CN1849567A - 利用旋转的切削工具对工件进行加工的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用旋转的切削工具(2)对工件(1)进行加工的方法，其中工具(2)沿轨迹(3)对应于工件(1)相对移动，其中求出利用至少一个工具(2)加工的加工范围的边界，在利用工具(2)加工的加工范围的边界范围内对工具(2)的进给和/或提升移动加以确定和在利用工具(2)加工的加工范围的边界范围内对工件(1)加工时进行进给或提升移动。

Description

利用旋转的切削工具对工件进行加工的方法
本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分的特征所述的方法，特别涉及一种利用旋转的切削工具对工件进行加工的方法，其中工件沿轨迹对应于工件进行相对移动。
下面将结合附图对本发明的现有技术加以说明。图中示出：
图1为在工件的过渡范围上的加工过程的示意图；
图2示出沿多条轨迹对工件的加工；
图3示出用于本发明的典型的工件的几何形状；
图4示出根据现有技术的具有缺陷的过渡范围。
在铣削或磨削加工时工具的几何形状取决于工件的几何形状。特别是工件的内径决定将采用的工具的最大外径。在采用球形的铣刀通过铣削制作工具和模具形成自由成形面时，铣刀的半径例如必须始终小于或等于在面内的最小内半径，以便实现对工具和模具的制作。否则加工后在工件的内半径内将存在不希望出现的残余材料。
图1示出对工件1的这种加工状况，所述工件的表面从水平范围过渡到倾斜缘。在用旋转的其前端具有半圆形截面的工具2进行加工时，在切槽内将存在残余的材料5。
另一方面又希望采用尽可能大的加工工具，以便实现尽可能短的加工时间。工具半径在保证所需的表面质量的情况下对可能的侧进给起着决定作用。加工工具的半径越大，则在在实现表面质量的同时，进给的幅度，例如在采用球形的工具时各个走刀轨迹行距就越大，可能的进给行距越大，加工程序和随之加工时间就越短。
图2示出这种状况，其中用工具2的轮廓标示不同的相互平行的轨迹。从图中可以看出，在各个轨迹之间分别保留有残余的材料5，所述残余的材料将造成残余粗糙度R。
有多种工件的几何形状，其中仅在工件的小的分范围内存在最小的内半径。对这种工件采用由最小的内半径预定的加工工具进行整个加工是非常不经济的。通常采用两种或多种工具，一种大的工具用于对具有大的弯曲半径的范围进行加工，对所述大的工具可以选用较大的进给，另一种小的工具用于对仅用这种工具才能加工的几何形状范围进行加工。由于采用较大的工具实现较大的进给，因而此点将导致较短的加工时间。
图3中示出这种工件状况，其中必须对具有较小的半径的槽状的下凹进行加工。
所述方式的缺点在于，由于在机器上对具有不同的切削特性(切削压力)和其它效果的加工工具的测量不精确，因而在工件的表面将出现很小的台阶，即使加工机械以在现实中不可能实现的理想的精度实施程序时，也是如此。该不希望出现的台阶将导致增大对特别是必须具有剖光质量的表面进行人工精加工的强度。必须通过精加工对所述台阶进行补偿和例如采用剖光的方式消除所述的台阶。
图4示出这种状况，图中特别是示出台阶A，所述台阶是由于采用所示的直径较小的工具2造成的。
本发明的目的在于提出一种方法，其中结构简单和便于使用和费用低廉，同时克服了现有技术中存在的缺点和特别是可以改善工件的表面质量。
根据本发明通过采用独立权利要求的特征组合实现了所述目的，在从属权利要求中给出本发明的有益的进一步设计。
根据本发明，首先求出利用至少一个工具加工的加工范围的边界，然后在该边界范围内对工具的进给和/或提升移动加以确定和在边界的范围内对工件加工时进行或实现进给和/或提升移动。
本发明的方法具有一系列重大的优点。
根据本发明在机器的控制装置中根据操作人员的预给定或也可以根据已经在编程系统，例如CAM(计算机辅助制造)系统中已经有的预给定对加工程序进行改动，从而避免不希望出现的台阶和避免用不同的工具对工件上的面进行加工和必须相互正切地，而且实际也必须正切地相互会聚。
根据本发明方法的特别有益的设计，对加工边界加以确定，从而实现相邻的加工范围的重叠。
因此工件上被不同的加工工具加工的范围相互重叠。另外根据本发明在程序处理的边缘范围内改变工具的轨迹，从而加工工具在进行加工时在如下位置以最小的程度移离工件的额定表面，所述位置系加工工具接近相应的加工程序的加工范围的边界时的位置。该轻轻的“提升移动”必须很小，从而在表面上不会出现不希望出现的“转折”(kink)。在采用用于两个不同的相互重叠的加工工具的程序实施本方法时，在由两个加工工具建立的工件表面的范围内将产生“准正切的”过渡，即使这两个工具在工件上建立的表面的尺寸并不精确地相同时，也是如此。
