CN116748951A - 异形锥形孔的数控加工方法 - Google Patents

异形锥形孔的数控加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明是提供一种异形锥形孔的数控加工方法，以能利用数控机床一次性完成异形锥形孔加工，涉及锥孔加工技术领域。异形锥形孔的数控加工方法包括建立所述异形锥形孔的加工坐标系；建立安全防撞刀实体模型，并将所述安全防撞刀实体模型与零件的模型进行求和运算以获得防止干涉用曲面m1，拉伸安全防撞刀实体模型的内孔圆柱面并延伸超出所述异形锥形孔的外端一定距离，以创建螺旋线生成面；在所述螺旋线生成面上创建螺旋线；获得刀具路径曲线；将所述刀具路径曲线作为刀具路径，处理生成数控机床可执行的数控程序步骤。本发明实现了利用数控车床对异形锥形孔的一次性加工完成，提高了加工效率，且产品质量由车床保证，产品的质量更好，更易保证。

Description

异形锥形孔的数控加工方法
技术领域
本发明涉及锥孔切削加工技术领域，具体涉及一种异形锥形孔的数控加工方法。
背景技术
核主泵是核岛一回路系统中，用于驱动冷却剂在RCP(反应堆冷却剂系统)系统内循环流动的泵。主泵位于核岛心脏部位，用来将热水泵入蒸发器转换热能，是核电运转控制水循环的关键。主泵泵壳零件的形状复杂，由于泵壳零件的内腔形状为球形，而锥形出水孔不是设置在泵壳内腔的中心线上，即，出水孔偏心设置在泵壳球形内腔的一侧，如此，出水孔与泵壳内腔的过渡段为异形面，导致出水孔的生产制造难度高。对应这类异形锥形孔，通常情况下，由于普通的编程软件只能生成被加工面上方没有基体干涉的表面加工轨迹，无法生成内大外小这类异形锥形孔及相应相贯线倒角数控程序，故常规方式只能采用刀盘，手工编制锥形段内锥面的加工程序，加工后再采用手工打磨相贯线倒角形成过渡段的方式。该种方式加工效率低，且产品质量无法保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种异形锥形孔的数控加工方法，以能利用数控机床一次性完成异形锥形孔加工。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：异形锥形孔的数控加工方法，所述异形锥形孔偏心设置在零件的球形内腔的一侧，所述异形锥形孔包括内端大外端小的锥形段和向所述零件的内腔圆滑过渡的过渡段，所述数控加工方法包括以下步骤：
S1、建立所述异形锥形孔的加工坐标系，以所述异形锥形孔的轴心线为Z轴；
S2、建立安全防撞刀实体模型，并将所述安全防撞刀实体模型与零件的模型进行求和运算以获得防止干涉用曲面m1，其中，安全防撞刀实体模型是以内径为R，壁厚为t，并沿所述异形锥形孔的轴心线方向零件的内腔延伸，且中心线与所述异形锥形孔的轴心线重合，并能够包括所述过渡段处的偏心最远侧待加工面的圆筒，R=D/2+(d2/2－d1/2－δ)，D为锥形段的外端直径，d1为刀杆直径，d2为刀盘直径，δ为安全间隙；
S3、拉伸安全防撞刀实体模型的内孔圆柱面并延伸超出所述异形锥形孔的外端，以创建螺旋线生成面；
S4、在所述螺旋线生成面上创建螺旋线，所述螺旋线的高度起点和终点分别为所述异形锥形孔的侧面在Z轴方向上的起点和终点，所述螺旋线的螺距根据数控机床加工时每一圈的进刀量设置，所述螺旋线的内径按大于所述异形锥形孔的最大内径设置；
S5、利用所述锥形段处的待加工曲面m3、所述过渡段处的待加工曲面m2以及所述防止干涉用曲面m1，创建待加工曲面集合m=｛m1，m2，m3｝，并将所述螺旋线投影到所述待加工曲面集合m上以获得刀具路径曲线，其中，所述螺旋线的投影方向为朝向所述异形锥形孔的轴心线；
S6、将所述刀具路径曲线作为刀具路径，处理生成数控机床可执行的数控程序；
S7、根据实际加工时程序运动方向，在数控程序中添加刀具补偿指令，安装刀盘，将刀盘后刀面定义为Z轴对刀点，按照所述加工坐标系对刀并设置好机床坐标系，打开数控机床的刀具半径补偿界面，将机床中的刀具半径补偿值输入为实际的刀盘的刀具半径，打开刀具半径补偿功能，运行所述数控程序。
进一步地，所述数控加工方法采用UG或powermill编程软件。
本发明的有益效果是：本发明的异形锥形孔的数控加工方法，通过建模、建立辅助干涉体，将螺旋线映射在零件的锥形段处的待加工曲面、过渡段处的待加工曲面以及辅助干涉面上，并将映射后的曲线转化为刀具路径导出，在数控机床中通过增加刀具半径补偿功能实现锥形段的内锥面和过渡段处的相贯线倒角加工，解决了现有编程软件无法生成上小下大这类锥孔及向球形内腔圆滑过渡的过渡段数控程序的难题，实现了利用数控车床对异形锥形孔的一次性加工完成，提高了加工效率，且产品质量由车床保证，产品的质量更好，更易保证。
