CN108465854B - 一种螺杆的粗加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺杆的粗加工方法，通过该方法生成螺杆粗加工刀具轨迹；该方法包含：步骤1，对螺杆模型的型面进行重新构造，即对螺杆模型的型面在精度允许的范围内进行重新构造，使其更好的吻合其型线‑螺旋线的特征。步骤2，生成刀具轨迹。根据螺杆型面的外凸与内凹的特征，即阳面与阴面，设置不同的加工方法，从而得到最佳的刀具轨迹。步骤3，进行后置处理。通过设定将有微小运动的运动轴输出忽略，以达到在切削阶段只有一个旋转轴和一个线性轴，即两轴运动的效果。本发明提供的螺杆的粗加工方法，生成的螺杆粗加工刀具轨迹，不仅高效，而且适合通用的五轴机床，可实现低成本和高效率兼得的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种螺杆制造加工方法，具体地，涉及一种螺杆的粗加工方法。
背景技术
近些年来我国空压机、冷冻机、工业泵、塑料机械的应用越来越广泛，越来越被人们所熟知，因此其中关键部件-螺杆的制造技术及加工工艺也成为需要着重关注的领域。如图1和图2所示。在引进了国外先进的加工、检测设备及计算机软、硬件后，我国螺杆的制造水平有了长足的进步。但是仍然存在加工效率低下，费用昂贵的缺点。
常用的螺杆加工方法基本上遵循车削棒料作为毛坯，然后粗铣，精铣成形的基本步骤。根据使用的机床可以分为两类。
第一种为车铣复合机床。由于螺杆长轴的特点，导致装夹刚性差,受切削力作用易弯曲，热变形伸长大，因此基本上使用两顶尖或者卡盘和顶尖装夹的方式。由于螺杆曲面遵循螺旋线的基本规则，三轴机床难以一次加工到所需的深度，所以不止精加工，粗加工也必须使用五轴加工方式，这就使每次的切削用量比较小，不仅增加了加工的时间，降低了加工效率，而且长时间易导致机床过高的损耗。尤其对于硬度比较高的材料，加工时间将是一个严重的制约因素。如图3和图4所示，图中1表示所需切削掉的毛坯量。
第二种为专用机床。根据所要加工的螺杆特性，使用匹配的专用机床甚至成型刀来加工，可以提供较高的效率，但是随之而来的就是费用非常的昂贵。专机的价格要远远高于通用的机床。同时对于不同型号的螺杆，需要配以不用的专机，使制造成本始终处于比较高位的状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种生成螺杆粗加工刀具轨迹的方法，这种轨迹不仅高效，而且适合通用的五轴机床，可实现低成本和高效率兼得的效果，解决现有技术中存在的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种螺杆的粗加工方法，其中，通过所述的方法生成螺杆粗加工刀具轨迹；所述的方法包含：步骤1，对螺杆模型的型面进行重新构造；步骤2，生成刀具轨迹；步骤3，进行后置处理。
上述的螺杆的粗加工方法，其中，所述的步骤1是对螺杆模型的型面在精度允许的范围内进行重新构造，使其更好的吻合其型线-螺旋线的特征。
上述的螺杆的粗加工方法，其中，所述的步骤1中，首先分别指定螺杆凹槽两侧的型面，同时指定螺杆对应螺旋线的参数，以及确定两张型面对应螺旋线所依赖的坐标系，然后生成修正后的两张型面，在需要进一步修正时，则进行二次构造。
上述的螺杆的粗加工方法，其中，所述的步骤1中的二次构造是分别设定两张修正面的截面线进行再次构造。
上述的螺杆的粗加工方法，其中，所述的螺杆对应螺旋线的参数包括角度，螺距，起始和终止位置。
上述的螺杆的粗加工方法，其中，所述的步骤2是根据螺杆型面的外凸与内凹的特征，即阳面与阴面，设置不同的加工方法，从而得到最佳的刀具轨迹。
上述的螺杆的粗加工方法，其中，所述的步骤2中，不同的加工方法包括刀轴、垂直面、朝向面三种投影方式，和旋转轴、侧刃、直线的三种刀轴控制方式，对应阴阳螺杆的不同特性。
上述的螺杆的粗加工方法，其中，所述的步骤2中，不同的加工方法还包括对于每一张型面，分别指定其切削的起始方向、切削的材料侧，以及切削的区域百分比，和刀轨之间的步距长度；如果两张型面在起始切削的位置有明显差异，则通过预切削的功能，先切削一张型面至指定的区域，然后再继续两张型面交互切削的模式。
