專利名稱：實際刀軸方向偏離編程刀軸方向的數(shù)控加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用球刀對型面進行數(shù)控加工的方法。
背景技術(shù)：
對于空間曲面數(shù)銑加工，不管是刀軸方向不發(fā)生變化的固定軸銑削場合，還是刀 具方向在空間位置的不斷變化的四軸、五軸及多軸的銑削場合，實際加工的刀軸的方向是 和程序設(shè)計的刀軸方向是一致的。在汽車沖壓模具加工中，普遍使用3+2軸的數(shù)控加工機 床，采用固定軸方式球刀加工型面時，對于下列一些情況，有時會出現(xiàn)刀軸的實際加工方向 與編程不一致的狀況一是受機床本身性能的限制，象早一些的機床，本身主軸頭能進行旋 轉(zhuǎn)或更換而進行調(diào)頭加工，但角度精度已無法準確保證，會出現(xiàn)偏差；二是機床雖能完成刀 軸的準確定位，但是實際加工現(xiàn)場受機床更換、刀具長短、操作人員工藝經(jīng)驗的影響，會根 據(jù)實際情況調(diào)轉(zhuǎn)與編程不一致的刀軸方向進行加工，從而造成實際加工的刀軸方向與編程 的刀軸方向偏差。上述問題傳統(tǒng)的解決方法(1)、對于調(diào)頭不能實現(xiàn)自動補償、調(diào)頭精度不能保證的數(shù)控加工機床而必須調(diào)頭 加工的零件，只能進行外協(xié)加工，利用社會上的設(shè)備和加工資源完成加工，增加開發(fā)成本和 產(chǎn)品開發(fā)周期。(2)、對于調(diào)頭能實現(xiàn)自動補償、調(diào)頭精度有保證的機床，當生產(chǎn)現(xiàn)場受刀具、加工 工藝性要求需要調(diào)整編程的刀軸方法時，程序設(shè)計部門必須按車間要求重新編制加工程 序，造成工作的反復(fù)，浪費時間和精力，延誤加工時間。而且我國有大量的十幾年前的數(shù)控機床，如何利用新的工藝方法，充分發(fā)揮這些 機床的性能和加工潛力，給企業(yè)帶來更多的效益，是需要解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能有效解決普通數(shù)控機床主軸調(diào)頭時不 能實現(xiàn)自動調(diào)頭加工坐標系補償、調(diào)頭精度不準或靠人工扳動調(diào)整，傾斜后的實際加工刀 軸方向與編程理論用的刀軸方向存在誤差問題的實際刀軸方向偏離編程刀軸方向的數(shù)控 加工方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是實際刀軸方向偏離編程刀軸方向的 數(shù)控加工方法，所述數(shù)控加工方法采用球刀作為加工刀具，確定所述實際刀軸方向偏離所 述編程刀軸方向的角度偏差，所述實際刀軸對應(yīng)有實際刀具，所述編程刀軸對應(yīng)有編程刀 具，包括對刀步驟，所述對刀步驟中的對刀點為編程刀具的理論刀尖對應(yīng)的實際刀具的刀 刃位置。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，確定所述角度偏差(5 )的步驟包括確定刀具與被加工工 件可能發(fā)生碰撞干涉的接觸點，根據(jù)確定的接觸點確定角度偏差(S)允許取值范圍，所述 角度偏差為在平面內(nèi)實際加工刀軸方向與編程刀軸方向之間的夾角，步驟如下
