CN115415756B - 一种基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工技术领域，公开了一种基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法。该加工方法的步骤如下：加工待加工件；在待加工件工艺头上加工销孔、螺孔；制作待加工件的专用工装；在专用工装的工装找正面上加工销孔、螺孔；在铣床或钻床上固定专用工装；在专用工装上装配待加工件；在铣床或钻床上找正待加工件；加工待加工件的向心孔；切掉待加工件工艺头，去除待加工件的毛刺和锐边，获得零件。该加工方法通过专用工装，在铣床或钻床上能够实现球面任意向心角度孔的加工，而且向心角度孔的精度和粗糙度均满足产品要求，提升了加工效率，降低了加工成本。该加工方法用经济高效的手段，在铣床或钻床上实现了任意角度向心孔的加工。

Description

一种基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法。

背景技术

球面向心孔通常采用五轴加工中心来实现，五轴加工中心的成本高昂，不适合进行工业产品加工。

当前，亟需发展一种基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法。

本发明的基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法，包括以下步骤：

S10.加工待加工件；

S11.利用数控车床上的三爪卡盘夹持棒料的一端，车端面，预留长为10mm的、用于加工外球面时夹持的圆盘形的工艺头，工艺头的外圆直径比外球面直径大15mm~20mm，粗钻内球面为台阶孔，留单边余量1.5mm，得到加工体Ⅰ；

S12.掉头，利用数控车床上的三爪卡盘夹持工艺头，车端面，保证总长比零件长度长12mm，粗车外球面为圆柱体，圆柱体的直径比外球面的直径大2mm，得到加工体Ⅱ；

S13.利用数控车床的三爪卡盘夹持待加工件的外球面处的圆柱体，数控车床精车内球面到尺寸；再车端面，保证总长比零件实际长度长Lmm，得到加工体Ⅲ；

S14.掉头，利用数控车床的三爪卡盘夹持工艺头，允差小于0.001，数控车床精车待加工件的外球面到尺寸，保证球面竖直中心线与工艺头端面垂直，得到待加工件，待加工件整体为飞碟型，下方是圆盘型的工艺头，上方是空心半圆球体；

S20.在待加工件上加工销孔、螺孔；

将待加工件安装在坐标镗床上，找正，利用坐标镗床在待加工件的工艺头上依次钻铰圆心角为β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆的12个销孔，再交错钻铰4个对称的螺孔，得到钻边缘孔的待加工件；

S30.制作待加工件的专用工装；

制作待加工件的专用工装，专用工装为方形体，方形体的高度为D2，方形体内开有方形通槽，方形通槽的长度和宽度均大于待加工件的工艺头的直径，方形通槽的深度为D2/2+L；方形体的一侧设置分度头夹持工艺头，分度头夹持工艺头的水平对称中心线与方形体的水平对称中心线共线，分度头夹持工艺头的高度为D1；

S40.在专用工装的工装找正面上加工销孔、螺孔；

以专用工装上、与待加工件配合的方形通槽的上表面为工装找正面，工装找正面与方形体的水平对称中心线平行；在工装找正面上，用坐标镗床对称钻铰2个、与待加工件工艺头上的销孔对应的定位销孔，定位销孔的中心轴线垂直于工装找正面；在工装找正面的中心，用坐标镗床钻铰1个、直径为d1的工装找正孔，工装找正孔的中心轴线垂直于工装找正面；在工装找正面，用坐标镗床对称钻铰2个、用于搭压板的压板用螺孔；

S50.在铣床或钻床上固定专用工装；

通过铣床或钻床的分度头夹持专用工装上的分度头夹持工艺头的方式，在铣床或钻床上固定专用工装；调整专用工装，确保专用工装的工装找正面与铣床或钻床的工作台平行；调整铣床或钻床的分度头，确保工装找正面的工装找正孔的中心与铣床或钻床的主轴重合，且与专用工装的水平对称中心线垂直；

S60.在专用工装上装配待加工件；

将待加工件放置在专用工装的方形通槽上表面，用定位销将待加工件工艺头上角度为β1的销孔与专用工装的定位销孔定位后，将压板搭在待加工件的工艺头上，通过螺钉穿过搭压板用螺孔将待加工件固定在专用工装上；

S70.在铣床或钻床上找正待加工件；

在铣床或钻床上找正待加工件，确保待加工件的球面中心与铣床或钻床的分度头中心重合，专用工装的工装找正孔中心与铣床或钻床主轴重合，且待加工件的中心轴线与铣床或钻床的分度头的中心轴线垂直，然后将分度头与铣床或钻床工作台固定；

S80.加工待加工件的向心孔；

S81.将铣床或钻床的分度头依次旋转α₁角度、α₂角度、α₃角度、α₄角度、α₅角度、α₆角度、α₇角度、α₈角度、α₉角度、α₁₀角度、α₁₁角度，加工待加工件工艺头上角度为β₁的圆弧直径上的各孔到尺寸；

