專利名稱：數(shù)字控制線接觸曲面加工方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，屬于數(shù)控機(jī)械加工的設(shè)備和方法。數(shù)字控制線接觸曲面加工的方法與設(shè)備，是采用線接觸加工方法對(duì)工件曲面加工的方法與設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前已知技術(shù)中的各種曲面數(shù)控加工如銑削、磨削等都是采用逼近或擬合的方法，將曲面轉(zhuǎn)換成很小的平面片或曲面片，再采用傳統(tǒng)的點(diǎn)線加工的方式，這需要大量的刀位數(shù)據(jù)，用3軸、4軸或5軸(及以上)的機(jī)床多軸聯(lián)動(dòng)加工，在這種加工方式中，追求加工效率與誤差控制是一對(duì)難以調(diào)和的矛盾。
側(cè)銑加工是近年來(lái)研究較多的一種加工方法，其主要優(yōu)點(diǎn)在于加工表面質(zhì)量好、加工效率高。這些研究主要集中于對(duì)扭曲直紋面及自由曲面的加工，分析由于加工方法本身所產(chǎn)生的加工誤差，以及基于誤差分析的刀位優(yōu)化方法。如于源等人發(fā)表在機(jī)械工程學(xué)報(bào)2002年第6期的“基于特征的直紋面5軸側(cè)銑精加工刀位計(jì)算方法”、蔡永林等人發(fā)表在西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)2004年第5期的“任意扭曲直紋面葉輪數(shù)控側(cè)銑刀位計(jì)算與誤差分析”、Menzel，Cornelia等發(fā)表在CADComputer Aided Design 2004年第3期的“Triple tangent flank milling ofruled surfaces”、Larue等發(fā)表在International Journal of Machine Toolsand Manufacture 2003年第2期的“Deviation of a machined surface in flankmilling”等。上述側(cè)銑方法雖然也都類似于線接觸加工方法，但其加工曲面的方法還是以點(diǎn)、線方式規(guī)劃刀具路徑，用刀具周齒實(shí)現(xiàn)切削；這需要將曲面逼近成多個(gè)曲面片，并用很多條數(shù)控代碼才能完成曲面加工，并存在逼近誤差，同傳統(tǒng)五軸點(diǎn)加工方法相比沒(méi)有質(zhì)的飛躍。
經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外專利文獻(xiàn)和公開(kāi)發(fā)表的期刊論文檢索，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明相同或類似的報(bào)道或文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述技術(shù)或設(shè)備存在的缺點(diǎn)，提供一種加工路徑短，效率高，精度高，用最少聯(lián)動(dòng)軸數(shù)和最少的數(shù)控加工代碼實(shí)現(xiàn)曲面加工的數(shù)字控制線接觸曲面加工方法與設(shè)備。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)在于作為一種數(shù)字控制線接觸曲面加工設(shè)備，包括有數(shù)字控制系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源、帶有數(shù)控的多軸運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)，其特征在于還必須具有四軸線接觸曲面加工裝置。四軸線接觸曲面加工裝置主要由回轉(zhuǎn)組件、平移組件、擺動(dòng)組件、伸縮組件和切削組件五大部分組成，回轉(zhuǎn)組件固定在基座上，主要由支承架構(gòu)件、下軸承、回轉(zhuǎn)體及上軸承組成。