由h+A ^ H ；H = R[l-sin(a + 6 )]；得旦=a+5 ^ arcsin[l-(h+/A)/R]；其中，a :編程刀軸方向與發(fā)生角度偏差的平面的縱坐標軸的夾角；R:球刀半徑；h 發(fā)生干涉的接觸點到球刀最低點(K)的距離；H 球刀半球部分與直刃部分的切點到球刀最低點(K)的距離；A 設(shè)定的安全長度；日實際加工刀軸與垂直方向的夾角。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述安全長度(A)不小于3mm。由于采用了上述技術(shù)方案，實際刀軸方向偏離編程刀軸方向的數(shù)控加工方法，所 述數(shù)控加工方法采用球刀作為加工刀具，確定所述實際刀軸方向偏離所述編程刀軸方向的 角度偏差，所述實際刀軸對應(yīng)有實際刀具，所述編程刀軸對應(yīng)有編程刀具，包括對刀步驟， 所述對刀步驟中的對刀點為編程刀具的理論刀尖對應(yīng)的實際刀具的刀刃位置；有效解決了 普通數(shù)控機床主軸調(diào)頭時不能實現(xiàn)自動調(diào)頭加工坐標系補償、調(diào)頭精度不準或靠人工扳動 調(diào)整，傾斜后的實際加工刀軸方向與編程理論用的刀軸方向存在誤差問題，充分利用了機 床、刀具的現(xiàn)有條件，現(xiàn)場操作人員根據(jù)零件加工工藝要求，通過本方法實現(xiàn)工件的加工， 增加了現(xiàn)場操作的靈活性和方便性，同時可最大發(fā)揮、利用了現(xiàn)有硬件資源，對原本無法加 工的零件實現(xiàn)了加工，降低了成本、縮短開發(fā)周期。


圖1是本發(fā)明對刀步驟中找正對刀示意圖；圖2是本發(fā)明對刀步驟中編程刀軸方向垂直于橫坐標軸方向找正對刀示意圖；圖3是本發(fā)明中實際加工刀軸方向偏離編程刀軸方向產(chǎn)生干涉情形分析示意圖；圖4是本發(fā)明中確定角度偏差(8 )步驟的分析示意圖；圖5是本發(fā)明中多次調(diào)頭傾斜加工刀軸分段加工示意圖。
具體實施例方式實際刀軸方向偏離編程刀軸方向的數(shù)控加工方法，所述數(shù)控加工方法采用球刀作 為加工刀具，確定所述實際刀軸方向偏離所述編程刀軸方向的角度偏差，所述實際刀軸對 應(yīng)有實際刀具，所述編程刀軸對應(yīng)有編程刀具，包括對刀步驟，所述對刀步驟中的對刀點為 編程刀具的理論刀尖對應(yīng)的實際刀具的刀刃位置，利用球刀頭部為半球的幾何特性，保證 球刀與被加工型面的接觸點B保持不變，保證加工的正確性，解決數(shù)控機床主軸調(diào)頭時，傾 斜后的實際加工刀軸方向與編程理論用的刀軸方向存在誤差的問題，所述角度偏差可能產(chǎn) 生在加工坐標系的XZ平面內(nèi)，也可能在其它平面內(nèi)，下述以角度偏差發(fā)生在加工坐標系的 XZ平面內(nèi)為例進行說明，角度偏差發(fā)生在其它加工坐標系平面內(nèi)的情形可同理進行換算和 操作。確定所述角度偏差5的步驟包括，確定刀具與被加工工件可能發(fā)生碰撞干涉的
4接觸點S，由于實際加工刀軸方向與編程刀軸方向形成角度偏差5，會造成刀桿向一側(cè)型 面靠近的現(xiàn)象，這一側(cè)型面上任意點的切線與扳動后的刀軸如果沒有形成負角度，刀具按 調(diào)整后的角度進行加工時不用擔心刀具會碰到工件。若調(diào)整實際加工刀軸方向偏離編程刀 軸方向后，造成型面與實際加工刀軸形成負角時，刀具在運動到某一位置會與型面碰撞。如圖3所示，若曲面切線ab處的型面當與編程刀軸存在加工負角0，CAM軟件會 根據(jù)編程設(shè)定的刀軸方向，當球刀底部接觸型面時，編程軟件自動計算出刀具與負角處型 面的碰撞干涉接觸點S，從而進行避讓，防止過切加工。