一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法技术

一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，包括：建立三轴机床主轴端面定位点到万向角度头的装刀端面定位点的坐标数据关系方程、刀具长度补偿后三轴机床主轴端面定位点的坐标计算方程；基于计算方程，开发具有长度补偿功能的专用后处理程序，该程序可将万向角度头的固有参数及刀具有效摆长作为参数输入，将无刀长的刀位源文件后置处理成适应不同装刀长度的数控加工程序；将三轴机床主轴端面定位点对刀至工件加工坐标系零点，然后安装万向角度头，调整刀轴矢量与法向圆孔的轴向平行，将刀具有效摆长作为参数输入开发的专用后处理程序，生成基于实际装刀长度的数控加工程序，执行完成加工。实现法向圆孔的高精度、低成本、高便捷性加工。高便捷性加工。高便捷性加工。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法


[0001]本申请涉及数控加工的
，特别是一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法。

技术介绍

[0002]孔是各类机械零部件中的常见特征，孔加工也是常见的机械加工类型，包括钻孔、铣孔、镗孔等。当孔的中心轴线与机床的直线轴平行时，施工便捷性较高，而当孔的中心轴线与机床的直线轴存在一定角度时，此类法向孔的加工就比较依赖五轴机床，因为五轴机床具有两个旋转轴，可以实现刀具与工件姿态相对位置的精准调节，从而实现法向孔的精密加工。某型号异型面对称结构战斗部舱产品的起吊孔加工为典型的法向孔加工，早期均采用龙门五轴机床进行加工，如图1(a)所示。
[0003]由于五轴设备价格昂贵，因此三轴机床结合万向角度头的定轴加工工艺成为了法向孔低成本、便捷加工的较优选择。但由于万向角度头的角度调节依靠手工进行，当刀轴方向不平行于机床各直线轴时，其精确对刀及精加工数控编程就成为了行业难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题是：为了解决三轴机床+万向角度头加工法向圆孔时对刀过程可操作性差、精度不高、以及缺乏有效的精加工数控方法的问题。本申请公开了一种基于三轴机床的法向圆孔高效精密加工方法，可生成与实际装刀长度匹配的加工程序，从而实现法向圆孔的高精度、低成本、和高便捷性加工。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，包括，
[0007]装卡待加工产品并找正，建立工件坐标系，三轴机床主轴端面定位点P对刀至工件坐标系零点，然后在三轴机床主轴端面位置安装万向角度头；
[0008]按照法向圆孔在待加工产品上的理论中心位置和方向，获得待加工产品在工件坐标系的法向孔矢量坐标、法向孔的中心点坐标；在万向角度头安装刀具，调整万向角度头使刀具轴线与待加工产品的法向圆孔轴线平行；
[0009]通过刀轨编程软件获得在工件坐标系下的法向孔三轴加工刀路轨迹，生成无刀长数据的三轴机床主轴端面定位点P在工件坐标系中的刀轨源文件；
[0010]根据所述三轴机床主轴端面定位点P的刀轨源文件、万向角度头的固有参数、刀具有效摆长，通过数据处理模块进行处理，获得基于实际装刀长度的数控加工程序；
[0011]将所述数控加工程序传输至机床数控系统并运行，实现法向圆孔的加工。
[0012]所述数据处理模块：建立三轴机床主轴端面定位点P到万向角度头装刀平面定位点M的坐标数据关系方程，并结合万向角度头的固有参数、刀具有效摆长，获得刀具的刀心点C的坐标关于P点坐标的关系方程，根据刀具的刀心点 C的坐标关于P点坐标的关系方程转换得到刀具刀心点C的刀轨源文件，进而生成最终的基于实际装刀长度的数控加工程序。
[0013]所述万向角度头的固有参数包括：装刀端面定位点M到万向角度头装刀轴线与三轴机床主轴轴线的交点Q的距离L0，以及角度头安装在机床上之后Q 点到三轴机床主轴端面定位点P的距离L1。
[0014]所述刀具有效摆长为万向角度头装刀端面定位点M到刀心点C的距离L 与L0之和。
[0015]所述点P到定位点M的坐标关系方程为：
[0016][0017]其中，r
P
表示主轴端面定位点P在工件坐标系中的径矢，r
M
表示装刀端面定位点M在工件坐标系中的径矢，为装刀端面定位点M到万向角度头装刀轴线与三轴机床主轴轴线的交点Q的向量，为万向角度头装刀轴线与三轴机床主轴轴线的交点Q到三轴机床主轴端面定位点P的向量。
[0018]所述C点坐标关于P点坐标的关系式为：
[0019][0020]其中，P在工件坐标系中的坐标为[xP,yP,z
P
]T
；点C在工件坐标系中的坐标为[xC,yC,zC]T
；万向角度头装刀轴线方向的单位矢量为n，n在工件坐标系中的坐标记为[i,j,k]T
。
[0021]所述调节万向角度头使刀具轴线与待加工产品的法向圆孔轴线平行的方法为：首先根据待加工产品的待加工法向孔在加工坐标系下的理论轴线方向，根据理论轴线方向确定目标角度，参考万向角度头的刻度盘，将万向角度头调整到目标角度，然后万向角度头装夹校验棒，通过杠杆表测量校验棒在法向孔轴线方向的跳动来精校正万向头的轴线与待加工法向孔的轴线平行。
