[发明专利]三维曲面加工装置及方法和应用

说明书

本发明公开了三维曲面加工装置及方法和应用。该装置包括切削工具、夹具、进给机构和凸轮机构，以目标加工曲面投影在XOZ面上外轮廓线旋转180°得到的曲线作为凸轮的特征轮廓曲线，以目标加工曲面上特征曲线的形状作为切削工具的切削刃的形状，控制进给机构驱动待加工零件坯料在X轴方向上相对切削工具作相向运动，在凸轮与从动件的配合下，待加工零件坯料相对于切削工具同时产生Z轴方向上的位移，切削工具在待加工零件坯料的不同接触位置上加工出一系列形状相同的曲线，最终形成目标加工曲面，完成三维曲面加工。本发明结构简单，方便控制，容易实现，精度控制好，加工效率高，成本低，设备维护方便，尤其适合竹木制品的三维曲面加工。

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种三维曲面加工装置及方法和应用。

背景技术

机械加工领域中，常常会对工件进行各种各样的加工，如对工件表面的切削、冲压等，其中常见的一种为将平面的板材加工成具有一定弧度的三维曲面。

传统的曲面加工方法，多为选择与目标曲面相吻合的冲子，将工件固定在机床上，利用气缸带动冲子冲击工件，最终使得工件成型为预设的形状。但现有的工艺存在着一定的缺陷，如将工件直接固定在机床上，加工的过程中工件与机床之间存在摩擦，对工件的表面造成一定的损伤；工件与冲子之间的摩擦力、冲击力较大，降低了工件的抗冲击强度，缩短了工件的使用寿命。也有采用人工加工的方式实现，人工手动使用铣刀进行加工，然后通过锉刀或砂带进行打磨修整曲面及圆角，操作复杂，工作量大，且工作效率低下，粉尘污染严重，工作环境恶劣，随着人工成本的增加，企业的生产成本大大增加。

随着工业的不断发展，人们期望通过机械自动化的手段完成各种复杂曲面的加工。目前常用的手段为数控加工方式，数控加工技术与传统的加工技术不同，数控加工技术是在数控机床上对零件进行精细加工的技术，该技术需要运用到机械加工零件和数字信息控制方法，是一项较为复杂的技术。例如，目前多采用数控五轴联动机床进行复杂曲面加工，五轴联动对控制系统要求很高，涉及精确控制、软件算法等方面的内容，造价昂贵，对于小型工厂来说负担过大；此外，联动的轴数多，带入的加工误差翻倍，导致曲面加工精度下降；而且，数控加工一般为单件加工，加工耗时较长，对于低利润大批量零件生产来说，数控加工方式并不适合。

因此，寻找一种能够低成本实现高精度的三维曲面加工的装置和方法，是广大中小企业迫切需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维曲面加工装置和方法，无需复杂的电控设备及数控加工手段，成本较低，加工效率较高，实现方式简单，维护方便。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三维曲面加工装置，包括：

切削工具，包括切削部分，所述切削部分的切削刃的形状与目标加工曲面上特征曲线的形状相同，所述目标加工曲面为由所述特征曲线沿着平扫方向进行平移扫描所获得的三维曲面，所述特征曲线由以下方式确定：以所述平扫方向为X轴方向，在X轴方向上取不同位置用一组平行于YOZ面的平面截切所述目标加工曲面得到一组截交线，比较各条截交线在XOY面上投影聚集所得的直线段，取最长直线段所对应的截交线为特征曲线；

夹具，用于夹持待加工零件坯料，使得所述待加工零件坯料固定在所述夹具上且所述待加工零件坯料的待加工区域置于所述切削工具的切削刃下；

进给机构，与所述夹具连接，用于实现所述夹具在X轴方向上的传动，从而实现所述待加工零件坯料沿X轴方向的进给运动；

凸轮机构，包括从动件和固定的凸轮；其中，所述凸轮的特征轮廓曲线的形状与所述目标加工曲面投影在XOZ面上所呈现的外轮廓线的形状互为上下对称的镜像，所述特征轮廓曲线自起始端至终止端的指向与所述待加工零件坯料向着所述切削工具的前进方向一致；所述从动件安装在所述夹具的底板的底部，且所述从动件与所述凸轮相配合，使得在所述夹具沿X轴方向的进给过程中，所述从动件沿着所述凸轮的特征轮廓曲线自起始端运动到终止端；