在制作工具和成形加工时，经常将用于工件的分范围的加工程序设计成回纹状。在采用这种回纹状的程序时可以通过简单的几何分析确定加工的边界范围的控制，所述几何分析可以通过在线的方式计算出。回纹状的加工通常具有四个边界范围，所述边界范围与矩形的四个边类似，对所述边界范围针对此目的必须进行变化。在开始加工时确定一个边和所述边等同于加工程序开始。由程序的结束构成另外一个边和利用相应的前瞻(例如根据最新的控制技术公知的先行功能)加以识别。其余的两个边用程序中的跳行加以说明和所述两个边例如在加工层面通过简单的几何形状分析很容易地识别出。就回纹而言在程序中换向大约180°并具有一转换到下一行的中间步骤。所述的几何形状对向下一个加工行的转换明确地加以说明并且在控制装置中利用简单的数学函数可以可靠地进行识别。在进行非回纹状的加工时可以采用类似的用于对加工的边界范围进行识别的标准。
另外，也可以在荧光屏上确定加工的边界范围，例如利用将工具轨迹在荧光屏上显示的模拟程序。通过对简单的辅助线的标示，机器操作人员对边界范围的开始加以确定。通过其它的简单的数据可以确定出提升移动，例如确定出为0.001mm/1mm的坡度。
因而使用者以近似于“人工”的方式可以确定出加工的边界或加工的边界范围。但也可以采用加工程序对所述边界“自动地”加以确定。
根据本发明的有益的设计垂直于被加工的工件的表面在加工的边界范围内对工具进行提升。为此可以使用由编程系统辅助的在加工程序中给出的垂直矢量，所述垂直矢量对在相应的程序点上的工件表面的平面垂线加以确定。
另外，根据本发明可以在线地在控制装置中对加工模拟同时进行计算。所述模拟利用在控制装置中已知的加工工具的几何形状数据在线地同时计算出在工件上的加工进度和根据此判定在相应的加工点上的工件表面在空间内的倾斜的情况和判定提升的方向。还可以利用在线模拟确定加工的边界范围。为此，为对程序结束加以确定仅需要设置一个相应大的在先函数(前瞻)。
根据本发明的简单的方式，还可以将空间中的机器轴或任意的其它的固定方向确定为提升方向。本方法足以满足非常平滑的加工的要求。
根据本发明最好不仅进行提升移动，而且例如在程序开始时还进行缓慢的进给。通过对加工工具的提升或进给移动实现对加工微小的变化。此点将导致工件的几何形状的微小的变化。其中由控制装置以理想的方式进行提升或进给移动，以便形成向加工范围的尽可能无折或弯曲的正切过渡，在所述过渡时并不进行提升移动。通过提升移动改变的工件几何形状向程序的加工范围的边界线性升高。当然也可以联想到采用其它的数学函数，例如抛物线。
当然也可以在CAM(计算机辅助制造)系统中或在编程系统中，而不是在控制装置内对加工程序进行改动。
在采用加工的边界范围的线性提升几何形状时，此点通过输入尺寸，例如针对坡度输入0.002mm/1mm和针对边界范围的宽度输入5mm简单地加以确定。这意味着加工对边界每接近1毫米，工具从工件表面提升0.002毫米，从距离加工边界5毫米处开始和在边界处提升高度0.01毫米上结束。当然在工具向边界移动的同时提升移动是连续的。当工具重新移离加工范围的边界时，此点同样也适用于进给移动。
还有其它的加工策略，其中加工范围只有两个边和因此提升移动可以和必须也只在两个边上进行。例如是一个环形的加工范围。该范围只有两个几何边界边，即内环和外环。当然还可以联想到任意其它的加工范围的形状，所述的提升策略必须与其适配，以便避免在表面上形成台阶。在加工程序中的可能的转换移动中同样必须对此点加以识别和考虑。例如当加工范围内存在“岛”时，此点是必要的。围绕所述岛形成一个附加的边界范围。
当识别出在加工时一个工具的压力大于对相邻范围加工的另一工具的压力，即前者由于增大了加工力，因而没有实现所需的尺寸，而是在加工时形成余量，这时对此状况可以附加通过控制加以补偿，其中将该工具的整个加工在工件表面的方向上略向下调。在进行这种低于额定尺寸的加工时可以实现本发明的对边界范围的修正，尽管如此仍可避免出现台阶。
下面将对照实施例并结合附图对本发明加以说明。图中示出：
图5为过渡范围和本发明的进给移动或提升移动的示意简图；
图6示出本发明的工具的回纹状的移动轨迹；
图7示出采用光学确定的方式进行的对加工范围的选择；
图8为垂直矢量的示意图，和
图9为在达到加工边界时的退刀移动的示意图。
在附图中分别用相同的附图标记标示相同的部件。