上述的螺杆的粗加工方法，其中，步骤3所述的后置处理是通过设定将有微小运动的运动轴输出忽略，以达到在切削阶段只有一个旋转轴和一个线性轴，即两轴运动的效果。最终生成的刀具轨迹由于多方面的原因，例如精度，螺旋面也即型面的合理性等等，不一定完全符合目标螺旋形的特性，但是由于是粗加工，留有比较大的余量，因此可以在满足精度以及余量的条件下，通过后置处理程序的定制，也就是定制后置处理程序，通过这个程序可以输出符合机床特性的数控代码，将有微小运动的运动轴输出忽略，以达到在切削阶段只有两轴，一个旋转轴和一个线性轴运动的效果。
上述的螺杆的粗加工方法，其中，所述的方法中，首先通过步骤1构造螺旋面并进行调整，直至满足要求后进入步骤2，依次进行几何参数、加工参数，投影方式、刀轴控制策略的设置，然后生成刀轨，直至生成刀轨刀轴方向满足要求后进入步骤3进行后置处理，不满足要求则重新进行各参数的设置调整，直至满足要求。几何参数即螺杆模型的型面重新构造的参数，加工参数即切削的起始方向、切削的材料侧，以及切削的区域百分比，和刀轨之间的步距长度等，投影方式包括刀轴、垂直面、朝向面三种，刀轴控制策略包括旋转轴、侧刃、直线三种。
本发明提供的螺杆的粗加工方法具有以下优点：
本发明提供了一种螺杆粗加工的整体解决方案，即通过型面修正，多策略加工方案选择，以及后处理根据切削要求定制的整体思路。通过本方法生成的粗加工刀具轨迹，可以在通用五轴机床上实现类似与车削的铣削加工方式，不仅降低了使用专机的成本，而且大大提高了效率，解决了现有螺杆粗加工技术中高成本低效率的问题。
附图说明
图1为螺杆示意图。
图2为毛坯示意图。
图3为螺杆模型示意图。
图4为螺杆模型加工切削的毛坯示意图。
图5为本发明的螺杆的粗加工方法的型面重新构造示意图。
图6为本发明的螺杆的粗加工方法的生成的刀具轨迹示意图。
图7为本发明的螺杆的粗加工方法的流程示意图。
图8为本发明的螺杆的粗加工方法的型面构造的模块设置示意图。
图9为本发明的螺杆的粗加工方法的二次构造的模块设置示意图。
图10为本发明的螺杆的粗加工方法的加工参数的模块设置示意图。
图11为本发明的螺杆的粗加工方法的切削参数的模块设置示意图。
图12为本发明的螺杆的粗加工方法的切削区域的模块设置示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的螺杆的粗加工方法，通过该方法生成螺杆粗加工刀具轨迹；该方法包含：
步骤1，对螺杆模型的型面进行重新构造；步骤2，生成刀具轨迹；步骤3，进行后置处理。
步骤1是对螺杆模型的型面在精度允许的范围内进行重新构造，使其更好的吻合其型线-螺旋线的特征。参见图5所示，图中2表示构造后新的型面。
步骤1中，首先分别指定螺杆凹槽两侧的型面，同时指定螺杆对应螺旋线的参数，以及确定两张型面对应螺旋线所依赖的坐标系，然后生成修正后的两张型面，在需要进一步修正时，则进行二次构造。
步骤1中的二次构造是分别设定两张修正面的截面线进行再次构造。
螺杆对应螺旋线的参数包括角度，螺距，起始和终止位置。
步骤2是根据螺杆型面的外凸与内凹的特征，即阳面与阴面，设置不同的加工方法，从而得到最佳的刀具轨迹。参见图6所示。
步骤2中，不同的加工方法包括刀轴、垂直面、朝向面三种投影方式，和旋转轴、侧刃、直线的三种刀轴控制方式，对应阴阳螺杆的不同特性。
步骤2中，不同的加工方法还包括对于每一张型面，分别指定其切削的起始方向，切削的材料侧，以及切削的区域百分比，和刀轨之间的步距长度。如果两张型面在起始切削的位置有明显差异，则通过预切削的功能，先切削一张型面至指定的区域，然后再继续两张型面交互切削的模式。
步骤3的后置处理是通过设定将有微小运动的运动轴输出忽略，以达到在切削阶段只有一个旋转轴和一个线性轴，即两轴运动的效果。
该方法中，首先通过步骤1构造螺旋面并进行调整，直至满足要求后进入步骤2，依次进行几何参数、加工参数，投影方式、刀轴控制策略的设置，然后生成刀轨，直至生成刀轨刀轴方向满足要求后进入步骤3进行后置处理，不满足要求则重新进行各参数的设置调整，直至满足要求。参见图7所示。