兩個(gè)軸承固定在支承架構(gòu)件上，回轉(zhuǎn)體分別和上軸承內(nèi)圈和下軸承內(nèi)圈靜配合連接，回轉(zhuǎn)電機(jī)安裝在支承架構(gòu)件上，回轉(zhuǎn)電機(jī)的軸回轉(zhuǎn)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)體及其延伸件構(gòu)成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)給軸，即C軸。平移組件安裝在回轉(zhuǎn)體的延伸件上，由安裝在延伸件上相互平行的一對(duì)導(dǎo)軌和滾珠絲杠以及安裝在導(dǎo)軌滑塊上的擺動(dòng)架組成。滾珠絲杠穿過(guò)擺動(dòng)架，其兩端支承安裝在回轉(zhuǎn)體的延伸件上，與導(dǎo)軌平行。與絲杠相連的平移運(yùn)動(dòng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲杠使擺動(dòng)架沿平移導(dǎo)軌移動(dòng)，由此構(gòu)成平移進(jìn)給軸，即U軸。擺動(dòng)組件通過(guò)一對(duì)軸承安裝在擺動(dòng)架的下部，由這一對(duì)軸承和擺動(dòng)體組成。擺動(dòng)體伸出軸分別和這兩個(gè)軸承的內(nèi)圈靜配合連接。安裝在擺動(dòng)架上的擺動(dòng)電機(jī)往復(fù)回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)擺動(dòng)體擺動(dòng)，以構(gòu)成擺動(dòng)進(jìn)給軸，即B軸。伸縮組件安裝在擺動(dòng)體上，它由一對(duì)導(dǎo)軌、伸縮滑塊和滾珠絲杠及聯(lián)接件組成。滾珠絲杠與導(dǎo)軌平行，穿過(guò)聯(lián)接件安裝，滾珠絲杠兩端與擺動(dòng)體固連，軸向進(jìn)給電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾珠絲杠使導(dǎo)軌沿伸縮滑塊運(yùn)動(dòng)，由此構(gòu)成伸縮運(yùn)動(dòng)進(jìn)給軸，即W軸。切削組件安裝在伸縮滑塊上。上述四軸線接觸曲面加工裝置使切削組件隨回轉(zhuǎn)組件、平移組件、擺動(dòng)組件和伸縮組件作空間運(yùn)動(dòng)。
目前的多軸機(jī)床結(jié)構(gòu)均不具備單軸進(jìn)給完成加工不同位置，不同半徑回轉(zhuǎn)面的能力，即使加工由平面、錐面和柱面等簡(jiǎn)單特征面所組成的零件表面也需要多軸的聯(lián)動(dòng)，以點(diǎn)、線方式規(guī)劃刀具路徑，以行切法或環(huán)切法加工完成，加工路徑長(zhǎng)，不可避免的存在逼進(jìn)誤差和非線性誤差。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一套四軸線接觸曲面加工裝置，其刀具側(cè)有兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸和兩個(gè)移動(dòng)軸。在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，直接根據(jù)被加工曲面特征，采用基于空間面加工的數(shù)控加工代碼，控制刀具的伸縮、擺動(dòng)、平移及旋轉(zhuǎn)，使刀具側(cè)刃始終與加工面的相切，用最少的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)和最少的數(shù)控加工代碼實(shí)現(xiàn)曲面的加工。特別是由于本發(fā)明在加工空間平面、圓柱面和圓錐面時(shí)，不存在理論廓形誤差，最終的加工誤差也僅來(lái)自機(jī)械誤差，因而加工路徑短、效率高、精度高。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于回轉(zhuǎn)組件中的下軸承和上軸承用一個(gè)軸承代替，可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于伸縮組件中的導(dǎo)軌和伸縮滑塊位置互換，以適應(yīng)不同的加工和安裝需要。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于切削組件或由主軸和刀具組成，或由主軸和拋光頭構(gòu)成，或由切割頭構(gòu)成，或由電加工陰極單元構(gòu)成。刀具可以是銑削刀具，也可以是磨削刀具。