CN105278461A - 一种复杂曲面的整体化加工方法 - Google Patents

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Abstract

<b>本发明公开了一种复杂曲面的整体化加工方法。该方法运用CAD软件将多个复杂曲面组合成一个整体曲面；并对整体曲面设定加工坐标系；再根据整体曲面在加工坐标系中各对应点的坐标位置按五轴联动数控加工中心的程序编制规则编制加工程序；然后根据整体曲面的形状和加工程序选用刀具，并将刀具模型调入计算机，在计算机上进行模拟加工，确认加工过程中刀具与整体曲面无干涉，并能确保加工质量后，再进行利用五轴联动数控加工中心进行实际加工。本发明在加工整体曲面时始终采用一个加工坐标系，可大幅度提高加工效率。加工出的曲面光滑流畅，过渡均匀，无明显接刀痕迹。提高了整个复杂曲面的加工质量，很好的保证了流体类零部件工作的流体力学性能。</b>

Description

一种复杂曲面的整体化加工方法
技术领域
本发明涉及一种复杂曲面的整体化加工方法，属于复杂曲面加工技术领域。
背景技术
随着产品结构的曲面和曲线复杂化和复合化，特别是流体类零部件的复合曲面构造直接影响产品的流体特性性能，需要有较高的曲面质量，从而对此类零部件曲面进行的数控加工，提出了更高的程序编制要求。
常规编程方法在处理复合曲面时，通常会各个曲面根据各个角度逐个单独进行程序编制，将区域内曲面按多个曲面依次加工。每加工一个曲面都要进行一次加工坐标系的转换，加工起来比较麻烦。而且会在曲面与曲面衔接过渡部分，因为刀轴矢量方向的不同，而产生一定程度的接刀痕迹，并且由于刀具依次进行加工各面，各转换坐标系与主坐标系转换误差不一致，导致各面因为加工程度的不一致性而造成曲面质量不好；甚至在同一曲面由于角度变化大，则根据角度情况将一个曲面拆分成多个曲面逐个编程。这样就因为刀具切削过程不连贯，切削刃的角度变化无渐变过程，以及刀具磨损情况在相连曲面之间表现呈不连续性，和相连曲面之间出现加工差异性，导致整个复合曲面的整体加工质量受到严重影响。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种复杂曲面的整体化加工方法，以提高复杂曲面的加工效率和加工质量，从而克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明的一种复杂曲面的整体化加工方法为，该方法运用CAD软件将多个复杂曲面组合成一个整体曲面；并对整体曲面设定加工坐标系；再根据整体曲面在加工坐标系中各对应点的坐标位置按五轴联动数控加工中心的程序编制规则编制加工程序；然后根据整体曲面的形状和加工程序选用刀具，并将刀具模型调入计算机，在计算机上进行模拟加工，确认加工过程中刀具与整体曲面无干涉，并能确保加工质量后，再进行利用五轴联动数控加工中心进行实际加工。
前述加工方法中，所述运用CAD软件将多个复杂曲面组合成一个整体曲面是运用CAD软件中的曲线工具，先做各曲面矢量U截面的样条曲线，并将各曲面矢量U截面的样条曲线首尾拟合连接，得整体化的矢量U截面样条曲线；再运用曲线工具添加各个曲面矢量V的贯穿样条曲线，构成一个均匀分布于整体曲面的网格；然后基于整体曲面的网格均匀引导覆盖最终形成整体化曲面。
前述加工方法中，所述刀具采用直柄刀具以适应加工深度的要求，刀具的刀刃采用锥度变径刀刃以适应整体曲面上不同曲率半径的要求。
前述加工方法中，所述实际加工中刀具运行路径始终连贯，刀具切削角度变化始终连续无突变。
与现有技术相比，本发明在加工整体曲面时始终采用一个加工坐标系，加工过程中无需变换坐标系，可大幅度提高加工效率。在加工过程中，刀具与工件之间始终不间断的连续切削，刀具运行路径始终连贯，刀具切削角度变化始终连续无突变。加工出的工件表面光滑流畅，无明显接刀痕迹。加工的各个曲面过渡均匀，加工的曲面流畅；提高了整个复杂曲面的加工质量，很好的保证了流体类零部件工作的流体力学性能。
附图说明
图1是本发明所加工零件上的曲面示意图；
图2是曲面形状示意图；
图3是本发明曲面组成示意图；
图4是用CAD软件做出的曲面矢量U截面的样条曲线示意图；
图5是用CAD软件做出的整体曲面的网格示意图；
图6是刀具切削时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
一种复杂曲面的整体化加工方法，该方法运用CAD软件将多个复杂曲面组合成一个整体曲面；并对整体曲面设定加工坐标系；再根据整体曲面在加工坐标系中各对应点的坐标位置按五轴联动数控加工中心的程序编制规则编制加工程序；然后根据整体曲面的形状和加工程序选用刀具，并将刀具模型调入计算机，在计算机上进行模拟加工，确认加工过程中刀具与整体曲面无干涉，并能确保加工质量后，再进行利用五轴联动数控加工中心进行实际加工。所述运用CAD软件将多个复杂曲面组合成一个整体曲面是运用CAD软件中的曲线工具，先做各曲面矢量U截面的样条曲线，并将各曲面矢量U截面的样条曲线首尾拟合连接，得整体化的矢量U截面样条曲线；再运用曲线工具添加各个曲面矢量V的贯穿样条曲线，构成一个均匀分布于整体曲面的网格；然后基于整体曲面的网格均匀引导覆盖最终形成整体化曲面。所述刀具采用直柄刀具以适应加工深度的要求，刀具的刀刃采用锥度变径刀刃以适应整体曲面上不同曲率半径的要求。实际加工中刀具运行路径始终连贯，刀具切削角度变化始终连续无突变。
实施例
本例所要加工的零件如图1所示，该零件为整体结构，零件上有两个整体式风洞，该整体式风洞为下方上圆的复杂曲面。本例所要解决的问题是整体式风洞的加工方法。
该整体式风洞的加工曲面如图2所示，底部截面为带圆弧的长方形，顶部截面为正圆形，长方形与圆形之间圆滑过渡。
现有的加工方法如图3所示，是将复杂曲面分成两个对称的长边曲面和两个对称的短边曲面以及四个转角曲面，然后分别对多个曲面依次加工，每加工一个曲面都要进行一次加工坐标系的转换，加工起来比较麻烦。由于转换加工坐标系后由于刀轴矢量方向改变加工时会在曲面与曲面衔接过渡部分产生一定程度的接刀痕迹。另外由于刀具依次进行加工各面，各转换坐标系与主坐标系转换误差不一致，导致各曲面因为加工程度的不一致性而造成曲面质量不好；甚至在同一曲面由于角度变化大，则根据角度情况将一个曲面拆分成多个曲面逐个编程。这样就因为刀具切削过程不连贯，切削刃的角度变化无渐变过程，以及刀具磨损情况在相连曲面之间表现呈不连续性，和相连曲面之间出现加工差异性，导致整个复合曲面的整体加工质量受到严重影响。
本例的加工方法是：运用CAD软件工具，将多个复杂曲面构造成一个整体化的曲面；添加一个加工坐标系，并进行整体的五轴联动数控加工程序编制，使刀具在整体化的曲面型腔内进行五轴联动的切削加工。这样整个过程就无刀轴矢量突变，从而解决了常规编程中各个曲面加工不一致和过渡不均匀的问题。
具体方法如下：
1、构造整体化曲面：本例是取整体曲面各个截面的矢量样条曲线来构造整体化曲面：首先如图4所示，运用CAD软件的曲线工具，添加各个曲面矢量U截面样条曲线，并将各曲面截面样条曲线首尾拟合连接，得到整体化的矢量U截面样条曲线；再运用CAD软件的曲线工具，添加各个曲面矢量V的贯穿样条曲线，得到一个如图5所示的均匀分布于整个曲面组的网格。再运用CAD软件的曲面工具，基于整个曲面组的网格均匀引导覆盖，就构造出一个流畅的整体曲面。
2、确认CAD软件构成的整体曲面精度，质量以及流畅度可行后，即可开始进行五轴联动程序的编制，程序编制时需要控制以下要素：
1）根据整体曲面的空间几何形状、零件刚性、材料的切削特性和设计要求选择或制造切削刀具，刀具采用常规的直柄刀具。放置在整个曲面加工较深以及刀具偏摆角度较大的各个位置，逐一分析比较，进行刀轴矢量模拟。在满足加工深度要求下，计算和查阅相关资料，选取合理的长径比参数；根据曲面形状，通过调整刀形（例如锥度，变半径等方式）的方法，得到更大的刀轴摆动范围，从而使整个加工过程更安全与流畅。
2）编制程序：根据刀具设计时分析到的刀具摆动矢量角度、刀具切削纵深等参数，作编程时的条件限制；精确控制刀轴，确保动作的安全可靠，且切削准确，无过欠切现象；机床加工范围和行程,以进行合理的工装设计和机床***参数调整；结合选用机床的加工范围和行程,以进行合理的工装设计和机床***参数调整。
3）编程完成后,如图6所示在计算机上进行整个刀具路径模拟仿真,观察整个运动情况,确认有无干涉情况；确认数控工艺***与程序的可行性。
3、实际加工，实际加工中刀具运行路径始终连贯，刀具切削角度变化始终连续无突变。
本例通过整体化曲面五轴联动方案编程加工的零件，达到了所需效果：加工效果好，表面光滑流畅，无接刀。特别是对于流体类零部件，良好的曲面质量保证了零件工作的流体力学性能，更好的反映和反馈设计情况。