S82.松开固定待加工件与专用工装的螺钉，拔出定位销，将待加工件旋转β₂角度，用定位销将待加工件与专用工装定位后，用螺钉将待加工件与专用工装固定，铣床或钻床的分度头依次旋转α₁角度、α₂角度、α₃角度、α₄角度、α₅角度、α₆角度、α₇角度、α₈角度、α₉角度、α₁₀角度、α₁₁角度，加工待加工件工艺头上角度为β₂的圆弧直径上的各孔到尺寸；

S83.重复步骤S82，依次完成待加工件工艺头上角度为β₃~β₆的圆弧直径上的各孔到尺寸，得到钻向心孔的待加工件；

S90.切掉待加工件工艺头，去除毛刺和锐边，得到零件；

松开压板上的螺钉，拔出定位销，取下钻向心孔的待加工件，切掉钻向心孔的待加工件的工艺头，去除各处毛刺和锐边，得到所需的零件，加工完成。

本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法具有以下关键技术要点：

1.加工工装找正面时，要确保工装找正面与专用工装的水平对称中心线的垂直距离等于待加工件工艺头长度，待加工件装配在专用工装上以后，待加工件的球面中心与专用工装的方形通槽的上表面中心重合；

2.分度头夹持工艺头的水平对称中心线与方形体的水平对称中心线共线。

3.专用工装的工装找正面上的定位销孔、工装找正孔与工装找正面垂直。

4.专用工装的工装找正面上的定位销孔与待加工件工艺头上的销孔的中心距相等；

5.待加工件工艺头上销孔的圆心角与零件的向心角的圆周角角度完全一致。

本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法具有合理的工艺流程，通过专用工装，在铣床或钻床上能够实现球面任意向心角度孔的加工，而且向心角度孔的精度和粗糙度均满足产品要求，提升了加工效率，降低了加工成本；用经济高效的手段，在铣床或钻床上实现了任意角度向心孔的加工，对类似球面向心孔工件的加工具有借鉴意义。

附图说明

图1为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法的流程图；

图2-1为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的加工体Ⅰ（剖面图）；

图2-2为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的加工体Ⅱ（俯视图）；

图2-3为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的加工体Ⅲ（俯视图）；

图2-4a为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的待加工件（立体图）

图2-4b为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的待加工件（剖面图）；

图2-4c为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的待加工件（俯视图）；

图2-5a为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的钻边缘孔的待加工件（立体图）

图2-5b为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的钻边缘孔的待加工件（剖面图）；

图2-5c为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的钻边缘孔的待加工件（俯视图）；

图3a为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中使用的专用工装（立体图）；

图3b为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中使用的专用工装（剖面图）；

图3c为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中使用的专用工装（俯视图）；

图4为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的待加工件与专用工装的装配图（立体图）；

图5a为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的钻向心孔的待加工件（立体图）

图5b为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的钻向心孔的待加工件（剖面图）；

图5c为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法中的钻向心孔的待加工件（俯视图）；

图6a为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法获得的零件（立体图）；

图6b为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法获得的零件（剖面图）；

图6c为本发明基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法获得的零件（俯视图）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

实施例1

如图1所示，本发明的基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法，包括以下步骤：

S10.加工待加工件；

S11.利用数控车床上的三爪卡盘夹持棒料的一端，车端面，预留长为10mm的、用于加工外球面时夹持的圆盘形的工艺头，工艺头的外圆直径比外球面直径大15mm~20mm，粗钻内球面为台阶孔，留单边余量1.5mm，得到如图2-1所示的加工体Ⅰ；

S12.掉头，利用数控车床上的三爪卡盘夹持工艺头，车端面，保证总长比零件长度长12mm，粗车外球面为圆柱体，圆柱体的直径比外球面的直径大2mm，得到如图2-2所示的加工体Ⅱ；

S13.利用数控车床的三爪卡盘夹持待加工件的外球面处的圆柱体，数控车床精车内球面到尺寸；再车端面，保证总长比零件实际长度长Lmm，得到如图2-3所示的加工体Ⅲ；

S14.掉头，利用数控车床的三爪卡盘夹持工艺头，允差小于0.001，数控车床精车待加工件的外球面到尺寸，保证球面竖直中心线与工艺头端面垂直，得到如图2-4a~图2-4c所示的待加工件，待加工件整体为飞碟型，下方是圆盘型的工艺头，上方是空心半圆球体；

S20.在待加工件上加工销孔、螺孔；

将待加工件安装在坐标镗床上，找正，利用坐标镗床在待加工件的工艺头上依次钻铰圆心角为β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆的12个销孔，再交错钻铰4个对称的螺孔，得到如图2-5a~图2-5c所示的钻边缘孔的待加工件；