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還是作為一種數(shù)字控制線接觸曲面加工方法，其特征在于采用權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制線接觸曲面加工設(shè)備，即用帶有四軸線接觸曲面加工裝置的數(shù)控的多軸運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件上不同加工區(qū)域的特征型面加工，具體的步驟有一.根據(jù)加工件的曲面特征編寫(xiě)數(shù)控加工代碼；二.將加工件的空間面加工的數(shù)控加工代碼輸入到數(shù)控系統(tǒng)；三.通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制四軸線接觸曲面加工裝置的B、C軸回轉(zhuǎn)使刀具軸線矢量方向等于曲面起始加工點(diǎn)的切線矢量；四.控制刀具主軸旋轉(zhuǎn)；五.通過(guò)控制X，Y和Z軸，先調(diào)整工件使得刀具的側(cè)刃與工件的加工起始線相切觸；六.控制四軸線接觸曲面加工裝置的B軸回轉(zhuǎn)和W軸進(jìn)給，切削過(guò)程中，使刀具底刃始終與曲面導(dǎo)動(dòng)線保持切觸；七.完成曲面加工全過(guò)程，各軸回位。
本發(fā)明的數(shù)字控制線接觸曲面加工方法采用四軸線接觸曲面加工裝置作為刀具側(cè)，配以不同的工件側(cè)裝置，可以實(shí)現(xiàn)不同加工范圍及特征型面加工。同時(shí)，也由于工件側(cè)可實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)功能的區(qū)別，而使加工方法產(chǎn)生差異。實(shí)現(xiàn)了用一條數(shù)控代碼就可以加工一種特定的曲面，或者是用一條數(shù)控代碼就可以加工任意的空間平面的加工方法。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于當(dāng)曲面為圓錐面時(shí)，在進(jìn)行第三步時(shí)還要調(diào)整工件位置使其圓錐面的回轉(zhuǎn)軸線與C軸回轉(zhuǎn)軸線重合，U軸進(jìn)給調(diào)整刀具繞工件的回轉(zhuǎn)半徑；進(jìn)行第五步時(shí)，擺動(dòng)B軸進(jìn)給調(diào)整刀具繞回轉(zhuǎn)軸的夾角即半圓錐角，通過(guò)控制X，Y和Z軸，調(diào)整工件使得刀具的側(cè)刃與工件的加工起始線相切觸。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于加工柱面時(shí)，在進(jìn)行第三步時(shí)，調(diào)整回轉(zhuǎn)軸B和C軸使刀具軸線矢量方向等于柱面直母線矢量，調(diào)整U軸和W軸使刀具底刃始終與導(dǎo)動(dòng)線保持切觸，而加工中不再調(diào)整刀具矢量；進(jìn)行第六步時(shí)刀具軸線始終運(yùn)行在加工面的等距面上。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于加工平面時(shí)在進(jìn)行第三步時(shí)先調(diào)整刀具軸線與工件加工平面平行，刀具軸線與加工平面距離等于刀具半徑；第六步時(shí)，控制X，Y軸和W軸完成進(jìn)給，使刀具底刃始終與平面邊界保持切觸從而完成加工。
本發(fā)明提出并設(shè)計(jì)了四軸線接觸曲面加工裝置的運(yùn)動(dòng)軸和結(jié)構(gòu)，提供了一種能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)的四軸線接觸曲面加工裝置。與數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合在一起，可以構(gòu)成多軸數(shù)控曲面加工機(jī)床，因而可以直接根據(jù)被加工曲面特征，采用基于空間面加工的數(shù)控加工代碼，控制刀具的伸縮、擺動(dòng)、平移及旋轉(zhuǎn)，使刀具周刃始終與加工面的直母線相切進(jìn)行加工，較好地解決加工效率與誤差控制之間的矛盾。由于本發(fā)明在加工空間平面、圓柱面和圓錐面時(shí)，不存在理論誤差，最終的加工誤差也僅來(lái)自機(jī)械誤差，因而效率高、精度高，實(shí)現(xiàn)了用最少的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)和最少的數(shù)控加工代碼實(shí)現(xiàn)曲面的加工。本發(fā)明不僅可應(yīng)用于數(shù)控銑削精加工，而且可應(yīng)用于光整加工，數(shù)控車銑加工、數(shù)控電解加工和數(shù)控電火花加工等許多方面的機(jī)械精加工。


