曲面随形加工，且所述D 面刃口18的表面粗糙度要求Ra0.8，Y方向的尺寸公差为正负0.1mm，整体变形 量应控制在0.2mm以内，A面12和B面13已加工到尺寸，并带有激光蚀刻防伪 标识IBSF,不允许再次加工，为保证竞赛公平性，不允许改变冰刀所使用材料的 强度、硬度等参数。
本实施例中，粗加工D面刃口18的轮廓变形量约为0.3mm至0.4m，粗加工 A面斜面16和D面刃口18的曲面变形量约为1.3mm至1.5m，粗加工B面斜面 17和D面刃口18的曲面变形量约为1.3mm至1.5m。当加工后松开加紧力，零 件回弹，释放变形量，经正反面反复装夹加工修正，变形量逐渐减小，最终精 加工后整体变形量可达到0.1mm以内，此状态为应力变形充分释放。
粗加工D面刃口18的轮廓每层切削量0.35mm，配合
方肩铣刀， 采用高速数控铣削，有利于提高刀具使用寿命，减少切削应力变形；轮廓余量0.4mm有利于后序半精加工和精加工余量分配及变形量控制。此处数值用其他数 值代替将影响最终变形量，该数值为经济加工参考值。
实施例三、参见图7说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的一种冰 面赛道竞速雪车冰刀的加工方法进一步限定，所述精加工冰刀外形轮廓S面11， 包括：
选用硬质合金铣刀，采用侧刃切削方式，所述外形轮廓S面轮廓余量设置 为-0.01mm。
本实施例中，外形轮廓S面轮廓余量设置的目的是：在保证尺寸公差的前 提下，设置负余量有利于后续圆角加工路径的无痕衔接。如果数值大于-0.01mm 可能在分序二次装夹时产生误差出现过切，如果数值小于-0.02mm在二次装夹时 可能因欠切出现明显刀痕。以上结果受机床精度、刀具精度、装夹定位精度等 综合因素影响，需保证机床定位精度≤0.005mm；零件外形轮廓需使用同一把刀 具，且刀具外形尺寸磨损量≤0.002mm；工件二次装夹定位及重复找正精度≤ 0.01mm。
实施例四、参见图3、图5和图6说明本实施例。本实施例是对实施例一所 述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法进一步限定，所述精加工冰刀A面 圆角14、B面圆角15、A面斜面16、和B面斜面17，包括：
精加工A面圆角14，选用硬质合金铣刀，所述A面圆角14残留高度设定值 为0.002mm，余量设置为0.01mm；
精加工B面圆角15，选用硬质合金铣刀，所述B面圆角15残留高度设定值 为0.002mm，余量设置为0.01mm；
精加工A面斜面16，所述精加工A面斜面16包含精加工A面斜面16和精 加工D面刃口18的曲面，选用硬质合金铣刀，所述A面斜面16和D面刃口18 的曲面残留高度设定值为0.002mm，所述A面斜面16余量设置为0.01mm，所述 D面刃口的曲面18余量设置为0.15mm；
精加工B面斜面17，所述精加工B面斜面17包含精加工B面斜面17和精 加工D面刃口18的曲面，选用硬质合金铣刀，所述B面斜面17和D面刃口18 的曲面残留高度设定值为0.002mm，所述B面斜面17余量设置为0.01mm，所述 D面刃口18的曲面余量设置为0.15mm。
本实施例中，余量设定值是冰刀表面无痕衔接的关键所在。其中，所加工 的曲面与相邻曲面之间无触感和视觉上的明显分界线或沟痕，分序加工的两个 相邻曲面之间达到平滑相切连接，看不出是两次装夹加工出来的拼接曲面即为 无痕衔接。
实施例五、本实施例是对实施例一所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加 工方法进一步限定，所述A面圆角14加工与所述外形轮廓S面11和所述A面 12的刀具路径有0.01-0.02mm差值，保证A面圆角14、A面12和外形轮廓S面 11的曲面交接处做到无痕衔接。
实施例六、本实施例是对实施例一所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加 工方法进一步限定，所述B面圆角15加工与所述外形轮廓S面11和所述B面 13的刀具路径有0.01-0.02mm差值，保证B面圆角15、B面13和外形轮廓S面 11曲面交接处做到无痕衔接。
实施例七、本实施例是对实施例一所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加 工方法进一步限定，所述A面斜面16的刀具路径与所述A面12之间有0.02mm 差值，不会产生过切，有利于保证A面斜面16和A面12曲面交接处做到无痕 衔接。
实施例八、本实施例是对实施例一所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加 工方法进一步限定，所述B面斜面17的刀具路径与所述B面13之间有0.02mm 差值，不会产生过切，有利于保证B面斜面17和B面13曲面交接处做到无痕 衔接。
实施例九、本实施例是对实施例一所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加 工方法进一步限定，所述加工方法采用高速数控铣削加工。
本实施例中，采用高速数控铣削加工，提高生产率，改善加工精度和表面 质量，实现整体结构零件加工。
实施例十、本实施例是对实施例一所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加 工方法进一步限定，所述精加工冰刀D面刃口18，选用整体硬质合金球头铣刀， 采用偏置加工策略生成刃口刀具路径。
