專利名稱：包絡(luò)法球形曲面數(shù)控加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及球形曲面包絡(luò)法數(shù)控加工的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)球形曲面的數(shù)控加工程序主要是應(yīng)用目前市場上的CAM軟件(如 Pr0_E、UG、CATIA、SolidWork等)來實(shí)現(xiàn)的。而這些CAM軟件基本上是基于通用的、非智能 化的NC程序設(shè)計(jì)軟件，因而，應(yīng)用這些軟件所生成的NC程序只能通過“點(diǎn)位插補(bǔ)”的運(yùn)動(dòng) 方式實(shí)現(xiàn)等距行切或環(huán)切加工控控制，這樣的加工控制就必然會(huì)使被加工表面產(chǎn)生不均勻 的殘余余量，因而球形曲面的程序設(shè)計(jì)質(zhì)量差；應(yīng)用這些軟件進(jìn)行數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)，程序 段多，程序設(shè)計(jì)十分繁瑣，極易出錯(cuò)，數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)效率低；由于程序段多和殘余余量 不均勻，使數(shù)控加工路徑長，造成路徑浪費(fèi)，加工效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高球形曲面數(shù)控加工質(zhì)量、提高球形曲面 數(shù)控加工效率的包絡(luò)法球形曲面數(shù)控加工方法；本發(fā)明的目的是通過下述的步驟實(shí)現(xiàn)的 包絡(luò)法球形曲面數(shù)控加工方法，其步驟如下
1)輸入被加工零件球面半徑R、刀具的直徑d、刀片半徑r、刀具長度L、球面高度 H；2)建立被加工零件表面和刀具刃部的加工數(shù)學(xué)模型零件表面數(shù)學(xué)模型即球面 數(shù)學(xué)模型，刀具刃部數(shù)學(xué)模型即刀片回轉(zhuǎn)表面數(shù)學(xué)模型，以下數(shù)學(xué)模型均是以球面中心為 坐標(biāo)原點(diǎn)建立的(1)零件表面數(shù)學(xué)模型即球面數(shù)學(xué)模型x2+y2+z2 = R2(2)刀具刃部數(shù)學(xué)模型即刀片回轉(zhuǎn)表面數(shù)學(xué)模型x2+y2 = (d/2-r 士 (r2- (ζ-((R+r)2- (d/2-r)2)0.5)2)0.5)23)計(jì)算包絡(luò)環(huán)切加工刀具初始角度值和相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾角 Δ α，計(jì)算滿足球面加工刀具偏角的極限值α。包絡(luò)加工時(shí)機(jī)床回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)0到球心的長 度距離D以及球面加工起點(diǎn)的刀位坐標(biāo)0(x，y, ζ,Α,Β)；4)判斷環(huán)切加工刀具的最大偏角是否大于刀具偏角的極限值α e ；如果判斷結(jié)果 為是，則進(jìn)入步驟8)；如果判斷結(jié)果為否，則進(jìn)入步驟5)；5)如果步驟4)中的判斷結(jié)果為否，則計(jì)算出下一次加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工 的刀位坐標(biāo)0(x，y, ζ, A, B)；6)進(jìn)行一次被加工球面的包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工控制；7)包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀具偏角值α再加上一個(gè)角度增量插補(bǔ)值Δ α，返回步 驟4)進(jìn)行判斷；8)將刀具偏角的極限值α e賦值與α，計(jì)算出最后一次加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加 工的刀位坐標(biāo)0(x，y，ζ,Α,Β)；9)進(jìn)行最后一次被加工球面的包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工控制；10)球形曲面的包絡(luò)法數(shù)控加工控制結(jié)束。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)由于本發(fā)明采用包絡(luò)法數(shù)控加工控制方法，對球形曲面加工實(shí)現(xiàn) 了“線動(dòng)成面”的數(shù)控加工控制方法，比傳統(tǒng)的等距行切或環(huán)切加工的表面質(zhì)量好，效率高；包絡(luò)法數(shù)控加工控制方法，程序段少，出錯(cuò)的幾率降低，因此程序設(shè)計(jì)效率高。