图5与图4类似示意示出工件1，所述工件具有一个水平平面以及向倾斜缘过渡的范围。为了避免在图4中示出的台阶A的出现，根据本发明在重叠范围L内实现对在前的工具的正切退刀以及在后的具有较小的直径的工具的正切切入。在一从图5的左侧开始进行带状的加工(同时参见图2)时，沿区段T1进行正切定向的提升或退刀移动。此点将导致形成用虚线示出的轮廓，所述轮廓是通过在先的图中未示出的具有较大的直径的工具实现的。在更换工具后，将一在后的具有较小直径的工具缓慢地沿区段T2进行进给。此时实现工具的缓慢、正切的切入。图5以夸张的方式示出该状况，以便对过程加以形象的说明。很显然，根据本发明方法的最佳设计不会出现台阶或过渡斜坡。
在图6中示出沿工件面的回纹状的工具的移动。因此得出总共在每个回纹移动中有四个加工边界，在图中分别用G1，G2，G3和G4表示这四个加工边界。当然也可以对这些边界进行其它的定义和绘制，例如在成回纹状加工的工件面的整个范围上进行。
图7示出另一变型，其中例如在荧光屏上人工选择加工的范围的边界。采用用“G”标示的线对该范围加以说明。
在图6和7中用“3”标示工具的移动轨迹。
在图8中示意示出工件1的凸起的表面，在该表面上示意绘出的垂直矢量4，在所述矢量的方向上实现提升或进给移动。
垂直矢量4垂直于工件表面。
图9示意示出工具沿提升路径T1(与图5类似)的提升移动。根据本发明在加工的边界范围实现线性的提升几何形状，以便建立向在后的加工范围光滑的过渡。
                    附图标记对照表
1        工件
2        工具
3        轨迹
4        垂直矢量
5        残余材料
R        粗糙度
A        台阶
L        重叠范围
G        加工边界
T        进给和/或提升路径

Claims (12)

1.一种利用旋转的切削工具(2)对工件(1)进行加工的方法，其中工具(2)沿轨迹(3)对应于工件(1)相对移动，其特征在于，求出利用至少一个工具(2)加工的加工范围的边界，在利用工具(2)加工的加工范围的边界范围内对工具的进给和/或提升移动加以确定和在利用工具(2)加工的加工范围的边界范围内对工件(1)加工时进行进给或提升移动。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，确定的加工边界应实现相邻的加工范围的重叠。
3.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，实现的进给和/或提升移动应实现工具正切或准正切地切入工件(1)内或从工件(1)上退出。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在垂直于工件表面的方向上进行进给和/或提升移动。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，由相应的机器轴确定进给和/或提升移动。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，平行于垂直矢量(4)进行进给和/或提升移动，所述垂直矢量在加工程序中给出。
7.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，通过对加工作业的在线模拟和在垂直于经处理计算出的工件表面的方向上实现进给和/或提升移动。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，以缓慢的速度实现进给和/或提升移动。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在预定的加工路径上进行进给和/或提升移动。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，进给和/或提升移动对在前的加工过程中的尺寸偏差进行补偿。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，根据工件(1)的几何形状求出利用工具(2)加工的加工范围的边界。
12.按照权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，采用人工方式求出利用工具(2)加工的加工范围的边界。
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