[0022]所述待加工产品上设有精基准，精基准用于产品精找正、对刀、建立加工坐标系。
[0023]所述精基准为定位安装孔，定位安装孔设置于待加工产品2个安装端面上，每个安装端面设置的2个安装定位孔的轴向平行，且定位安装孔的轴线方向与机床的坐标轴方向平行。
[0024]所述机床数控系统根据基于实际装刀长度的数控加工程序、待加工法向孔矢量坐标、法向孔的中心点坐标，使万向角度头装夹的刀具的刀心点C沿着待加工法向孔矢量坐标的方向进行定轴运动，实现法向圆孔的精密加工。
[0025]综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
[0026]提供了一种基于三轴机床+万向角度头的法向圆孔快捷加工方法，可以快速、高精度地找正法向圆孔，并高效生成法向圆孔加工的数控加工程序，可以在三轴机床上基于万向角度头实现工件法向特征的高精度、低成本的便捷加工。
[0027]提供了一种法向圆孔定轴加工的快捷对刀找正方法，研究了基于三轴机床和万向角度头的定轴加工中刀具长度补偿的基本原理，推导出刀具长度补偿后三轴机床主轴端面定位点的坐标计算方程；然后，基于提供的算法原理，开发出带有装刀长度补偿的后置处理程序，可高效生成基于实测装刀长度的数控加工程序，能够实现法向圆孔的高精度、低成本、和高便捷性加工。
附图说明
[0028]图1为本申请实施例中应用的型号背景，图1(a)为某型号异型面对称结构战斗部舱产品的斜孔采用龙门五轴机床进行加工的示意图，图1(b)为某型号异型面对称结构战斗部舱产品斜孔加工改用该专利方法的实施图。
[0029]图2为本申请实施例中三轴机床、万向角度头及对应加工系统的示意图。
[0030]附图标记说明：1表示三轴机床主轴滑枕，2表示主轴端面，3表示万向角度头，4表示待加工工件，5表示待加工的法向圆孔；点P为主轴端面2的中心点，即主轴端面定位点，点Q为万向角度头3的装刀轴线与三轴机床主轴轴线的交点，点M为万向角度头3的装刀端面定位点，点C为所安装刀具的刀心点。O
M
X
M
Y
M
Z
M
为机床坐标系，O
W
X
W
Y
W
Z
W
为工件坐标系，在工件坐标系 O
W
X
W
Y
W
Z
W
中，矢量n为万向角度头装刀轴线方向的单位矢量，矢量m为法向圆孔5的中心轴向矢量，L为刀心点C到角度头定位点M的刀轴方向的距离， L0为角度头定位点M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于：包括，装卡待加工产品并找正，建立工件坐标系，三轴机床主轴端面定位点P对刀至工件坐标系零点，然后在三轴机床主轴端面位置安装万向角度头；按照法向圆孔在待加工产品上的理论中心位置和方向，获得待加工产品在工件坐标系的法向孔矢量坐标、法向孔的中心点坐标；在万向角度头安装刀具，调整万向角度头使刀具轴线与待加工产品的法向圆孔轴线平行；通过刀轨编程软件获得在工件坐标系下的法向孔三轴加工刀路轨迹，生成无刀长数据的三轴机床主轴端面定位点P在工件坐标系中的刀轨源文件；根据所述三轴机床主轴端面定位点P的刀轨源文件、万向角度头的固有参数、刀具有效摆长，通过数据处理模块进行处理，获得基于实际装刀长度的数控加工程序；将所述数控加工程序传输至机床数控系统并运行，实现法向圆孔的加工。2.根据权利要求1所述的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于：所述数据处理模块：建立三轴机床主轴端面定位点P到万向角度头装刀平面定位点M的坐标数据关系方程，并结合万向角度头的固有参数、刀具有效摆长，获得刀具的刀心点C的坐标关于P点坐标的关系方程，根据刀具的刀心点C的坐标关于P点坐标的关系方程转换得到刀具刀心点C的刀轨源文件，进而生成最终的基于实际装刀长度的数控加工程序。3.根据权利要求1所述的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于：所述万向角度头的固有参数包括：装刀端面定位点M到万向角度头装刀轴线与三轴机床主轴轴线的交点Q的距离L0，以及角度头安装在机床上之后Q点到三轴机床主轴端面定位点P的距离L1。4.根据权利要求3所述的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于：所述刀具有效摆长为万向角度头装刀端面定位点M到刀心点C的距离L与L0之和。5.根据权利要求4所述的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于：所述点P到定位点M的坐标关系方程为：其中，r
P
表示主轴端面定位点P在工件坐标系中的径矢，r
M
表示装刀端面定位点M在工件坐标系中的径矢，为装刀端面...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄顺，叶正茂，赵建设，凌丽，柯清禅，尤洁，常文，邵与君，闫竣程，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：