圖1是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；圖2是本發(fā)明的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的四軸線接觸曲面加工裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的四軸線接觸曲面加工裝置的平移組件結(jié)構(gòu)圖，也是圖3中平移組件的側(cè)視圖；圖5是本發(fā)明的四軸線接觸曲面加工裝置的伸縮組件的結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明的四軸線接觸曲面加工裝置伸縮組件的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖7是本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制線接觸曲面加工方法的設(shè)備的幾種組合形式列舉表，也是實(shí)施例9和10中表述的幾種形式。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)施例1參見(jiàn)圖3，本發(fā)明作為一種數(shù)字控制線接觸曲面加工設(shè)備，包括有數(shù)字控制系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源、帶有數(shù)控的多軸運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)，關(guān)鍵點(diǎn)在于還必須具有四軸線接觸曲面加工裝置，四軸線接觸曲面加工裝置主要由回轉(zhuǎn)組件、平移組件、擺動(dòng)組件、伸縮組件和切削組件五大部分組成，回轉(zhuǎn)組件固定在基座1上，主要由支承架構(gòu)件2、下軸承3、回轉(zhuǎn)體4及上軸承5組成，兩個(gè)軸承3和5固定在支承架構(gòu)件2上，回轉(zhuǎn)體4分別和上軸承內(nèi)圈7和下軸承內(nèi)圈8靜配合連接，回轉(zhuǎn)電機(jī)6安裝在支承架構(gòu)件2上，電機(jī)6的軸回轉(zhuǎn)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)體4及其延伸件19構(gòu)成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)給軸，即C軸，見(jiàn)圖1。平移組件安裝在回轉(zhuǎn)體4的延伸件19上，又參見(jiàn)圖4，由安裝在延伸件19上相互平行的一對(duì)導(dǎo)軌17和滾珠絲杠10以及安裝在導(dǎo)軌滑塊18上的擺動(dòng)架16組成，滾珠絲杠10穿過(guò)擺動(dòng)架16，其兩端支承安裝在回轉(zhuǎn)體4的延伸件19上，與導(dǎo)軌17平行，與絲杠相連的電機(jī)20旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲杠10使擺動(dòng)架16沿導(dǎo)軌17移動(dòng)，由此構(gòu)成平移進(jìn)給軸，即U軸，見(jiàn)圖1。擺動(dòng)組件通過(guò)兩個(gè)軸承12安裝在擺動(dòng)架16的下部，由一對(duì)軸承12和擺動(dòng)體15組成，擺動(dòng)體15伸出軸分別和兩個(gè)軸承12的內(nèi)圈靜配合連接，安裝在擺動(dòng)架16上的電機(jī)11往復(fù)回轉(zhuǎn)帶動(dòng)擺動(dòng)體15擺動(dòng)以構(gòu)成擺動(dòng)進(jìn)給軸，即B軸，見(jiàn)圖1。