附图说明
图1是异形锥形孔的结构示意图；
图2是图1沿A-A的剖视图；
图3是图1沿B-B的剖视图；
图4是本发明的数控加工方法流程简图；
图5是异形锥形孔的加工坐标系示意图；
图6是安全防撞刀实体模型的示意图；
图7是创建螺旋线生成面的示意图；
图8是创建螺旋线的示意图；
图9是异形锥形孔待加工曲面示意图；
图10是刀具路径曲线的示意图；
图中所示：1-零件，2-安全防撞刀实体模型，3-刀盘，4-刀杆，5-螺旋线生成面，6-螺旋线，7-刀具路径曲线，11-内腔，12-异形锥形孔，111-中心线，121-锥形段，122-过渡段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图3所示，主泵泵壳零件1的形状复杂，侧面设有出水用异形锥形孔12，异形锥形孔12包括内端大外端小的锥形段121和向与泵壳内腔11圆滑过渡的过渡段122，尺寸及形位精度要求高。由于泵壳零件1的内腔11形状为球形，而异形锥形孔12不是设置在泵壳内腔11的中心线111上，即，异形锥形孔12偏心设置在泵壳球形内腔11的一侧，如此，异形锥形孔12与泵壳内腔的过渡段122为异形面，导致异形锥形孔的生产制造难度高。如图4所示，针对偏心设置在零件1的球形内腔11的一侧，且包括内端大外端小的锥形段121和向所述零件1的内腔圆滑过渡的过渡段122的异形锥形孔12加工较为困难的问题，本发明异形锥形孔的数控加工方法包括以下步骤：
S1、建立所述异形锥形孔12的加工坐标系，以所述异形锥形孔12的轴心线方向为Z轴方向（参见图5）；
S2、建立安全防撞刀实体模型2，并将所述安全防撞刀实体模型2与零件1的模型进行求和运算以获得防止干涉用曲面m1，其中，安全防撞刀实体模型2是以内径为R，壁厚为t，并沿所述异形锥形孔12的轴心线方向零件1的内腔延伸，且中心线与所述异形锥形孔12的轴心线重合，并能够包括零件1的所述过渡段122处的偏心最远侧待加工面的圆筒，R=D/2+(d2/2－d1/2－δ)，D为锥形段121的外端直径（小端直径），d1为刀杆4的直径，d2为刀盘3的直径，δ为安全间隙，壁厚t可任意设置（参见图6）；
S3、拉伸安全防撞刀实体模型2的内孔圆柱面并延伸超出所述异形锥形孔12的外端一定距离，该距离可任意设置，以创建螺旋线生成面5（参见图7）；
S4、在所述螺旋线生成面5上创建螺旋线6，所述螺旋线6的高度起点和终点分别为所述异形锥形孔12的侧面在Z轴方向上的起点和终点，所述螺旋线6的螺距根据数控机床加工时每一圈的进刀量设置，所述螺旋线6的内径按大于所述异形锥形孔12的最大内径设置（参见图8）；
S5、利用所述零件1的所述锥形段121处的待加工曲面m3、所述过渡段122处的待加工曲面m2以及所述防止干涉用曲面m1，创建待加工曲面集合m=｛m1，m2，m3｝，并将所述螺旋线6投影到所述待加工曲面集合m上以获得刀具路径曲线7，其中，所述螺旋线6的投影方向为朝向所述异形锥形孔12的轴心线（参见图9、图10）；
S6、将所述刀具路径曲线7作为刀具路径，处理生成数控机床可执行的数控程序；
S7、根据实际加工时程序运动方向，在数控程序中添加刀具补偿指令，安装刀盘3，将刀盘3后刀面定义为Z轴对刀点，按照所述加工坐标系对刀并设置好机床坐标系，打开数控机床的刀具半径补偿界面，将机床中的刀具半径补偿值输入为实际的刀盘的刀具半径，打开刀具半径补偿功能，运行所述数控程序，从而可一次性完成对所述异形锥形孔12的加工。
其中，步骤S2中，安全防撞刀实体模型2为能够包括所述过渡段122处的偏心最远侧待加工面的圆筒是指：如图6所示，零件的所述过渡段122处的偏心最远侧待加工面的长度为H，圆筒的长度应大于H且能够将过渡段122的偏心最远侧的待加工面包括在圆筒内。
所述数控加工方法采用包括但不限于UG或powermill数控编程软件。
本发明的异形锥形孔的数控加工方法，通过建模、建立辅助干涉体，将螺旋线映射在零件1的锥形段121处的待加工曲面、过渡段122处的待加工曲面以及辅助干涉面上，并将映射后的曲线转化为刀具路径导出，在数控机床中通过增加刀具半径补偿功能实现锥形段121的内锥面和过渡段122处的相贯线倒角加工，解决了现有编程软件无法生成上小下大这类锥孔及向球形内腔圆滑过渡的过渡段数控程序的难题，实现了利用数控车床对异形锥形孔的一次性加工完成，提高了加工效率，且产品质量由车床保证，产品的质量更好，更易保证。

