CN114932256B - 零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工领域，公开了一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法及设备，可以用于零件端面上的型孔系孔边倒圆加工及槽边倒圆加工。使用传统铣刀完成型孔孔边倒圆加工比派制专用倒圆刀具加工的圆弧有效长度更长且可以避免受零件结构干涉产生的影响，提高加工过程的自动化水平。该方法的使用可以实现型孔孔边及曲线轮廓棱边的加工，增加了此类加工的可选择性方案，减少了人工操作对零件质量的干预，对于大批量生产零件可以提高加工效率，具有较强的适应性及现场推广价值。

Description

零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法及设备

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体为一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法及设备。

背景技术

航空发动机盘类、轴颈类零件上设计时有较多的去重型孔或装配型孔，为减少零件应力多采用型孔孔边倒圆设计，倒圆加工多采用加工中心进行加工。一般情况下，在型孔周边存在开放空间的前提条件下使用专用倒圆铣刀可以完成此类型孔孔边的倒圆加工要求，但针对型孔孔边缘存在结构干涉的情况时，传统的倒圆铣刀产生了物理干涉，无法正常加工，传统倒圆铣刀的加工干涉示意简图，以往在此情况下，往往咨询设计单位建议允许人工钳修倒圆，其人工操作无法提高零件表面一致性，钳修倒圆其型面仅宏观上近似逼近，微观上去量存在严重的不均匀性，对于高速转动的转子类零件的平衡也产生了影响。鉴于以上情况使用球头铣刀或R铣刀逼近轮廓加工倒圆可以解决此类问题，在实践应用中取得了良好效果。

发明内容

针对现有技术中存在的因结构干涉无法使用传统倒圆铣刀加工曲面轮廓棱边倒圆的问题，本发明提供一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法及设备，使用球头刀或R铣刀,采用角度增量控制进刀深度变量和轮廓偏移点坐标补偿变量，以轮廓逼近形式加工型孔棱边倒圆。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法，包括如下步骤：

步骤1，根据零件结构、型孔尺寸及倒圆尺寸选择铣加工刀具；

步骤2，根据铣加工刀具并依据粗糙度确定角度增量△α；

步骤3，根据零件结构及铣加工刀具的圆弧大小建立层深进给数学模型；

步骤4，将型孔对称中心与坐标轴重合后，型孔轮廓向外侧偏移一个倒圆半径，型孔轮廓内侧偏移一个刀具圆弧半径；

步骤5，将型孔轮廓向外侧偏移一个倒圆半径，向内侧偏移一个刀具圆弧半径；将其偏移产生的最大轮廓中的切点与偏移产生的最小轮廓中的相应切点连线，确定切点连线与坐标轴之间的夹角；

步骤6，根据连线与坐标轴夹角及在坐标轴中的偏移矢量方向列出坐标关系对应表；

步骤7，根据坐标关系对应表建立轮廓加工刀具轨迹数学模型；

步骤8，根据建立轮廓加工刀具轨迹数学模型编制数控宏程序完成型孔棱边倒圆加工。

优选的，步骤1中，铣加工刀具的半径公式如下：

d≤r_i-R₂；

其中，d为刀具半径；r_i为组成型孔圆弧中数值最小的圆弧；R₂为刀具圆弧。优选的，步骤2中，角度增量△α的计算公式如下：

n＝90/△α-1；

其中，n为刀具下刀分层数，△α为角度增量。

优选的，步骤3中，根据零件结构及铣加工刀具的圆弧大小建立层深进给数学模型的计算公式如下：

其中，Z_j为下刀量，R＝R₁+R₂；R₁为倒圆圆弧；R₂为刀具圆弧；j为轴向下刀层序数；△α为角度增量；H为起始补偿高度，由局部倒圆圆弧最高点与程序Z₀端面决定。

优选的，步骤4中，将型孔对称中心与坐标轴重合后，型孔轮廓向外侧偏移一个倒圆半径，型孔轮廓内侧偏移一个刀具圆弧半径得到最大轮廓圆弧切点坐标为(X_iMax、Y_iMax)和最小轮廓圆弧切点坐标为(X_iMin、Y_iMin)。

优选的，步骤5中，确定最大轮廓圆弧切点坐标与其对应的最小轮廓圆弧切点坐标连线与坐标轴的夹角β_i，其中0≤β_i≤90，0≤i≤m，m为型孔轮廓圆弧切点个数。

优选的，步骤6中，根据连线与坐标轴夹角及在坐标轴中的偏移矢量方向列出坐标关系对应表的公式如下：

X_j＝X_jMax±S_j×sinβ_i；

Y_j＝Y_jMax±S_j×cosβ_i；

其中，0≤j≤n，X_jMin≤X_j≤X_jMax，Y_jMin≤Y_j≤Y_jMax；S_j为轮廓偏移补偿变量。进一步的，轮廓偏移补偿变量S_j的计算公式如下：

