[发明专利]槽特征内型的螺旋铣加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械零件的加工方法，尤其是一种槽内型零件的铣削加工方法，具体地说是一种利用数控铣床对槽特征内型进行螺旋铣的加工方法。

背景技术

槽特征内型在飞机结构件上广泛存在，目前常用的加工方法是采用轴向优先加工方法，该方法加工的刀轨按照每层同一高度加工，每加工一层需要一次进退刀。利用该方法加工因为需要频繁进退刀，加工效率低，每次进退刀都会在零件表面形成刀痕，而且切削力会频繁变化，加工过程不稳定。

螺旋线数控刀具轨迹有助于提高工件表面质量，避免刀具进刀和退刀时在工件表面留下刀痕或压痕，最大限地减小精加工后手工打磨的需要；大大减少了提、退刀次数，加工速度快、效率高。其运动轨迹连续、平滑，最小化刀具的空程移动；刀具负荷稳定，没有进给方向和速度的突变，减少刀具的加速和减速，对刀具和主轴的冲击小，从而减少刀具的磨损和损坏，提高了刀具的寿命。

查阅现有技术与文献发现，商业软件西门子的PLM NX的CAM功能在高速加工中刀具减振的方法中提到由螺旋线上的螺旋驱动点向零件表面投影，产生适合高速加工的螺旋刀具轨迹，但该方法只能使用在回转面或者平面，对于非回转面无法处理。

专利（专利号ZL200610134265.6）公布了一种螺旋线制导的曲面数控加工方法，该专利将被加工工件的三维曲面网格化，以基于样条插值的平面等距或非等距螺旋线为参数线，通过映射生成三维物理空间的加工轨迹，解决了刀具底齿铣曲面的螺旋刀轨生成问题，但该方法不能用来生成槽特征内型的螺旋刀轨。

王玉国等在学术期刊《航空学报》2008,9（1）p216-219上发表的论文“型腔铣削加工光滑螺旋刀轨生成算法”，公开了一种用于型腔腹板的螺旋刀轨生成算法，通过线性插值型腔边界的等距多边形生成螺旋状折线，然后以指数函数分布规律插入控制顶点，以这些控制顶点所定义的B样条曲线为基础规划最终刀轨。该方法可以解决平面螺旋铣腹板的问题，但不能用来加工槽特征的内型。

张莹等在学术期刊《航空学报》2009,30（1）p154-158上发表的论文“多曲面岛屿五轴螺旋刀位轨迹规划”，公开了一种阻尼台的螺旋刀位轨迹规划方法，该方法在保证相邻螺旋刀轨之间残留高度等于加工允许误差的基础上，实现了刀具的连续进给，从而使得加工能够高速、高效的进行，是属于轨迹优化的研究，并没有给出螺旋刀轨生成方法，而且该论文所研究的对象阻尼台的结构与槽特征内型相差甚远，其刀位轨迹规划方法也不能应用于槽特征的内型。

槽特征内型螺旋铣的方法是用在非回转面的槽腔内型，槽腔内型螺旋铣的方法的轨迹不是标准螺旋型的加工面，到目前为止，尚没有公开槽特征内型的螺旋加工方法及其刀轨的生成方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有的槽特征内型加工存在的效率不高、精度难以保证，最终需手工修磨等问题，发明一种加工速度快、效率高的槽特征内型的螺旋铣加工方法。

本发明的技术方案是：

一种槽特征内型的螺旋铣加工方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤1，利用CAM软件提取槽特征内型的驱动线，并离散驱动线以形成底层离散点；

步骤2，将底层离散点沿刀具轴向偏置至槽特征顶面位置；

步骤3，选择进刀点，圆弧进刀；

步骤4，根据槽特征内型高度H_Top和轴向切深AP，计算出螺旋线层数m；

步骤5，根据槽特征内型周长l和轴向切深计算出螺旋角度α；

步骤6，根据计算所得的螺旋角度与轴向切深依次将顶层离散点沿刀具轴向反方向偏置形成第一层离散点；

步骤7，依次沿各离散点在内型面的外法向分别将第一层离散点偏置一个刀具半径形成第一层刀位点；

步骤8，沿刀具轴向反向分别将第一层刀位点按轴向切深逐层偏置，直至倒数第二层，形成中间层刀位点；

步骤9，将最后一层刀位点的螺旋角度设置为0度，设置轴向切深为0.5mm-2mm，依次将底层离散点沿各底层离散点在内型面的外法向偏置一个刀具半径，形成最后一层刀轨；

步骤10，设置圆弧退刀，设置每个刀位点的刀轴矢量，形成槽特征内型螺旋铣完整加工刀轨。

所述的螺旋层数m的计算方法为：m=[H_Top/AP]+1，式中H_top为顶面到底面的距离，AP为刀具允许的最大切削深度。

所述的螺旋角α的计算方法为：α=arctan(AP/l)，式中l表示l表示槽特征内型的周长。