但當現(xiàn)場進行刀軸的調(diào)整，使實際加 工刀軸不符合編程刀軸時，若在刀桿趨向靠近被加工型面的這一側(cè)存在型面的切線方向與 刀軸加工方向成負角0'時，在此區(qū)域，當型腔深度高于球刀半球部分與直刃部分的切點 J時，則會發(fā)生嚴重的刀具與工件的干涉現(xiàn)象，即圖3中的陰影區(qū)域，這是不允許的。因此，用球刀仿銑型面中，實際加工刀軸方向偏離編程刀軸方向是有條件限制的， 要對型面形狀進行分析，并關(guān)聯(lián)編程加工刀具的幾何參數(shù)進行計算比較。在確保加工安全 的情況下，在現(xiàn)有資源和工藝性要求的情況下，靈活方便的實現(xiàn)加工方案。如圖4，編程刀軸 與Z坐標軸方向成a角，實際加工刀軸與編程刀軸存在S角的偏差，分析發(fā)現(xiàn)切線ab處 型面與實際加工刀軸存在加工負角9 ‘，則角度偏差S允許取值范圍應(yīng)滿足h+As^H;具體步驟如下由h+A<H;H = R[l-sin(a + 6 )]；得旦=a+ 6 ^ arcsin[l-(h+A)/R]；其中，a 編程刀軸方向與Z坐標軸方向的夾角；R 球刀半徑；h 發(fā)生干涉的接觸點到球刀最低點K的距離；H 球刀半球部分與直刃部分的切點到球刀最低點K的距離；A 設(shè)定的安全長度，所述安全長度A等于3mm ；日實際加工刀軸與垂直方向的夾角。需要注意的是，上述的分析判斷，要在刀軸偏轉(zhuǎn)造成影響的各個方向截面上都要 進行，安全長度A要保證在最嚴重的方向上滿足安全要求。對于當h>H時，是不允許實際加工刀軸方向與編程刀軸方向存在偏差的，不能按 上述的對策實現(xiàn)加工方案。若被加工型面存在類似的型腔起伏很少，而實際操作中確實需 要按此解決方案完成加工的，可采取分段加工的方式，如圖5所示，按上述策略刀軸向一側(cè) 偏轉(zhuǎn)后加工II-III段型面，并保證一定的安全距離I-II段的型面可使刀軸向另一側(cè)斜實 現(xiàn)加工。所述對刀步驟具體包括，在角度偏差S允許取值范圍內(nèi)取定角度偏差8值，對刀 點為編程刀具的理論刀尖A對應(yīng)的實際刀具的刀刃位置。如圖1所示實際加工中，實際加 工刀軸方向與編程刀軸方向在XZ平面內(nèi)傾斜一定的角度5。傾斜后，球刀在刀軸方向上 的刀尖點是A'點，由于編程時的刀軸方向為垂直方向，其輸出的程序是刀尖點A的坐標數(shù) 據(jù)，利用刀具加工頭部是半球的幾何特性，只要在對刀確定坐標系時，對實際傾斜后的刀具還是按球刀編程時的刀軸方向上的刀尖點A對刀，而不是用A'點對刀，就可保證球刀與被 加工型面的接觸點B保持不變，從而保證加工的正確性，這樣就實現(xiàn)了用球刀垂直刀軸編 程、傾斜刀軸的型面加工；如圖2所示對于實際加工中，編程刀軸方向并非垂直方向，編程 刀軸方向與Z坐標軸方向存在夾角a的情況，也同樣利用刀具加工頭部是半球的幾何特 性，在對刀確定坐標系時，對實際傾斜后的刀具還是按球刀編程時的刀軸方向上的刀尖點A 對刀，而不是用A'點對刀，用以保證球刀與被加工型面的接觸點B保持不變，保證加工的 正確性。如圖2所示，按照編程刀軸方向上的球頭刀尖點A的位置數(shù)據(jù)進行加工坐標系找 準時設(shè)定球刀最低點K為計算參考點，則XA = Xk+Rsina ；ZA = Zk+R(l-cos a )；其中，Xa:A點的X坐標值；Za:A點的Z坐標值;Xk:K點的X坐標值；Zk:K點的Z坐標值；R 球刀半徑。調(diào)轉(zhuǎn)刀軸后重新驗證對刀，設(shè)定球刀半球部分上M點為驗證對刀點進行換算XA = XM-R(l-sina )；其中，Xa:A點的橫坐標；Xm:M點的橫坐標；R 球刀半徑；a 編程刀軸方向與發(fā)生角度偏差的平面的縱坐標軸的夾角。