S30.制作待加工件的专用工装；

制作如图3a~图3c所示的待加工件的专用工装，专用工装为方形体，方形体的高度为D2，方形体内开有方形通槽，方形通槽的长度和宽度均大于待加工件的工艺头的直径，方形通槽的深度为D2/2+L；方形体的一侧设置分度头夹持工艺头，分度头夹持工艺头的水平对称中心线与方形体的水平对称中心线共线，分度头夹持工艺头的高度为D1；

S40.在专用工装的工装找正面上加工销孔、螺孔；

以专用工装上、与待加工件配合的方形通槽的上表面为工装找正面，工装找正面与方形体的水平对称中心线平行；在工装找正面上，用坐标镗床对称钻铰2个、与待加工件工艺头上的销孔对应的定位销孔，定位销孔的中心轴线垂直于工装找正面；在工装找正面的中心，用坐标镗床钻铰1个、直径为d1的工装找正孔，工装找正孔的中心轴线垂直于工装找正面；在工装找正面，用坐标镗床对称钻铰2个、用于搭压板的压板用螺孔；

S50.在铣床或钻床上固定专用工装；

通过铣床或钻床的分度头夹持专用工装上的分度头夹持工艺头的方式，在铣床或钻床上固定专用工装；调整专用工装，确保专用工装的工装找正面与铣床或钻床的工作台平行；调整铣床或钻床的分度头，确保工装找正面的工装找正孔的中心与铣床或钻床的主轴重合，且与专用工装的水平对称中心线垂直；

S60.在专用工装上装配待加工件；

如图4所示，将钻边缘孔的待加工件放置在专用工装的方形通槽上表面，用定位销将待加工件工艺头上角度为β1的销孔与专用工装的定位销孔定位后，将压板搭在待加工件的工艺头上，通过螺钉穿过搭压板用螺孔将待加工件固定在专用工装上；

S70.在铣床或钻床上找正待加工件；

在铣床或钻床上找正待加工件，确保待加工件的球面中心与铣床或钻床的分度头中心重合，专用工装的工装找正孔中心与铣床或钻床主轴重合，且待加工件的中心轴线与铣床或钻床的分度头的中心轴线垂直，然后将分度头与铣床或钻床工作台固定；

S80.加工待加工件的向心孔；

S81.将铣床或钻床的分度头依次旋转α₁角度、α₂角度、α₃角度、α₄角度、α₅角度、α₆角度、α₇角度、α₈角度、α₉角度、α₁₀角度、α₁₁角度，加工待加工件工艺头上角度为β₁的圆弧直径上的各孔到尺寸；

S82.松开固定待加工件与专用工装的螺钉，拔出定位销，将待加工件旋转β₂角度，用定位销将待加工件与专用工装定位后，用螺钉将待加工件与专用工装固定，铣床或钻床的分度头依次旋转α₁角度、α₂角度、α₃角度、α₄角度、α₅角度、α₆角度、α₇角度、α₈角度、α₉角度、α₁₀角度、α₁₁角度，加工待加工件工艺头上角度为β₂的圆弧直径上的各孔到尺寸；

S83.重复步骤S82，依次完成待加工件工艺头上角度为β₃~β₆的圆弧直径上的各孔到尺寸，得到如图5a~图5c所示的钻向心孔的待加工件；

S90.切掉待加工件工艺头，去除毛刺和锐边，得到零件；

松开压板上的螺钉，拔出定位销，取下钻向心孔的待加工件，切掉钻向心孔的待加工件的工艺头，去除各处毛刺和锐边，得到如图6a~图6c所示的所需的零件，加工完成。

加工方法实现了加工件工艺头上销孔的圆心角与零件的向心角的圆周角角度完全一致，即图2-5c中的β1～β6角与图6c中的β1～β6角要完全一一对应相等。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的高超声速边界层转捩模式方法领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10.加工待加工件；

S20.在待加工件上加工销孔、螺孔；

将待加工件安装在坐标镗床上，找正，利用坐标镗床在待加工件的工艺头上依次钻铰圆心角为β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆的12个销孔，再交错钻铰4个对称的螺孔，得到钻边缘孔的待加工件；

S30.制作待加工件的专用工装；

制作待加工件的专用工装，专用工装为方形体，方形体的高度为D2，方形体内开有方形通槽，方形通槽的长度和宽度均大于待加工件的工艺头的直径，方形通槽的深度为D2/2+L；方形体的一侧设置分度头夹持工艺头，分度头夹持工艺头的水平对称中心线与方形体的水平对称中心线共线，分度头夹持工艺头的高度为D1；

