[发明专利]一种高效曲面直接数控加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机械加工领域，尤其涉及一种高效曲面直接数控加工方法。

背景技术

目前，各种已知的曲面数控加工技术如铣削、磨削等加工都是采用点、线作为对加工曲面逼近或拟合的基本单元，即先将曲面根据加工精度需要分割成较小的平面片或曲面片，再将这些小的面以数控机床可以直接实现的点和线来进行刀具路径规划，相邻刀位间的距离由加工精度决定，精度越高，刀位就越密，刀位数据就越多，加工时间就越长。在这种加工方式中，加工效率与误差控制一直是一对难以调和的矛盾。

近年来，线接触加工由于其具有加工表面质量好、加工效率高而成为研究热点。如蔡永林等人发表在西安交通大学学报2004年第38卷第5期517～520的“任意扭曲直纹面叶轮数控侧铣刀位计算与误差分析”、Menzel，Cornelia等发表在CAD Computer Aided Design 2004年第36卷第3期289-296“Triple tangent flank milling of ruled surfaces”。Chu Chih-Hsing等人发表在International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2006年第29卷第7-8期707-713上的“Tool path planning for five-axis flank milling with developable surface approximation”提出了用可展曲面逼近的方法规划五轴侧铣加工的刀具路径。这些研究主要集中于对扭曲直纹面及自由曲面的加工，分析由于加工方法本身所产生的加工误差，以及基于误差分析的刀位优化方法。所涉及的侧铣加工方法改善了加工条件，但其加工曲面的方法还是以点、线方式规划刀具路径，用刀具侧刃实现切削，加工效率同传统五轴点加工方法相比没有质的飞跃。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效曲面直接数控加工方法，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种高效曲面直接数控加工方法，该具体过程为：

步骤a，根据加工件的曲面特征，将该曲面转化成直纹面，并编写数控加工代码；

步骤b，将加工件的空间直纹面的数控加工代码输入到数控系统；

步骤c，通过数控系统控制加工机床使刀具轴线矢量平行于直纹面的起始线的矢量；

步骤d，控制刀具主轴旋转；

步骤e，调整工件或刀具位置，使得刀具的侧刃与工件的加工起始线相切触；

步骤f，控制数控机床进给运动，切削时使刀具侧刃始终与该直纹面切触，并使刀具底刃始终沿着曲面导动线运动；

步骤g，完成曲面加工全过程，各轴回位。

进一步地，加工平面时，在进行前述步骤c时，先调整刀具轴线与工件加工平面平行，刀具轴线与加工平面距离等于刀具半径；在步骤f时，根据机床结构控制工件进给或刀具进给实现直线进给，控制刀具轴向进给，使刀具顶刃始终与平面边界保持切触从而完成加工。

进一步地，加工柱面时，根据机床结构情况采用刀具回转进给或采用工件回转进给实现加工；在进行步骤c时，具体要调整机床进给回转轴使刀具轴线矢量方向等于柱面直母线矢量；进行步骤f时，刀具轴线始终运行在该柱面的刀具半径等距面上。

进一步地，加工锥面时，在进行步骤c时，还要调整工件位置使其回转轴线与刀架回转轴线重合，再调整刀具回转进给运动半径等于工件锥面的起始回转半径；进行步骤e时，调整刀具绕回转轴的夹角即起始锥角，再调整刀具轴向位置使得侧刃与工件的加工起始线相切触。

进一步地，加工螺旋面时，在进行步骤c时，还要调整工件位置使其回转轴线与刀架回转轴线重合，控制刀具回转进给运动半径等于工件圆锥面的回转半径；进行步骤e时，再调整刀具轴线矢量与直纹面起始线矢量相同，再调整刀具径向位置使得刀具的侧刃与工件的加工起始线相切触；最后，刀具的周向进给轴C轴、工件的直线进给轴Z轴以及刀具轴线轴W轴三轴联动加工，使刀具侧刃沿螺旋面运动，同时使刀具沿刀具轴线进给，使刀具底端沿工件螺旋面内侧运动，直到终止角度完成螺旋面加工。