S_j＝R×Sin(△α×j)；

其中，R为；j为轴向下刀层序数；；△α为角度增量。

优选的，根据坐标关系对应表建立轮廓加工刀具轨迹数学模型，计算公式如下：

加工刀具刀心实际点位：

一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法，可以用于零件端面上的型孔系孔边倒圆加工及槽边倒圆加工。使用传统铣刀完成型孔孔边倒圆加工比派制专用倒圆刀具加工的圆弧有效长度更长且可以避免受零件结构干涉产生的影响，提高加工过程的自动化水平。该方法的使用可以实现型孔孔边及曲线轮廓棱边的加工，增加了此类加工的可选择性方案，减少了人工操作对零件质量的干预，对于大批量生产零件可以提高加工效率，具有较强的适应性及现场推广价值。

附图说明

图1为本发明中零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法的流程图；

图2为本发明中根据零件结构及粗糙度要求绘图得出的角度增量△α示意图；

图3为本发明中根据型孔轮廓向外侧偏移倒圆半径向内侧偏移刀具圆弧半径，通过对应圆弧切点的连线确定夹角β_i示意图；

图4为本发明实施例在Vericut仿真模拟的走刀第一轨迹图；

图5为本发明实施例在Vericut仿真模拟的走刀第二轨迹图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明一个实施例中，提供了本发明提供一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法及设备，使用球头刀或R铣刀,采用角度增量控制进刀深度变量和轮廓偏移点坐标补偿变量，以轮廓逼近形式加工型孔棱边倒圆。

具体的，该零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法，包括如下步骤：

步骤1，根据零件结构、型孔尺寸及倒圆尺寸选择铣加工刀具；

具体的，铣加工刀具的半径公式如下：

d≤r_i-R₂；

其中，d为刀具半径；r_i为组成型孔圆弧中数值最小的圆弧；R₂为刀具圆弧。

步骤2，根据铣加工刀具并依据粗糙度确定角度增量△α；

具体的，角度增量△α的计算公式如下：

n＝90/△α-1；

其中，n为刀具下刀分层数，△α为角度增量。

步骤3，根据零件结构及铣加工刀具的圆弧大小建立层深进给数学模型；

具体的，根据零件结构及铣加工刀具的圆弧大小建立层深进给数学模型的计算公式如下：

其中，Z_j为下刀量，R＝R₁+R₂；R₁为倒圆圆弧；R₂为刀具圆弧；j为轴向下刀层序数；△α为角度增量；H为起始补偿高度，由局部倒圆圆弧最高点与程序Z₀端面决定。

步骤4，将型孔对称中心与坐标轴重合后，型孔轮廓向外侧偏移一个倒圆半径，型孔轮廓内侧偏移一个刀具圆弧半径得到最大轮廓圆弧切点坐标为(X_iMax、Y_iMax)和最小轮廓圆弧切点坐标为(X_iMin、Y_iMin)。

步骤5，将型孔轮廓向外侧偏移一个倒圆半径，向内侧偏移一个刀具圆弧半径；将其偏移产生的最大轮廓中的切点与偏移产生的最小轮廓中的相应切点连线，确定切点连线与坐标轴之间的夹角β_i，其中0≤β_i≤90，0≤i≤m，m为型孔轮廓圆弧切点个数；

步骤6，根据连线与坐标轴夹角及在坐标轴中的偏移矢量方向列出坐标关系对应表；

具体的，根据连线与坐标轴夹角及在坐标轴中的偏移矢量方向列出坐标关系对应表的公式如下：

X_j＝X_jMax±S_j×sinβ_i；

Y_j＝Y_jMax±S_j×cosβ_i；

其中，0≤j≤n，X_jMin≤X_j≤X_jMax，Y_jMin≤Y_j≤Y_jMax；S_j为轮廓偏移补偿变量。其中，轮廓偏移补偿变量S_j的计算公式如下：

S_j＝R×Sin(△α×j)；

其中，R为；j为轴向下刀层序数；△α为角度增量。

步骤7，根据坐标关系对应表建立轮廓加工刀具轨迹数学模型；

具体的，根据坐标关系对应表建立轮廓加工刀具轨迹数学模型，计算公式如下：

加工刀具刀心实际点位：

即在使用刀具半径补偿时输入(d-R₂)，当为球头刀时不使用半径补偿，此时d＝R₂刀心与刀轨重合。

步骤8，根据建立轮廓加工刀具轨迹数学模型编制数控宏程序完成型孔棱边倒圆加工。

本发明还提供了一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法。

实施例

本实施例通过以上陈述的方法，包括绘图确定角度增量，通过角度增量计算刀具下刀深度变量，确定型孔圆弧切点坐标与偏移后切点坐标夹角，建立轮廓偏移补偿变量与角度增量关系，建立宏程序通过深度线性加工型孔倒圆，解决因结构干涉无法人工倒圆的困境，此加工方法适用性强，具有模块化推广价值，适用于多种受限条件下的型孔孔边倒圆任务。