S40.在专用工装的工装找正面上加工销孔、螺孔；

以专用工装上、与待加工件配合的方形通槽的上表面为工装找正面，工装找正面与方形体的水平对称中心线平行；在工装找正面上，用坐标镗床对称钻铰2个、与待加工件工艺头上的销孔对应的定位销孔，定位销孔的中心轴线垂直于工装找正面；在工装找正面的中心，用坐标镗床钻铰1个、直径为d1的工装找正孔，工装找正孔的中心轴线垂直于工装找正面；在工装找正面，用坐标镗床对称钻铰2个、用于搭压板的压板用螺孔；

S50.在铣床或钻床上固定专用工装；

S60.在专用工装上装配待加工件；

S70.在铣床或钻床上找正待加工件；

S80.加工待加工件的向心孔；

S81.将铣床或钻床的分度头依次旋转α₁角度、α₂角度、α₃角度、α₄角度、α₅角度、α₆角度、α₇角度、α₈角度、α₉角度、α₁₀角度、α₁₁角度，加工待加工件工艺头上角度为β₁的圆弧直径上的各孔到尺寸；

S82.松开固定待加工件与专用工装的螺钉，拔出定位销，将待加工件旋转β₂角度，用定位销将待加工件与专用工装定位后，用螺钉将待加工件与专用工装固定，铣床或钻床的分度头依次旋转α₁角度、α₂角度、α₃角度、α₄角度、α₅角度、α₆角度、α₇角度、α₈角度、α₉角度、α₁₀角度、α₁₁角度，加工待加工件工艺头上角度为β₂的圆弧直径上的各孔到尺寸；

S83.重复步骤S82，依次完成待加工件工艺头上角度为β₃~β₆的圆弧直径上的各孔到尺寸，得到钻向心孔的待加工件；

S90.切掉待加工件工艺头，去除毛刺和锐边，得到零件。

2.根据权利要求1所述的基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法，其特征在于，步骤S10的加工待加工件包括以下步骤：

S11.利用数控车床上的三爪卡盘夹持棒料的一端，车端面，预留长为10mm的、用于加工外球面时夹持的圆盘形的工艺头，工艺头的外圆直径比外球面直径大15mm~20mm，粗钻内球面为台阶孔，留单边余量1.5mm，得到加工体Ⅰ；

S12.掉头，利用数控车床上的三爪卡盘夹持工艺头，车端面，保证总长比零件长度长12mm，粗车外球面为圆柱体，圆柱体的直径比外球面的直径大2mm，得到加工体Ⅱ；

S13.利用数控车床的三爪卡盘夹持待加工件的外球面处的圆柱体，数控车床精车内球面到尺寸；再车端面，保证总长比零件实际长度长Lmm，得到加工体Ⅲ；

S14.掉头，利用数控车床的三爪卡盘夹持工艺头，允差小于0.001，数控车床精车待加工件的外球面到尺寸，保证球面竖直中心线与工艺头端面垂直，得到待加工件，待加工件整体为飞碟型，下方是圆盘型的工艺头，上方是空心半圆球体。

3.根据权利要求2所述的基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法，其特征在于，步骤S50的在铣床或钻床上固定专用工装包括以下步骤：

通过铣床或钻床的分度头夹持专用工装上的分度头夹持工艺头的方式，在铣床或钻床上固定专用工装；调整专用工装，确保专用工装的工装找正面与铣床或钻床的工作台平行；调整铣床或钻床的分度头，确保工装找正面的工装找正孔的中心与铣床或钻床的主轴重合，且与专用工装的水平对称中心线垂直。

4.根据权利要求3所述的基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法，其特征在于，步骤S60的在专用工装上装配待加工件包括以下步骤：

将待加工件放置在专用工装的方形通槽上表面，用定位销将待加工件工艺头上角度为β1的销孔与专用工装的定位销孔定位后，将压板搭在待加工件的工艺头上，通过螺钉穿过搭压板用螺孔将待加工件固定在专用工装上。

5.根据权利要求4所述的基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法，其特征在于，步骤S70的在铣床或钻床上找正待加工件包括以下步骤：

在铣床或钻床上找正待加工件，确保待加工件的球面中心与铣床或钻床的分度头中心重合，专用工装的工装找正孔中心与铣床或钻床主轴重合，且待加工件的中心轴线与铣床或钻床的分度头的中心轴线垂直，然后将分度头与铣床或钻床工作台固定。

6.根据权利要求5所述的基于铣床或钻床完成球面任意向心角度孔的加工方法，其特征在于，步骤S90的切掉待加工件工艺头，去除毛刺和锐边，得到零件，包括以下步骤：

松开压板上的螺钉，拔出定位销，取下钻向心孔的待加工件，切掉钻向心孔的待加工件的工艺头，去除各处毛刺和锐边，得到所需的零件，加工完成。

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