圖1是包絡(luò)法球形曲面數(shù)控加工方法加工凸球形曲面及刀具插補(bǔ)參數(shù)示意圖；
圖2是包絡(luò)法球形曲面數(shù)控加工方法加工凹球形曲面及刀具插補(bǔ)參數(shù)示意圖；圖3是用圓刀片可轉(zhuǎn)位面銑刀進(jìn)行包絡(luò)加工凸球形曲面方法示意圖；圖4是用圓刀片可轉(zhuǎn)位面銑刀進(jìn)行包絡(luò)加工凹球形曲面方法示意圖；圖5是被加工零件結(jié)構(gòu)主視圖；圖6是圖5所示零件結(jié)構(gòu)三維示意圖；圖7是包絡(luò)法球形曲面數(shù)控加工方法步驟示意圖。圖中的0刀位坐標(biāo)D機(jī)床回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)0到球心的長度距離L刀具長度r刀片半 徑d刀具的直徑包絡(luò)環(huán)切加工刀具初始角度值CIe刀具偏角的極限值α偏角值Δ α 包絡(luò)環(huán)切加工刀具初始角度值α ^和相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾角H球面高度
具體實(shí)施例方式包絡(luò)法球形曲面數(shù)控加工方法，其步驟如下1)輸入被加工零件球面半徑R、刀具的直徑d、刀片半徑r、刀具長度L、球面高度 H；2)建立被加工零件表面和刀具刃部的加工數(shù)學(xué)模型零件表面數(shù)學(xué)模型即球面 數(shù)學(xué)模型，刀具刃部數(shù)學(xué)模型即刀片回轉(zhuǎn)表面數(shù)學(xué)模型，以下數(shù)學(xué)模型均是以球面中心為 坐標(biāo)原點(diǎn)建立的(1)零件表面數(shù)學(xué)模型即球面數(shù)學(xué)模型x2+y2+z2 = R2(2)刀具刃部數(shù)學(xué)模型即刀片回轉(zhuǎn)表面數(shù)學(xué)模型x2+y2 = (d/2-r 士(r2- (ζ-((R+r)2- (d/2-r)2)0.5)2) 5)23)計(jì)算包絡(luò)環(huán)切加工刀具初始角度值和相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾角 Δ α，計(jì)算滿足球面加工刀具偏角的極限值α。包絡(luò)加工時(shí)機(jī)床回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)0到球心的長 度距離D以及球面加工起點(diǎn)的刀位坐標(biāo)0(x，y, ζ,Α,Β)；4)判斷環(huán)切加工刀具的最大偏角是否大于刀具偏角的極限值α e ；如果判斷結(jié)果 為是，則進(jìn)入步驟8)；如果判斷結(jié)果為否，則進(jìn)入步驟5)；5)如果步驟4)中的判斷結(jié)果為否，則計(jì)算出下一次加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工 的刀位坐標(biāo)0(x，y, ζ, A, B)；6)進(jìn)行一次被加工球面的包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工控制；7)包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀具偏角值α再加上一個(gè)角度增量插補(bǔ)值Δ α，返回步 驟4)進(jìn)行判斷；8)將刀具偏角的極限值α e賦值與α，計(jì)算出最后一次加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加 工的刀位坐標(biāo)0(x，y，ζ,Α,Β)；9)進(jìn)行最后一次被加工球面的包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工控制；10)球形曲面的包絡(luò)法數(shù)控加工控制結(jié)束。實(shí)例球形曲面數(shù)控加工方法，其步驟如下