Claims (4)

1.一种复杂曲面的整体化加工方法，其特征在于：该方法运用CAD软件将多个复杂曲面组合成一个整体曲面；并对整体曲面设定加工坐标系；再根据整体曲面在加工坐标系中各对应点的坐标位置按五轴联动数控加工中心的程序编制规则编制加工程序；然后根据整体曲面的形状和加工程序选用刀具，并将刀具模型调入计算机，在计算机上进行模拟加工，确认加工过程中刀具与整体曲面无干涉，并能确保加工质量后，再进行利用五轴联动数控加工中心进行实际加工。
2.根据权利要求1所述复杂曲面的整体化加工方法，其特征在于：所述运用CAD软件将多个复杂曲面组合成一个整体曲面是运用CAD软件中的曲线工具，先做各曲面矢量U截面的样条曲线，并将各曲面矢量U截面的样条曲线首尾拟合连接，得整体化的矢量U截面样条曲线；再运用曲线工具添加各个曲面矢量V的贯穿样条曲线，构成一个均匀分布于整体曲面的网格；然后基于整体曲面的网格均匀引导覆盖最终形成整体化曲面。
3.根据权利要求1所述复杂曲面的整体化加工方法，其特征在于：所述刀具采用直柄刀具以适应加工深度的要求，刀具的刀刃采用锥度变径刀刃以适应整体曲面上不同曲率半径的要求。
4.根据权利要求1所述复杂曲面的整体化加工方法，其特征在于：所述实际加工中刀具运行路径始终连贯，刀具切削角度变化始终连续无突变。
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