伸縮組件安裝在擺動(dòng)體15上，又參見(jiàn)圖5和圖6，伸縮組件由一對(duì)導(dǎo)軌21、伸縮滑塊22和滾珠絲杠13及聯(lián)接件23組成，滾珠絲杠13穿過(guò)伸縮滑塊22及聯(lián)接件23，與導(dǎo)軌21平行，滾珠絲杠13兩端與擺動(dòng)體15固連，電機(jī)9旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾珠絲杠13使導(dǎo)軌21沿伸縮滑塊22運(yùn)動(dòng)，由此構(gòu)成伸縮運(yùn)動(dòng)進(jìn)給軸，即W軸，見(jiàn)圖1。這種導(dǎo)軌沿伸縮滑塊運(yùn)動(dòng)的形式便于安裝。切削組件安裝在導(dǎo)軌21上。上述四軸線接觸曲面加工裝置使切削組件隨回轉(zhuǎn)組件、平移組件、擺動(dòng)組件和伸縮組件作空間運(yùn)動(dòng)。
其中的電機(jī)6、電機(jī)9、電機(jī)11和電機(jī)20可以是步進(jìn)電機(jī)，也可以是直流或交流伺服電機(jī)。
回轉(zhuǎn)組件中的回轉(zhuǎn)體4及其延伸件19為連接件，主要用于安裝構(gòu)成四軸線接觸曲面加工裝置的平移組件、擺動(dòng)組件、伸縮組件和切削組件，呈臺(tái)階狀回轉(zhuǎn)體4及其延伸件19，可以做成一個(gè)零件。
實(shí)施例2總體裝置同實(shí)施例1，不同之處是回轉(zhuǎn)體4及其延伸件19為連接件，分部件制造，然后安裝而成。支承架構(gòu)件2也是組合構(gòu)件，由上下構(gòu)件和蓋子組成，采用分部件制造，然后安裝，這樣易加工，易于安裝，成本低，也利于改進(jìn)。
實(shí)施例3總體裝置同實(shí)施例1，不同之處是回轉(zhuǎn)組件中的下軸承3和上軸承5用一個(gè)軸承代替，可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4總體裝置同實(shí)施例1，不同之處是伸縮組件中的導(dǎo)軌21和伸縮滑塊22位置互換，以適應(yīng)不同的加工和安裝需要。
實(shí)施例5參見(jiàn)圖1，本發(fā)明采用如前所述的數(shù)字控制線接觸曲面加工設(shè)備，由四軸線接觸曲面加工裝置和數(shù)控多軸運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件上不同加工區(qū)域的特征型面加工，具體的步驟有一.根據(jù)加工件的曲面特征編寫(xiě)數(shù)控加工代碼；二.將加工件的空間面加工的數(shù)控加工代碼輸入到數(shù)控系統(tǒng)；三.通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制四軸線接觸曲面加工裝置的B、C軸回轉(zhuǎn)使刀具軸線矢量方向等于曲面起始加工點(diǎn)的切線矢量；四.控制刀具主軸旋轉(zhuǎn)；五.通過(guò)控制X，Y和Z軸，先調(diào)整工件使得刀具的側(cè)刃與工件的加工起始線相切觸；
六.控制四軸線接觸曲面加工裝置的B軸回轉(zhuǎn)和W軸進(jìn)給，切削過(guò)程中，使刀具底刃始終與曲面導(dǎo)動(dòng)線保持切觸；七.完成曲面加工全過(guò)程，各軸回位。
實(shí)施例6對(duì)圓錐面的加工總體步驟同實(shí)施例5，參見(jiàn)圖1，當(dāng)曲面為圓錐面時(shí)，在進(jìn)行第三步時(shí)還要調(diào)整工件位置使其圓錐面的回轉(zhuǎn)軸線與C軸回轉(zhuǎn)軸線重合，U軸進(jìn)給調(diào)整刀具繞工件的回轉(zhuǎn)半徑；進(jìn)行第五步時(shí)，擺動(dòng)B軸進(jìn)給調(diào)整刀具繞回轉(zhuǎn)軸的夾角即半圓錐角，通過(guò)控制X，Y和Z軸，調(diào)整工件使得刀具的側(cè)刃與工件的加工起始線相切觸。這樣，通過(guò)C軸單軸的回轉(zhuǎn)進(jìn)給，用最短的刀具路徑即可完成該面的加工。由此可以看出，這樣的加工效率是最高的。對(duì)于非平面導(dǎo)動(dòng)線，可在回轉(zhuǎn)進(jìn)給的同時(shí)控制刀具軸向(W軸)進(jìn)給，而使刀具底端的切觸點(diǎn)始終落在導(dǎo)動(dòng)線上。這樣，通過(guò)兩個(gè)軸的進(jìn)給就可完成不同半徑，不同回轉(zhuǎn)軸心位置、不同圓錐角的曲邊圓錐面加工，加工過(guò)程中不需調(diào)整刀具軸線矢量，簡(jiǎn)化了編程，并且在錐面上沒(méi)有法向誤差。特別是，當(dāng)圓錐角為零時(shí)，對(duì)圓錐面的加工就變成了對(duì)圓柱面的加工。
