一种高效曲面直接数控加工方法技术

本发明专利技术新型公开了一种高效曲面直接数控加工方法，用直纹面插补作为插补单位，采用刀具侧刃加工，刀具路径最短，因此加工时间最短；同时，各加工点的刀具转速相同，加工质量高；在加工空间平面、圆锥面和柱面时，不存在理论误差，最终的加工误差也仅来自机械误差；因而加工时间短、效率高、精度高，通过对不同方法进行优势互补，根据不同的的复杂曲面特征如RMS值和中高频分布建立组合加工策略，针对性的加工，提高面形收敛效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效曲面直接数控加工方法
本专利技术新型涉及数控加工领域，具体是一种高效曲面直接数控加工方法。
技术介绍
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，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，特别是对于小尺度面形误差的控制能力下降，即面形收敛效率下降。
技术实现思路
本专利技术新型的目的在于提供一种高效曲面直接数控加工方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术新型提供如下技术方案：一种高效曲面直接数控加工方法，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，通过数控系统对工件表面进行面形误差的检验，并对误差面进行调整；对于工件表面的面形误差调整时，需要使面形误差峰谷值优于30um，进入粗抛光阶段，对于优于30um的中高频误差采用小磨头进行加工，直至面形误差的RMS值优于100nm；步骤e，控制刀具主轴旋转；其中刀具的刀具轴线轴为W，工件的轴线轴为C；步骤f，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g，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h，完成曲面加工全过程，各轴回位。作为本专利技术新型进一步的优选方案：进行步骤d时，对于RMS值优于100nm的低阶误差还可以采用应力盘进行加工，对于中高频的面形误差，需要进一步进行分析：对该精度下的局部中高频误差或环带误差使用CCOS小磨头进行加工，对该精度下的均匀分布于整个面形的中高频误差采用磁流变进行加工，完成后进行检测，重复工作直至面形误差的RM优于30nm后进入步骤f。作为本专利技术新型再进一步的优选方案：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g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。作为本专利技术新型再进一步的优选方案：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g时，刀具轴线始终运行在该柱面的刀具半径等距面上。作为本专利技术新型再进一步的优选方案：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f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。作为本专利技术新型再进一步的优选方案：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f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。作为本专利技术新型再进一步的优选方案：加工非可展直纹面时，首先需要用前述可直接加工的直纹面对该非直纹面进行逼近，即根据加工粗糙度的要求，将非直纹面分割成一层层平面上的曲线，找到每一层平面曲线上各点上原曲面的法矢量，找到一条条与该层曲线相切，且与曲线上各点的法矢量相垂直的刀位，用前述可直接加工的直纹面顺序连接这些刀位形成直纹面，用以逼近各层曲线附近的曲面；做这些逼近直纹面的等距面；刀具沿该等距面运动，即可完成对该非直纹面的加工。与现有技术相比，本专利技术新型的有益效果是：本专利技术新型中的加工方法，用直纹面插补作为插补单位，采用刀具侧刃加工，刀具路径最短，因此加工时间最短；同时，各加工点的刀具转速相同，加工质量高；在加工空间平面、圆锥面和柱面时，不存在理论误差，最终的加工误差也仅来自机械误差；因而加工时间短、效率高、精度高；通过对不同方法进行优势互补，根据不同的的复杂曲面特征如RMS值和中高频分布建立组合加工策略，针对性的加工，提高面形收敛效率；改变传统的点位插补和曲线插补的方法，以直纹面作为数控插补的最小加工单位，刀具路径最短，提高了加工效率；以刀具侧刃按照线接触加工方式加工工件的曲面，各加工点的刀具转速相同，加工质量高；并且刀具侧刃运动形成的曲面与被加工的直纹面没有理论误差，可达到高精度的数控加工；以复合面插补指令为特征，实现了单指令完成一个典型曲面的加工控制。具体实施方式下面将对本专利技术新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术新型保护的范围。在本专利技术新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术新型中的具体含义。实施例1：本专利技术新型实施例中，一种高效曲面直接数控加工方法，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，通过数控系统对工件表面进行面形误差的检验，并对误差面进行调整；步骤e，控制刀具主轴旋转；其中刀具的刀具轴线轴为W，工件的轴线轴为C；步骤f，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g，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h，完成曲面加工全过程，各轴回位；具体的，步骤d中，对于工件表面的面形误差调整时，需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效曲面直接数控加工方法，具体过程为：/n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；/n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；/n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；/n步骤d，通过数控系统对工件表面进行面形误差的检验，并对误差面进行调整；/n步骤e，控制刀具主轴旋转；其中刀具的刀具轴线轴为W，工件的轴线轴为C；/n步骤f，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；/n步骤g，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；/n步骤h，完成曲面加工全过程，各轴回位。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效曲面直接数控加工方法，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，通过数控系统对工件表面进行面形误差的检验，并对误差面进行调整；
步骤e，控制刀具主轴旋转；其中刀具的刀具轴线轴为W，工件的轴线轴为C；
步骤f，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g，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h，完成曲面加工全过程，各轴回位。


2.根据权利要求1所述的一种高效曲面直接数控加工方法，其特征在于，进行步骤d时，对于RMS值优于100nm的低阶误差还可以采用应力盘进行加工，对于中高频的面形误差，需要进一步进行分析：对该精度下的局部中高频误差或环带误差使用CCOS小磨头进行加工，对该精度下的均匀分布于整个面形的中高频误差采用磁流变进行加工，完成后进行检测，重复工作直至面形误差的RM优于30nm后进入步骤f。


3.根据权利要求2所述的一种高效曲面直接数控加工方法，其特征在于，步骤d中，对于工件表面的面形误差调整时，需要使面形误差峰谷值优于30um，进入粗抛光阶段，对于优于30um的中高频误差采用小磨头进行加工，直至面形误差的RMS值优于100nm。


4.根据权利要求1或2所述的一种高效曲面直接数控加工方法，其特征在于，进行步骤d时，对于RMS值优于100nm的低阶误差还可以采用应力盘进行加工，对于中高频的面形误差，需要进一步进行分析：对该精度下的局部中高频误差或环带误差使用CCOS小磨头进行加工，对该精度下的均匀分布于整个面形的中高频误差采用磁流变进行加工，完成后进行检测，重复工作直至面形误差的RM优于30nm后进入步骤f。


5.根据权利要求1或2所述的一种高效曲面直接数控加工方法，其特征在于，加工平面时，在进...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹左明，
申请(专利权)人：四川信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：四川;51