在完成對刀步驟后的加工步驟中，使用機床的RTCP功能進行加工，在機床控制系 統(tǒng)中設(shè)置pivot距離和刀具長度，所述刀具長度是到球頭底端刀尖的長度。在確定所述角度偏差8的步驟中發(fā)現(xiàn)刀具與被加工工件不會發(fā)生碰撞干涉，可 進行如下加工步驟，所述加工步驟包括激活機床控制器的RTCP功能，使用RTCP功能設(shè)置定 位刀軸方位時，輸入系統(tǒng)的刀具長度為到球頭球心的長度，這樣即可實現(xiàn)實際加工刀軸方 向與編程刀軸方向傾斜加工而不需要CAM重新編程。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。一切從本發(fā)明的構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動所作出的結(jié)構(gòu)變換均落在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
實際刀軸方向偏離編程刀軸方向的數(shù)控加工方法，所述數(shù)控加工方法采用球刀作為加工刀具，確定所述實際刀軸方向偏離所述編程刀軸方向的角度偏差，所述實際刀軸對應(yīng)有實際刀具，所述編程刀軸對應(yīng)有編程刀具，包括對刀步驟，其特征在于，所述對刀步驟中的對刀點為編程刀具的理論刀尖對應(yīng)的實際刀具的刀刃位置。
2.如權(quán)利要求1所述的實際刀軸方向偏離編程刀軸方向的數(shù)控加工方法，其特征在 于，確定所述角度偏差(S)的步驟包括確定刀具與被加工工件可能發(fā)生碰撞干涉的接觸 點，根據(jù)確定的接觸點確定角度偏差(S)允許取值范圍，所述角度偏差為在平面內(nèi)實際加 工刀軸方向與編程刀軸方向之間的夾角，步驟如下由h+A ^ H ；H = R[l-sin(a + 6 )]；得旦=a + 6 ^ arcsin[l-(h+A)/R]；其中，a :編程刀軸方向與發(fā)生角度偏差的平面的縱坐標軸的夾角； R 球刀半徑；h 發(fā)生干涉的接觸點到球刀最低點(K)的距離； H 球刀半球部分與直刃部分的切點到球刀最低點⑷的距離； A 設(shè)定的安全長度； 3 實際加工刀軸與垂直方向的夾角。
3.如權(quán)利要求2所述的實際刀軸方向偏離編程刀軸方向的數(shù)控加工方法，其特征在 于所述安全長度(A )不小于3mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實際刀軸方向偏離編程刀軸方向的數(shù)控加工方法，所述數(shù)控加工方法采用球刀作為加工刀具，確定所述實際刀軸方向偏離所述編程刀軸方向的角度偏差，所述實際刀軸對應(yīng)有實際刀具，所述編程刀軸對應(yīng)有編程刀具，包括對刀步驟，所述對刀步驟中的對刀點為編程刀具的理論刀尖對應(yīng)的實際刀具的刀刃位置；有效解決了普通數(shù)控機床主軸調(diào)頭時不能實現(xiàn)自動調(diào)頭加工坐標系補償、調(diào)頭精度不準或靠人工扳動調(diào)整，傾斜后的實際加工刀軸方向與編程理論用的刀軸方向存在誤差問題，充分利用了機床、刀具的現(xiàn)有條件，最大發(fā)揮、利用了現(xiàn)有硬件資源，對原本無法加工的零件實現(xiàn)了加工，降低了成本、縮短開發(fā)周期。
文檔編號G05B19/4097GK101859130SQ20101020629
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者劉會平, 李樹新, 王存第 申請人:山東濰坊福田模具有限責任公司