一种U形摆线铣削工艺制造技术

本发明专利技术提供一种U形摆线铣削工艺，刀具轨迹由多个摆线循环组成；每一个摆线循环内的刀具轨迹为由依次相连的四段区域组成的U形摆线，四段区域分别为：圆弧线Ⅰ、步进连接线、圆弧线Ⅱ和过渡线；所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ对应半径相同的摆线圆，所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ分别与待加工工件的左、右边界线相切；所述步进连接线位于所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ之间且两端分别与所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ相切；所述过渡线一端连接至所述圆弧线Ⅱ端点，另一端连接至下一个摆线循环的所述圆弧线Ⅰ的起点。本发明专利技术的技术方案解决了常规加工工艺载荷突变明显，加工余量大，成型效率低的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种U形摆线铣削工艺


[0001]本专利技术涉及型腔构件粗加工
，具体而言，尤其涉及一种U形摆线铣削工艺。

技术介绍

[0002]型腔结构件广泛应用于航空航天、能源动力等领域，随着工业技术的飞速发展，需求量急剧增加。目前，通过技术手段将一个初始毛坯，以切削加工的手段在数控机床上完成材料成型是型腔结构件高能效加工的重要方法。这类零部件成型中有超过70％的加工余量是在粗加工中去除的。材料粗加工是毛坯成型的关键步骤，加工效率的提高直接影响生产力水平。在切削加工中，影响加工效率的因素，例如刀具的几何结构、工件和刀具材料以及加工所选加工工艺等，其中合适的工艺方法可以直接改善加工效率，缩短工艺整体时间。层铣法作为一种传统的加工方法，轨迹规划简单，但受限于刀尖为主要加工区域的特征，实际加工中刀具磨损快，轨迹冗余，加工效率不高。随着近年CAM技术不断进步，插铣法作为一种断续加工方式，不断得到认可，加工效率高，广泛应用于型腔结构件的粗加工。插铣法加工余量相对较大且不均匀，往往需要二次加工，同时轴向受力极大，对机床以及刀具的要求较高。
[0003]摆线铣的刀具轨迹不同于上述方法，其是由均匀的圆弧多次循环组成，这种平缓切入切出的走刀形式可以有效避免载荷突变，降低切削力峰值。但常规摆线铣多是在层铣法基础上规划摆线走刀，本质上与传统层铣相同并且轨迹相对单一。通过改变摆线圆半径或将铣削区域分段计算能够提高轨迹的边界适应性，但面对宽度较大的槽型时，仍不可避免的存在冗余刀轨多，进刀距离长，加工余量大，计算复杂的问题。
专利技术内容
[0004]根据常规摆线铣面对宽度较大的槽型时存在的冗余刀轨多，进刀距离长，加工余量大，计算复杂等问题，而提供一种U形摆线铣削工艺，在摆线铣削的基础之上结合侧铣加工特点，以大轴向切深参数，通过圆弧形式平稳切入切出加工区域，通过线性插补形式光滑连接两侧圆弧以适应不同槽型，在过渡区域以空程形式线性快速到达下次循环，解决了常规加工工艺载荷突变明显，加工余量大，成型效率低的问题，显著减少冗余刀轨，缩短进刀距离，为型腔件尤其是尺寸较大的沟槽结构的高效成型提供更优的加工方法，具有显著的社会和经济效益。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种U形摆线铣削工艺，刀具轨迹由多个摆线循环组成；
[0007]每一个摆线循环内的刀具轨迹为由依次相连的四段区域组成的U形摆线，四段区域分别为：圆弧线Ⅰ、步进连接线、圆弧线Ⅱ和过渡线；所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ对应半径相同的摆线圆，所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ分别与待加工工件的左、右边界线相切；所述步进连接线位于所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ之间且两端分别与所述圆弧线Ⅰ和所述圆
弧线Ⅱ相切；所述过渡线一端连接至所述圆弧线Ⅱ端点，另一端连接至下一个摆线循环的所述圆弧线Ⅰ的起点。
[0008]进一步地，在每一个摆线循环内，刀具保持与所述圆弧线Ⅰ、所述步进连接线和所述圆弧线Ⅱ相切的状态进行加工，刀具在所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ内进行圆弧插补，在所述步进连接线内进行线性加工，然后经所述过渡线以空程形式到达下一个摆线循环的所述圆弧线Ⅰ的起点，进入下一个摆线循环。
[0009]进一步地，具体包括以下步骤：
[0010]S1：对待加工工件沟槽的左、右铣削边界曲线进行延长获得待加工工件的左、右边界线，延长方向为左、右铣削边界曲线的切向，延长长度为刀具半径与摆线圆半径之和；
[0011]S2：设定摆线循环对应的刀具轨迹的参数
[0012](1)所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ对应的摆线圆的半径R
cy
；
[0013](2)摆线步进f
cy
，表示两次摆线循环内所述圆弧线Ⅰ或所述圆弧线Ⅱ对应的摆线圆圆心之间的距离；
[0014](3)摆线进给f，在摆线循环内，所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ区域内不同摆线位置角τ对应的摆线进给的方向为沿着瞬时切线方向，所述步进连接线区域内摆线进给的的方向为沿着刀具轨迹指向所述圆弧线Ⅱ；其中，摆线位置角τ表示刀具在摆线循环内刀位点所在位置与所在的所述圆弧线Ⅰ或所述圆弧线Ⅱ相应的摆线圆圆心之间的连线，以及刀位点所在的所述圆弧线Ⅰ或所述圆弧线Ⅱ的端点与相应的摆线圆圆心之间的连线形成的夹角；
