[发明专利]一种双曲面型极杆精密车削方法

说明书

本发明公开了一种双曲面型极杆精密车削方法，包括以下步骤：基于待加工双曲面型极杆的车削中刀具姿态变化和双曲线轮廓构建刀具附加角度μ的计算模型，根据计算模型获得加工过程中的最优偏置量和最小附加角度；S2、以刀具附加角度μ＝0，作为分区车削的分段点，分两步对双曲面型极杆进行车削，采用先主轴顺时针旋转加工，顺时针旋转加工完成后逆时针旋转加工，当主轴顺时针旋转时，μ值为负的区域设计为空行程区；S3、将双曲面型极杆安装在保持架上，按照设定的加工行程加工，所述保持架的刚性大于双曲面型极杆的刚性。本发明能够对长径比＞10的细长杆进行车削加工，双曲面线轮廓度可以控制在亚微米，表面粗糙度可达到10nm左右。

技术领域

本发明涉及精密车削技术领域，具体涉及一种双曲面型极杆精密车削方法。

背景技术

离子阱极杆是典型的大长径比非圆截面零件，其工作面为双曲面型，定位面或者为圆柱面或者为平面，双曲面型极杆如附图1所示。离子阱是质谱仪中关键核心部件，相比于圆柱形截面极杆所形成的离子阱，双曲面型极杆所形成的离子阱能模拟理想的四极场。但是，非光滑表面和非完美双曲面轮廓将限制离子阱的分辨率等关键性能。此外，在小型化和提高存储容量的约束下，极杆通常为长径比较大的弱刚性杆。因此，对极杆的高精密制造具有一定技术难度。

根据检索，现有的非专利文献中，对于具有双曲面型极杆的加工方案，有以下三种：

1.线切割慢走丝成型。由于线切割表面有电腐蚀层，表面质量一般较差，另外线切割设备很难获得较高的轮廓精度；

2.成型磨削。将砂轮形状修磨成凹型双曲面，对极杆进行磨削加工。工件的轮廓精度为砂轮精度的复印，对砂轮的精密修磨成本较高，现在的文献能达到轮廓度3μm。

3.快速成型。文献中使用PMMA材料进行快速成型，表面镀金膜，表面粗糙度最优为500nm。文献中并未给出最终的轮廓精度，但是考虑的激光光束的尺寸，很难控制在微米量级。

要实现微米级甚至是亚微米级的轮廓精度以及光滑的表面质量，以上三种方法都存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双曲面型极杆精密车削方法，用于刚性杆加工以实现高表面质量和高精密轮廓精度的制造需。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双曲面型极杆精密车削方法，包括以下步骤：

S1、获取程中的最优偏置量和最小附加角度：基于待加工双曲面型极杆的车削中刀具姿态变化和双曲线轮廓构建刀具附加角度μ的计算模型，根据计算模型获得加工过程中的最优偏置量和最小附加角度；

S2、设计加工行程：采用分区车削：

以刀具附加角度μ＝0，作为分区车削的分段点，分两步对双曲面型极杆进行车削，采用先主轴顺时针旋转加工，顺时针旋转加工完成后逆时针旋转加工，或采用先主轴逆时针旋加工，逆时针旋转加工完成后顺时针旋转加工，当主轴顺时针或逆时针旋转时，μ值为负的区域设计为空行程区；

S3、将双曲面型极杆安装在保持架上，按照设定的加工行程加工，所述保持架的刚性大于双曲面型极杆的刚性。

双曲面极杆具有以下特征：(1)非回转对称结构；(2)长径比较大(10)。

针对具有非回转对称结构轮廓车削加工，拟采用具有慢刀伺服功能的机床进行加工，不同于回转对称轮廓的车削，非回转对称轮廓车削过程中，刀具相对于工件的姿态是不断变化的，如图2所示。这样就会导致刀具实际工作前后角与名义前后角有偏差，这个偏差值μ称作刀具附加角度，当刀具附加角度超过刀具名义角度时，就会发生刀具干涉，如图2中位置1所示。当μ为正值时，刀具工作前角减小，工作后角增大；当μ为负值时，刀具工作前角增大，工作后角减小。