Claims (2)

1.异形锥形孔的数控加工方法，所述异形锥形孔（12）偏心设置在零件（1）的球形内腔的一侧，所述异形锥形孔（12）包括内端大外端小的锥形段（121）和向所述零件（1）的内腔圆滑过渡的过渡段（122），其特征在于，所述数控加工方法包括以下步骤：
S1、建立所述异形锥形孔（12）的加工坐标系，以所述异形锥形孔（12）的轴心线为Z轴；
S2、建立安全防撞刀实体模型（2），并将所述安全防撞刀实体模型（2）与零件（1）的模型进行求和运算以获得防止干涉用曲面m1，其中，安全防撞刀实体模型（2）是以内径为R，壁厚为t，并沿所述异形锥形孔（12）的轴心线方向零件（1）的内腔延伸，且中心线与所述异形锥形孔（12）的轴心线重合，并能够包括所述过渡段（122）处的偏心最远侧待加工面的圆筒，R=D/2+(d2/2－d1/2－δ)，D为锥形段（121）的外端直径，d1为刀杆直径，d2为刀盘直径，δ为安全间隙；
S3、拉伸安全防撞刀实体模型（2）的内孔圆柱面并延伸超出所述异形锥形孔（12）的外端，以创建螺旋线生成面（5）；
S4、在所述螺旋线生成面（5）上创建螺旋线（6），所述螺旋线（6）的高度起点和终点分别为所述异形锥形孔（12）的侧面在Z轴方向上的起点和终点，所述螺旋线（6）的螺距根据数控机床加工时每一圈的进刀量设置，所述螺旋线（6）的内径按大于所述异形锥形孔（12）的最大内径设置；
S5、利用所述锥形段（121）处的待加工曲面m3、所述过渡段（122）处的待加工曲面m2以及所述防止干涉用曲面m1，创建待加工曲面集合m=｛m1 ，m2 ，m3｝，并将所述螺旋线（6）投影到所述待加工曲面集合m上以获得刀具路径曲线（7），其中，所述螺旋线（6）的投影方向为朝向所述异形锥形孔（12）的轴心线；
S6、将所述刀具路径曲线（7）作为刀具路径，处理生成数控机床可执行的数控程序；
S7、根据实际加工时程序运动方向，在数控程序中添加刀具补偿指令，安装刀盘，将刀盘后刀面定义为Z轴对刀点，按照所述加工坐标系对刀并设置好机床坐标系，打开数控机床的刀具半径补偿界面，将机床中的刀具半径补偿值输入为实际的刀盘的刀具半径，打开刀具半径补偿功能，运行所述数控程序。
2.如权利要求1中所述的异形锥形孔的数控加工方法，其特征在于，所述数控加工方法采用UG或powermill数控编程软件。
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