[0015]S3：根据下式分别计算各摆线循环的所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ对应的摆线圆的圆心坐标：
[0016]S3：根据下式分别计算各摆线循环的所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ对应的摆线圆的圆心坐标：
[0017][0018]其中，[x1，y1]表示摆线循环对应的左边界线上的边界点坐标，P
r
为边界节点处的斜率，R
to
表示刀具半径，[x
o1
，y
o1
]为摆线循环的所述圆弧线Ⅰ对应的摆线圆的圆心O1坐标；
[0019][0020]其中，[x1，y1]表示摆线循环对应的右边界线上的边界点坐标，P
l
为边界节点处的斜率，[x
or1
，y
or1
]为摆线循环的所述圆弧线Ⅱ对应的摆线圆的圆心O
r1
坐标；
[0021]S4：根据下式获得各摆线循环的所述步进连接线两端点的坐标：
[0022][0023]其中，[x
f1
，y
f1
]表示所述步进连接线与所述圆弧线Ⅰ连接点坐标，[x
rf
，y
rf
]表示所述步进连接线与所述圆弧线Ⅱ连接点坐标；
[0024]S5：根据步骤S2设定的参数及步骤S3和步骤S4的数据得到各摆线循环对应的刀具轨迹，控制刀具按照各摆线循环对应的刀具轨迹对待加工工件沟槽进行加工。
[0025]进一步地，步骤S5还包括以下步骤：
[0026]在每个摆线循环开始前，判断每个摆线循环对应的左、右边界线的边界点的纵坐标y
oend
和y
loend
是否满足以下条件：
[0027][0028]其中，y
end
和y
rend
分别表示待加工工件沟槽的出口处左、右边界线的终点的纵坐标；
[0029]若满足，则说明该摆线循环对应的刀具轨迹未超出待加工工件沟槽的出口，控制刀具进入该摆线循环；
[0030]若不满足，则说明该摆线循环对应的刀具轨迹已经超出待加工工件沟槽的出口，控制刀具终止进入该循环，即完成整个加工过程。
[0031]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0032]本专利技术提供的U形摆线铣削工艺，能够填补常规加工方式的不足，为型腔结构件成型提供高效粗加工方法，解决了实际加工常见的载荷变化剧烈，刀轨冗余量大，加工效率低的问题。
[0033]基于上述理由本专利技术可在腔构件粗加工领域广泛推广。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种U形摆线铣削工艺，其特征在于，刀具轨迹由多个摆线循环组成；每一个摆线循环内的刀具轨迹为由依次相连的四段区域组成的U形摆线，四段区域分别为：圆弧线Ⅰ、步进连接线、圆弧线Ⅱ和过渡线；所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ对应半径相同的摆线圆，所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ分别与待加工工件的左、右边界线相切；所述步进连接线位于所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ之间且两端分别与所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ相切；所述过渡线一端连接至所述圆弧线Ⅱ端点，另一端连接至下一个摆线循环的所述圆弧线Ⅰ的起点。2.根据权利要求1所述的U形摆线铣削工艺方法，其特征在于，在每一个摆线循环内，刀具保持与所述圆弧线Ⅰ、所述步进连接线和所述圆弧线Ⅱ相切的状态进行加工，刀具在所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ内进行圆弧插补，在所述步进连接线内进行线性加工，然后经所述过渡线以空程形式到达下一个摆线循环的所述圆弧线Ⅰ的起点，进入下一个摆线循环。3.根据权利要求1所述的U形摆线铣削工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：对待加工工件沟槽的左、右铣削边界曲线进行延长获得待加工工件的左、右边界线，延长方向为左、右铣削边界曲线的切向，延长长度为刀具半径与摆线圆半径之和；S2：设定摆线循环对应的刀具轨迹的参数(1)所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ对应的摆线圆的半径R
cy
；(2)摆线步进f
cy
，表示两次摆线循环内所述圆弧线Ⅰ或所述圆弧线Ⅱ对应的摆线圆圆心之间的距离；(3)摆线进给f，在摆线循环内，所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ区域内不同摆线位置角τ对应的摆线进给的方向为沿着瞬时切线方向，所述步进连接线区域内摆线进给的的方向为沿着刀具轨迹指向所述圆弧线Ⅱ；其中，摆线位置角τ表示刀具在摆线循环内刀位点所在位置与所在的所述圆弧线Ⅰ或所述圆弧线Ⅱ相应的摆线圆圆心之间的连线，以及刀位点所在的所述圆弧线Ⅰ或所述圆弧线Ⅱ的端点与相应的摆线圆圆心之间的连线形成的夹角；S3：根据下式分别计算各摆线循环的所述圆弧线Ⅰ和所述圆弧线Ⅱ对应的摆线圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏兆成，冯景洋，郭明龙，王敏杰，舒鑫，雍建华，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：