1)、輸入被加工零件球面半徑R、刀具的直徑d、刀具半徑r、刀具長度L、球面高度 H ；以圖5、圖6所示為例，被加工零件球面半徑R = 178mm,以圖1、圖2、圖3和圖4所示，刀 具的直徑d = 66mm,刀具半徑r = 8mm,刀具長度L = 300mm,球面高度H = 180mm ；2)、建立被加工零件表面和刀具刃部的加工數(shù)學(xué)模型零件表面數(shù)學(xué)模型即球面 數(shù)學(xué)模型，刀具刃部數(shù)學(xué)模型即刀片回轉(zhuǎn)表面數(shù)學(xué)模型，以下數(shù)學(xué)模型均是以球面中心為 坐標(biāo)原點(diǎn)建立的(1)、零件表面數(shù)學(xué)模型即球面數(shù)學(xué)模型
x2+y2+z2 = R2(2)、刀具刃部數(shù)學(xué)模型即刀片回轉(zhuǎn)表面數(shù)學(xué)模型x2+y2 = (d/2-r士 (r2-(z-((R+r)2-(d/2-r)2)0.5)2)°'5)2 ；根據(jù)步驟1)所輸入的被加工零件球面(上面未出現(xiàn)圓柱面)半徑R= 178mm和球 面高度，H = 180mm,自動(dòng)建立被加工零件表面加工數(shù)學(xué)模型，并以球面的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)；根據(jù)步驟1所輸入的刀具直徑d = 66mm，刀具半徑r = 8mm，刀具長度L = 300mm, 自動(dòng)建立被加工零件表面加工數(shù)學(xué)模型，包括刀具圓形刀片回轉(zhuǎn)所形成的圓環(huán)表面以及刀 具端面中心到機(jī)床回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)的長度L ；3)、計(jì)算包絡(luò)環(huán)切加工刀具初始角度值α ^和相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾角 Δ α，計(jì)算滿足球面加工刀具偏角的極限值α。包絡(luò)加工時(shí)機(jī)床回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)0到球心的長 度距離D以及球面加工起點(diǎn)的刀位坐標(biāo)0(x、y、z、A、B)；根據(jù)步驟2所建立的數(shù)學(xué)模型，(對于凸球面)計(jì)算出包絡(luò)環(huán)切加工刀具的初始 角度值C^ = Sirr1((CHr)ZOIHZR))并將Citl值賦給α ；相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾 角Δα = ；計(jì)算滿足球面加工刀具偏角的的極限值Ji/2-a0-sin-1((R-H+r)/ (R+r))；包絡(luò)加工時(shí)機(jī)床回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)到球心的長度距離D = L+Rcos( a J ；加工程序起點(diǎn)刀 位 0 的坐標(biāo)值 χ = 0、y = 0、z = D、A = 0、B = 0 ；4)、判斷環(huán)切加工刀具的最大偏角是否大于刀具偏角的極限值a e ；5)、如果步驟4)中的判斷結(jié)果為否，則計(jì)算出下一次加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工 的刀位坐標(biāo)0(x、y、z、A、B)；6)、進(jìn)行一次被加工球面的包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工控制；7)、根據(jù)步驟6)加工一層結(jié)束后，α偏角值再加上一個(gè)角度增量插補(bǔ)值Δ α ；即 α = α+Δ α (賦值表達(dá)式)，此時(shí)的角度插補(bǔ)值是積累值，將增加角度增量插補(bǔ)值的角度 參數(shù)α返回步驟4)進(jìn)行判斷；8)、步驟4)中的若判斷結(jié)果為是，將刀具偏角的極限值Cie賦值與α，計(jì)算出最后 一次加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀位坐標(biāo)0(χ、y、ζ、A、B)；9)、進(jìn)行最后一次被加工球面的包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工；10)、球形曲面的包絡(luò)法數(shù)控加工控制結(jié)束。