[发明专利]一种一轴步进三轴联动的空间曲面铣削加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铣削加工方法，特别是涉及一种一轴步进三轴联动的空间曲面铣削加工方法，属于零部件的高精度和高表面质量的制造技术领域。

背景技术

人工关节假体、发动机曲轴、航空飞行体零部件大多采用复杂的空间任意曲面，但是，其加工的形状精度和表面质量直接影响到工作性能。空间曲面零部件通常采用的烧结、铸造、锻造等制造方法，但是，形状精度和表面质量仍然需要后续的机械加工。因为空间曲面比较复杂，加工工具的姿态与工件曲面的位置非常难控制，特别是在工件的空间曲面的不同曲率的地方，其形状精度和表面质量会因加工的切点的工作状况不同会存在不同的去除量和不同的切削速度等不稳地因数。目前，主要考虑到铣刀的加减速控制方法，很少涉及切点的切削状况的控制技术。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于创造一种一轴步进三轴联动的空间曲面铣削加工方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种一轴步进三轴联动的空间曲面铣削方法：将工作球面上分布有切削刃的球形铣刀固定在铣床主轴上，铣床轴心线垂直于水平面，铣床可沿着Z轴作上下插补运动，三爪卡盘固定在可沿着X轴和Y轴可作水平插补运动水平工作台上，工作台平面为XY平面，三爪卡盘安装截面为圆形的工件，工件可绕工件中心线旋转；

依据球形铣刀的工作球面与工件的空间曲面的切点法向的半径计算出球形铣刀中心的系列坐标，将系列坐标拟合成空间的轨迹曲面，再将其作0.01mm～10mm间距的YZ截面，其截面轮廓为二维刀轨迹曲线，球形铣刀中心位于刀轨迹曲线上，铣刀的工作球面就与工件的空间曲面相切；在对工件进行铣削时，X轴方向进行插补运动驱动工件，0.01mm～10mm间距的步进后固定，球形铣刀沿着刀轨迹进行Y轴、Z轴的插补运动以及旋转插补转动，球形铣刀以进给速度f=100～1500mm/min沿着二维刀轨迹曲线对工件进行切削，调整空间曲面的切削点上的法向与球形铣刀的旋转轴心线成的偏置角α为锐角，当加工出一段环形空间曲面后，球形铣刀沿X轴向步进0.01mm～10mm间距，再加工下一环空间曲面，最终形成光顺的空间曲面。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述球形铣刀加工时的转速为800～20000rpm。所述球形铣刀的材料为硬质合金、cBN或PCD。所述旋转插补转动的角度为0.1°～5°。所述工件材料为铝合金、钛合金、不锈钢或模具钢。所述球形铣刀切削刃半径为0.5～50mm。所述偏置角α大于30度小于80度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

（1）该发明采用的一轴步进三轴联动的铣削方法与四轴联动的传统铣削方法相比，减少了一个轴的运动误差，可以改善加工的形状精度和表面质量。

（2）该发明利用在二维截面上的三轴联动控制加工切点的空间铣刀姿态角，控制程序编写简单，可对复杂空间曲面的加工点的工作状况进行实时控制。

（3）该发明可以调节一轴步进间距实现空间曲面零部件的高效连续切削加工，加工过程中无空行程、无顺逆铣转换，切削效率高、表面质量稳定。

附图说明

图1为本发明的球形铣刀的刀具轨迹规划示意图。

图2本发明的加工用的工件空间曲面。

图3为X轴步进后的球形铣刀在YZ截面上沿着刀轨迹行走示意图。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

如图1-3所示，一种一轴步进三轴联动的空间曲面铣削方法：将工作球面上分布有切削刃的球形铣刀1固定在铣床主轴上，铣床轴心线2垂直于水平面，可沿着Z轴作上下插补运动，三爪卡盘固定在水平工作台上（XY平面），水平工作台沿着X轴和Y轴可作水平插补运动，三爪卡盘安装截面为圆形的工件3，可绕工件中心线4进行插补转动（旋转插补），该转动轴为A轴。