本实施例中，所述残留高度设定值为0.002mm，余量设置为0.05mm，所述 余量设置的目的是：保证所述D面刃口18高度尺寸公差带(0-0.1)要求，并 且有利于保证所述D面刃口18与所述A面斜面17和所述B面斜面16加工后无 痕衔接。残留高度的预设值大小对表面粗糙度影响较大，该设定值为测试结果， 有利于后序刃口抛光，可以理解为表面波峰和波谷高度差为0.002mm，抛光时表 面波峰经过修整打磨掉0.002mm即可达到平滑效果，再继续打磨掉0.001mm以 内即可实现光整效果。其它测试值，如0.003mm及以上数值，后序抛光工作量 增大，费工费时；如残留高度设定为0.001mm，该刀具路径切削时间增加进1/3。
余量设定值为固定值，以此数值加工后即可达到刃口尺寸公差带0.1mm的 中间值，为最佳效果。
Claims (5)
1.一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括：
建立冰刀三维模型曲面，所述冰刀三维模型曲面包括外形轮廓S面(11)、D面刃口(18)、A面(12)、A面圆角(14)、A面斜面(16)、B面(13)、B面圆角(15)、B面斜面(17)，共8个区域；
粗加工外形轮廓S面(11)、D面刃口(18)、A面(12)、A面圆角(14)、A面斜面(16)、B面(13)、B面圆角(15)、B面斜面(17)；
精加工冰刀外形轮廓S面(11)；
精加工冰刀A面圆角(14)、B面圆角(15)、A面斜面(16)、和B面斜面(17)；
精加工冰刀D面刃口(18)；所述粗加工外形轮廓S面(11)、D面刃口(18)、A面(12)、A面圆角(14)、A面斜面(16)、B面(13)、B面圆角(15)、B面斜面(17)，包括：
粗加工外形轮廓S面(11)，选用硬质合金铣刀，所述外形轮廓S面(11)每层切削量设定为0.35mm，轮廓余量设置为0.2mm，加工完成后将零件从夹具上取下，释放加工应力变形；
粗加工D面刃口(18)的轮廓，选用硬质合金铣刀，所述D面刃口(18)的轮廓每层切削量设定为0.35mm，轮廓余量设置为0.4mm，加工完成后从夹具上取下零件，释放加工应力变形；
粗加工A面斜面(16)和D面刃口(18)的曲面，选用硬质合金铣刀，所述A面斜面(16)和D面刃口(18)的曲面每层切削量设定为0.35mm，所述A面斜面余量设置为0.2mm，所述D面刃口(18)余量设置为0.3mm，加工完成后从夹具上取下零件，释放加工应力变形；
粗加工B面斜面(17)和D面刃口(18)的曲面，选用硬质合金铣刀，所述B面斜面(17)和D面刃口(18)的曲面每层切削量设定为0.35mm，所述B斜面余量设置为0.2mm，所述D面刃口余量设置为0.3mm，加工完成后从夹具上取下零件，释放加工应力变形；
所述精加工冰刀外形轮廓S面(11)，包括：
选用硬质合金铣刀，采用侧刃切削方式，所述外形轮廓S面轮廓余量设置为-0.01mm；所述精加工冰刀A面圆角(14)、B面圆角(15)、A面斜面(16)、和B面斜面(17)，包括：
精加工A面圆角(14)，选用硬质合金铣刀，所述A面圆角(14)残留高度设定值为0.002mm，余量设置为0.01mm；
精加工B面圆角(15)，选用硬质合金铣刀，所述B面圆角(15)残留高度设定值为0.002mm，余量设置为0.01mm；
精加工A面斜面(16)，所述精加工A面斜面(16)包含精加工A面斜面(16)和精加工D面刃口(18)的曲面，选用硬质合金铣刀，所述A面斜面(16)和D面刃口(18)的曲面残留高度设定值为0.002mm，所述A面斜面(16)余量设置为0.01mm，所述D面刃口（ 18 ） 的曲面余量设置为0.15mm；
精加工B面斜面(17)，所述精加工B面斜面(17)包含精加工B面斜面(17)和精加工D面刃口(18)的曲面，选用硬质合金铣刀，所述B面斜面(17)和D面刃口(18)的曲面残留高度设定值为0.002mm，所述B面斜面(17)余量设置为0.01mm，所述D面刃口(18)的曲面余量设置为0.15mm；
所述加工方法采用高速数控铣削加工；
所述精加工冰刀D面刃口(18)，选用整体硬质合金球头铣刀，采用偏置加工策略生成刃口刀具路径。
2.根据权利要求1所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法，其特征在于，所述A面圆角(14)与所述外形轮廓S面(11)和所述A面(12)的刀具路径有0.01-0.02mm差值。
3.根据权利要求1所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法，其特征在于，所述B面圆角(15)与所述外形轮廓S面(11)和所述B面(13)的刀具路径有0.01-0.02mm差值。
4.根据权利要求1所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法，其特征在于，所述A面斜面(16)的刀具路径与所述A面(12)的刀具路径之间有0.02mm差值。
5.根据权利要求1所述的一种冰面赛道竞速雪车冰刀的加工方法，其特征在于，所述B面斜面(17)的刀具路径与所述B面(13)的刀具路径之间有0.02mm差值。
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2022
- 2022-01-12 CN CN202210029783.0A patent/CN114367789B/zh active Active
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