該參數(shù)化球形曲面數(shù)控加工控制制制方法，采用包絡(luò)法數(shù)控加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了球形 曲面等殘余余量加工，改變了傳統(tǒng)的等距行切或環(huán)切所產(chǎn)生不均勻殘余余量的加工方法， 從而提高了被加工表面的質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)了最短切削路徑加工，歷到了提高加工效率的目的； 由于該球形曲面數(shù)控加工方法是參數(shù)化數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)，因此，其程序設(shè)計(jì)較用市場上 的CAM軟件，如Pro_E、UG、CATIA、Solidffork等設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)球形曲面數(shù)控加工方法程序要容易，同時(shí)也減少了試切時(shí)間，出錯(cuò)幾率低，每加工完一次，重新計(jì)算出刀具位置，因此程序 段減少了，提高程序的運(yùn)行效率。因此粗加工效率可以提高至少1倍，精加工效率可以提高 幅度更大。
權(quán)利要求
包絡(luò)法球形曲面數(shù)控加工方法，其步驟如下1)輸入被加工零件球面半徑R、刀具的直徑d、刀片半徑r、刀具長度L、球面高度H；2)建立被加工零件表面和刀具刃部的加工數(shù)學(xué)模型零件表面數(shù)學(xué)模型即球面數(shù)學(xué)模型，刀具刃部數(shù)學(xué)模型即刀片回轉(zhuǎn)表面數(shù)學(xué)模型，以下數(shù)學(xué)模型均是以球面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立的(1)零件表面數(shù)學(xué)模型即球面數(shù)學(xué)模型x2+y2+z2＝R2(2)刀具刃部數(shù)學(xué)模型即刀片回轉(zhuǎn)表面數(shù)學(xué)模型x2+y2＝(d/2-r±(r2-(z-((R+r)2-(d/2-r)2)0.5)2)0.5)23)計(jì)算包絡(luò)環(huán)切加工刀具初始角度值α0和相鄰環(huán)切之間刀具軸線之間的夾角Δα，計(jì)算滿足球面加工刀具偏角的極限值αe、包絡(luò)加工時(shí)機(jī)床回轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)O到球心的長度距離D以及球面加工起點(diǎn)的刀位坐標(biāo)O(x，y，z，A，B)；4)判斷環(huán)切加工刀具的最大偏角是否大于刀具偏角的極限值αe；如果判斷結(jié)果為是，則進(jìn)入步驟8)；如果判斷結(jié)果為否，則進(jìn)入步驟5)；5)如果步驟4)中的判斷結(jié)果為否，則計(jì)算出下一次加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀位坐標(biāo)O(x，y，z，A，B)；6)進(jìn)行一次被加工球面的包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工控制；7)包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀具偏角值α再加上一個(gè)角度增量插補(bǔ)值Δα，返回步驟4)進(jìn)行判斷；8)將刀具偏角的極限值αe賦值與α，計(jì)算出最后一次加工球面包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工的刀位坐標(biāo)O(x，y，z，A，B)；9)進(jìn)行最后一次被加工球面的包絡(luò)環(huán)切數(shù)控加工控制；10)球形曲面的包絡(luò)法數(shù)控加工控制結(jié)束。
全文摘要
包絡(luò)法球形曲面數(shù)控加工方法，步驟1、輸入R、d、r、L、H值；2、建立零件表面和刀具刃部數(shù)模零件表面數(shù)模x2+y2+z2＝R2，刀具刃部數(shù)模x2+y2＝(d/2-r±(r2-(z-((R+r)2-(d/2-r)2)0.5)2)0.5)，3、計(jì)算刀具初始角度值α0和相鄰環(huán)切刀具軸線之間的夾角Δα，計(jì)算刀具偏角的極限值αe、加工起點(diǎn)的刀位坐標(biāo)O(x、y、z、A、B)；4、判斷α＞αe；5、計(jì)算出下一次加工球面刀位坐標(biāo)；6、進(jìn)行一次球面加工；7、刀具偏角值α再加上一個(gè)角度增量插補(bǔ)值Δα，返回步驟4)8、計(jì)算出最后一次加工球面刀位坐標(biāo)；9、進(jìn)行最后一次球面加工；優(yōu)點(diǎn)表面質(zhì)量好，效率高。
文檔編號G05B19/4097GK101866164SQ20101012454
公開日2010年10月20日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者唐臣升 申請人:沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司