實(shí)施例7對(duì)柱面的加工總體步驟同實(shí)施例5，參見(jiàn)圖1，加工柱面，在進(jìn)行第三步時(shí)，調(diào)整回轉(zhuǎn)軸B和C軸使刀具軸線矢量方向等于柱面直母線矢量，使刀具底刃始終與導(dǎo)動(dòng)線保持切觸，而加工中不再調(diào)整刀具矢量；進(jìn)行第六步時(shí)刀具軸線始終運(yùn)行在加工面的等距面上。和圓錐面加工一樣，通過(guò)C軸單軸的回轉(zhuǎn)進(jìn)給，用最短的刀具路徑即可完成該面的加工，這樣的加工效率也是最高的。對(duì)于非平面導(dǎo)動(dòng)線，可在回轉(zhuǎn)進(jìn)給的同時(shí)控制刀具軸向(W軸)進(jìn)給，而使刀具底端的切觸點(diǎn)始終落在導(dǎo)動(dòng)線上。這樣，通過(guò)兩個(gè)軸的進(jìn)給就可完成不同半徑，不同回轉(zhuǎn)軸心位置的曲邊圓柱面加工，加工過(guò)程中不需調(diào)整刀具矢量，簡(jiǎn)化了編程，并且在柱面上沒(méi)有法向誤差。
實(shí)施例8對(duì)空間平面的加工總體步驟同實(shí)施例5，參見(jiàn)圖1，加工平面，在進(jìn)行第三步時(shí)，先調(diào)整刀具軸線與工件加工平面平行，刀具軸線與加工平面距離等于刀具半徑；第六步控制X，Y軸和W軸完成進(jìn)給，使刀具底刃始終與平面邊界保持切觸從而實(shí)現(xiàn)任意角度的曲邊平面加工，其刀具軸線運(yùn)行平面為加工面的等距面，完成加工。
實(shí)施例9總體步驟同實(shí)施例5，如圖2所示。在刀具側(cè)有兩個(gè)回轉(zhuǎn)進(jìn)給軸和兩個(gè)移動(dòng)進(jìn)給軸，即四軸線接觸曲面加工裝置，見(jiàn)圖1。在工件側(cè)若配以XY工作臺(tái)，就是圖7中序號(hào)為1的組成形式。圖中OXYZ為帶有數(shù)控的多軸運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)的坐標(biāo)系，刀架可沿C軸(繞Z軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))、U軸(沿回轉(zhuǎn)半徑作直線運(yùn)動(dòng))、B軸(繞Y′擺動(dòng))和W軸(沿刀軸方向直線運(yùn)動(dòng))進(jìn)給；工件在工作臺(tái)上沿X、Y軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)?？赏瓿煽臻g曲面的線接觸曲面加工。
實(shí)施例10總體步驟同實(shí)施例5，如圖7所示，基本結(jié)構(gòu)如實(shí)施例7。若在工件側(cè)或刀具側(cè)增加Z軸運(yùn)動(dòng)，即圖7中序號(hào)為2或3的組成形式，則可以擴(kuò)展Z向加工范圍；若在工件側(cè)追加A軸或B軸運(yùn)動(dòng)，則可以加工任意空間角度的曲面，即圖7中序號(hào)為4或5的組成形式；如果在工件側(cè)追加A軸、B軸和Z軸運(yùn)動(dòng)，即圖7中序號(hào)為6的組成形式，則可以線接觸曲面加工任意空間位置、任意空間角度的曲面。本發(fā)明還可以有更多的組合實(shí)施形式，本處不再一一列舉。
實(shí)施例11加工效率比較以立銑刀銑削加工為例，用半徑為10mm銑刀加工工件大圓半徑為40mm、小圓半徑為38mm、高度為8mm的圓錐面，給定加工誤差不大于1μm，分析對(duì)比本發(fā)明銑削加工與五軸聯(lián)動(dòng)點(diǎn)接觸銑削加工兩種方法的加工效率。本發(fā)明線接觸銑削需要加工時(shí)間10秒，且不存在理論誤差；而五軸聯(lián)動(dòng)點(diǎn)接觸加工在允差為1μm時(shí)，需要加工時(shí)間為274～321秒。這是由于五軸聯(lián)動(dòng)點(diǎn)接觸加工是點(diǎn)接觸，將整個(gè)加工面分成很多行逐行加工。而本發(fā)明是采用線接觸加工方法，使用一條數(shù)控代碼，利用銑刀側(cè)刃對(duì)面形只加工一行，節(jié)約時(shí)間264～311秒，效率提高30倍左右，大大地提高了加工效率。