例如使用加工中心MV-85对零件上型孔孔边倒圆进行加工，通过绘图2定其角度增量△α(这里△α可以看做为原始增量)，根据倒圆半径R₁及刀具圆弧半径R₂计算刀具实际下刀深度变量Z_j。根据绘图3定夹角β_i，通过夹角β_i根据轮廓偏移补偿变量确定圆弧切点点位坐标关系式，在明确每层下刀深度与角度增量关系及每层圆弧切点坐标与轮廓偏移补偿变量关系后，编制宏程序对受限干涉条件下的型孔倒圆进行轮廓逼近加工。

按照此类方法对某机受限型孔孔边倒圆进行了加工，受到了良好的应用，降低了钳工的工作强度，提高了试制零件的表面一致性，图4图5为按此类方法在Vericut仿真模拟的走刀轨迹图,并在实际应用中取得较好效果。

综上所述，本发明提供一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法，可以用于零件端面上的型孔系孔边倒圆加工及槽边倒圆加工。使用传统铣刀完成型孔孔边倒圆加工比派制专用倒圆刀具加工的圆弧有效长度更长且可以避免受零件结构干涉产生的影响，提高加工过程的自动化水平。该方法的使用可以实现型孔孔边及曲线轮廓棱边的加工，增加了此类加工的可选择性方案，减少了人工操作对零件质量的干预，对于大批量生产零件可以提高加工效率，具有较强的适应性及现场推广价值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，根据零件结构、型孔尺寸及倒圆尺寸选择铣加工刀具；

铣加工刀具的半径公式如下：

d≤r_i-R₂；

其中，d为刀具半径；r_i为组成型孔圆弧中数值最小的圆弧；R₂为刀具圆弧；

步骤2，根据铣加工刀具并依据粗糙度确定角度增量△α；

角度增量△α的计算公式如下：

n＝90/△α-1；

其中，n为刀具下刀分层数，△α为角度增量；

步骤3，根据零件结构及铣加工刀具的圆弧大小建立层深进给数学模型；

根据零件结构及铣加工刀具的圆弧大小建立层深进给数学模型的计算公式如下：

其中，Z_j为下刀量，R＝R₁+R₂；R₁为倒圆圆弧；R₂为刀具圆弧；j为轴向下刀层序数；△α为角度增量；H为起始补偿高度，由局部倒圆圆弧最高点与程序Z₀端面决定；

步骤4，将型孔对称中心与坐标轴重合后，型孔轮廓向外侧偏移一个倒圆半径，型孔轮廓内侧偏移一个刀具圆弧半径；

将型孔对称中心与坐标轴重合后，型孔轮廓向外侧偏移一个倒圆半径，型孔轮廓内侧偏移一个刀具圆弧半径得到最大轮廓圆弧切点坐标为(X_iMax、Y_iMax)和最小轮廓圆弧切点坐标为(X_iMin、Y_iMin)；

步骤5，将型孔轮廓向外侧偏移一个倒圆半径，向内侧偏移一个刀具圆弧半径；将其偏移产生的最大轮廓中的切点与偏移产生的最小轮廓中的相应切点连线，确定切点连线与坐标轴之间的夹角；

确定最大轮廓圆弧切点坐标与其对应的最小轮廓圆弧切点坐标连线与坐标轴的夹角β_i，其中0≤β_i≤90，0≤i≤m，m为型孔轮廓圆弧切点个数；

步骤6，根据连线与坐标轴夹角及在坐标轴中的偏移矢量方向列出坐标关系对应表；

根据连线与坐标轴夹角及在坐标轴中的偏移矢量方向列出坐标关系对应表的公式如下：

X_j＝X_jMax±S_j×sinβ_i；

Y_j＝Y_jMax±S_j×cosβ_i；

其中，0≤j≤n，X_jMin≤X_j≤X_jMax，Y_jMin≤Y_j≤Y_jMax；S_j为轮廓偏移补偿变量；

轮廓偏移补偿变量S_j的计算公式如下：

S_j＝R×Sin(Δα×j)；

其中，j为轴向下刀层序数；Δα为角度增量；

步骤7，根据坐标关系对应表建立轮廓加工刀具轨迹数学模型；

根据坐标关系对应表建立轮廓加工刀具轨迹数学模型，计算公式如下：

加工刀具刀心实际点位：

步骤8，根据建立轮廓加工刀具轨迹数学模型编制数控宏程序完成型孔棱边倒圆加工。

2.一种零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的零件结构受限下的多曲率型孔棱边倒圆加工方法。