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字控制線接觸曲面加工設(shè)備，包括有數(shù)字控制系統(tǒng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源、帶有數(shù)控的多軸運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)，其特征在于還必須具有四軸線接觸曲面加工裝置，四軸線接觸曲面加工裝置主要由回轉(zhuǎn)組件、平移組件、擺動(dòng)組件、伸縮組件和切削組件五大部分組成，回轉(zhuǎn)組件固定在基座(1)上，主要由支承架構(gòu)件(2)、下軸承(3)、回轉(zhuǎn)體(4)及上軸承(5)組成，兩個(gè)軸承(3)和(5)固定在支承架構(gòu)件(2)上，回轉(zhuǎn)體(4)分別和上軸承內(nèi)圈(7)和下軸承內(nèi)圈(8)靜配合連接，回轉(zhuǎn)電機(jī)(6)安裝在支承架構(gòu)件(2)上，電機(jī)(6)的軸回轉(zhuǎn)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)體(4)及其延伸件(19)構(gòu)成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)給軸，即C軸；平移組件安裝在回轉(zhuǎn)體(4)的延伸件(19)上，由安裝在延伸件(19)上相互平行的一對(duì)導(dǎo)軌(17)和滾珠絲杠(10)以及安裝在導(dǎo)軌滑塊(18)上的擺動(dòng)架(16)組成，滾珠絲杠(10)穿過(guò)擺動(dòng)架(16)，其兩端支承安裝在回轉(zhuǎn)體(4)的延伸件(19)上，與導(dǎo)軌(17)平行，與絲杠相連的電機(jī)(20)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲杠(10)使擺動(dòng)架(16)沿導(dǎo)軌(17)移動(dòng)，由此構(gòu)成平移進(jìn)給軸，即U軸；擺動(dòng)組件通過(guò)兩個(gè)軸承(12)安裝在擺動(dòng)架(16)的下部，由一對(duì)軸承(12)和擺動(dòng)體(15)組成，擺動(dòng)體(15)伸出軸分別和兩個(gè)軸承(12)的內(nèi)圈靜配合連接，安裝在擺動(dòng)架(16)上的電機(jī)(11)往復(fù)回轉(zhuǎn)帶動(dòng)擺動(dòng)體(15)擺動(dòng)以構(gòu)成擺動(dòng)進(jìn)給軸，即B軸；伸縮組件安裝在擺動(dòng)體(15)上，它由一對(duì)導(dǎo)軌(21)、伸縮滑塊(22)和滾珠絲杠(13)及聯(lián)接件(23)組成，滾珠絲杠(13)穿過(guò)伸縮滑塊(22)及聯(lián)接件(23)，與導(dǎo)軌(21)平行，滾珠絲杠(13)兩端與擺動(dòng)體(15)固連，電機(jī)(9)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾珠絲杠(13)使導(dǎo)軌(21)沿伸縮滑塊(22)運(yùn)動(dòng)，由此構(gòu)成伸縮運(yùn)動(dòng)進(jìn)給軸，即W軸；切削組件安裝在導(dǎo)軌(21)上；上述四軸線接觸曲面加工裝置使切削組件隨回轉(zhuǎn)組件、平移組件、擺動(dòng)組件和伸縮組件作空間運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制線接觸曲面加工設(shè)備，其特征在于所述的回轉(zhuǎn)組件中的下軸承(3)和上軸承(5)用一個(gè)軸承代替。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制線接觸曲面加工設(shè)備，其特征在于所述的伸縮組件中的導(dǎo)軌(21)和伸縮滑塊(22)位置互換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制線接觸曲面加工設(shè)備，其特征在于所述的切削組件或由主軸(24)和刀具(14)組成，或由主軸和拋光頭構(gòu)成，或由切割頭構(gòu)成，或由電加工陰極單元構(gòu)成。
5.一種數(shù)字控制線接觸曲面加工方法，其特征在于采用權(quán)利要求1所述的數(shù)字控制線接觸曲面加工設(shè)備，即用帶有四軸線接觸曲面加工裝置的數(shù)控的多軸運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件上不同加工區(qū)域的特征型面加工，具體的步驟有一.根據(jù)加工件的曲面特征編寫(xiě)數(shù)控加工代碼；二.將加工件的空間面加工的數(shù)控加工代碼輸入到數(shù)控系統(tǒng)；三.通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制四軸線接觸曲面加工裝置的B、C軸回轉(zhuǎn)使刀具軸線矢量方向等于曲面起始加工點(diǎn)的切線矢量；四.控制刀具主軸旋轉(zhuǎn)；五.通過(guò)控制X，Y和Z軸，先調(diào)整工件使得刀具的側(cè)刃與工件的加工起始線相切觸；六.控制四軸線接觸曲面加工裝置的B軸回轉(zhuǎn)和W軸進(jìn)給，切削過(guò)程中，使刀具底刃始終與曲面導(dǎo)動(dòng)線保持切觸；七.完成曲面加工全過(guò)程，各軸回位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字控制線接觸曲面加工方法，其特征在于當(dāng)曲面為圓錐面時(shí)，在進(jìn)行第三步時(shí)還要調(diào)整工件位置使其圓錐面的回轉(zhuǎn)軸線與C軸回轉(zhuǎn)軸線重合，U軸進(jìn)給調(diào)整刀具繞工件的回轉(zhuǎn)半徑；進(jìn)行第五步時(shí)，擺動(dòng)B軸進(jìn)給調(diào)整刀具繞回轉(zhuǎn)軸的夾角即半圓錐角，通過(guò)控制X，Y和Z軸，調(diào)整工件使得刀具的側(cè)刃與工件的加工起始線相切觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字控制線接觸曲面加工方法，其特征在于對(duì)于柱面加工，進(jìn)行第三步時(shí)，調(diào)整回轉(zhuǎn)軸B和C軸使刀具軸線矢量方向等于柱面直母線矢量，使刀具底刃始終與導(dǎo)動(dòng)線保持切觸，而加工中不再調(diào)整刀具矢量；進(jìn)行第六步時(shí)刀具軸線始終運(yùn)行在加工面的等距面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字控制線接觸曲面加工方法，其特征在于加工平面，在進(jìn)行第三步時(shí)，先調(diào)整刀具軸線與工件加工平面平行，刀具軸線與加工平面距離等于刀具半徑；第六步控制X，Y軸和W軸完成進(jìn)給，使刀具底刃始終與平面邊界保持切觸從而完成加工。
全文摘要
本發(fā)明是一種數(shù)字控制線接觸曲面加工方法與設(shè)備，屬數(shù)控機(jī)械加工領(lǐng)域。核心是四軸線接觸曲面加工裝置，由回轉(zhuǎn)、平移、擺動(dòng)、伸縮和切削組件組成。切削組件安裝于伸縮組件上隨上述四組件作空間運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明用帶有四軸線接觸曲面加工裝置的數(shù)控多軸運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)，根據(jù)加工需要可構(gòu)成多種多軸數(shù)控曲面加工機(jī)床，控制刀具側(cè)刃始終與加工面直母線相切加工，實(shí)現(xiàn)用一條代碼就可加工一特定曲面或任意空間平面的加工方法。無(wú)理論廓形誤差，效率高、精度高。用最少聯(lián)動(dòng)軸數(shù)和最少的數(shù)控加工代碼實(shí)現(xiàn)曲面加工?？捎糜跀?shù)控銑削精加工、光整加工、數(shù)控車銑加工、數(shù)控電解加工和數(shù)控電火花加工等機(jī)械精加工領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B23Q5/00GK101041224SQ20061010536
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者王琨琦, 余斌高, 王芳 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)