下面结合实施例对本发明提供的螺杆的粗加工方法做更进一步描述。
实施例1
一种螺杆的粗加工方法，通过该方法生成螺杆粗加工刀具轨迹；该方法包含：
步骤1，对螺杆模型的型面进行重新构造，对螺杆模型的型面在精度允许的范围内进行重新构造，使其更好的吻合其型线-螺旋线的特征。
首先分别指定螺杆凹槽两侧的型面，同时指定螺杆对应螺旋线的参数，包括角度、螺距、起始和终止位置；以及确定两张型面对应螺旋线所依赖的坐标系，然后生成修正后的两张型面，在需要进一步修正时，则进行二次构造。二次构造是分别设定两张修正面的截面线进行再次构造。
步骤2，生成刀具轨迹。
根据螺杆型面的外凸与内凹的特征，即阳面与阴面，设置不同的加工方法，从而得到最佳的刀具轨迹。
不同的加工方法包括刀轴、垂直面、朝向面三种投影方式，和旋转轴、侧刃、直线的三种刀轴控制方式，对应阴阳螺杆的不同特性。同时对于每一张型面，分别指定其切削的起始方向，切削的材料侧，以及切削的区域百分比，和刀轨之间的步距长度。如果两张型面在起始切削的位置有明显差异，则通过预切削的功能，先切削一张型面至指定的区域，然后再继续两张型面交互切削的模式。
步骤3，进行后置处理。通过设定将有微小运动的运动轴输出忽略，以达到在切削阶段只有一个旋转轴和一个线性轴，即两轴运动的效果。
最终生成的刀具轨迹由于多方面的原因，例如精度，螺旋面也即型面的合理性等等，不一定完全符合目标螺旋形的特性，但是由于是粗加工，留有比较大的余量，因此可以在满足精度以及余量的条件下，通过后置处理程序的定制，也就是定制后置处理程序，通过这个程序可以输出符合机床特性的数控代码，将有微小运动的运动轴输出忽略，以达到在切削阶段只有两轴，一个旋转轴和一个线性轴运动的效果。
该方法中，首先通过步骤1构造螺旋面并进行调整，直至满足要求后进入步骤2，依次进行几何参数、加工参数，投影方式、刀轴控制策略的设置，然后生成刀轨，直至生成刀轨刀轴方向满足要求后进入步骤3进行后置处理，不满足要求则重新进行各参数的设置调整，直至满足要求。几何参数即螺杆模型的型面重新构造的参数，加工参数即切削的起始方向、切削的材料侧，以及切削的区域百分比，和刀轨之间的步距长度等，投影方式包括刀轴、垂直面、朝向面三种，刀轴控制策略包括旋转轴、侧刃、直线三种。
以在SIEMENS PLM公司的软件NX上实施二次开发为例。
NX(前身为Unigraphics NX)是来自Siemens PLM Software(西门子工业软件)公司的CAD软件，是一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Siemens NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。NX在语言学中是指Chomsky提出的普遍语法，英语Universal Grammar的缩写。
安装模块后启动NX，将螺杆模型及其毛坯导入。启动型面构造的模块，在正确输入所需的参数后点击构造，完成在所选择的两张型面的基础上构造新的型面。参见图8所示。
构造完成后，如果还需要对型面继续进行修正，设置相应的截面线，完成对型面的二次构造。参见图9所示。
然后启动加工模块，根据所加工螺杆的不同，选取合适的刀轴控制和投影控制方式，同时指定相应的切削区域及相关参数，最后设置螺杆的旋转中心，切削所需的主轴转速，切削速度，余量等等，完成后即可生成最终的刀具轨迹。参见图10～12所示。
刀具轨迹生成后，需配以定制的NX后置处理程序，在满足粗加工余量的基础上，将相应的运动轴微小运动忽略，使最终输出的数控代码在切削阶段只有一旋转轴和一线性轴在运动的效果。
本发明提供的螺杆的粗加工方法是通过对螺杆型线-螺旋线特性的研究，发明的通过通用五轴机床实现类似车削刀具轨迹的铣削粗加工方法，通过本方法生成的刀具轨迹，在每次的切削阶段，都是只有两个运动轴在运动，一个是旋转轴，一个是线性轴，同时主轴和刀具保持统一的姿态不变，这和通常意义上的车削是相同的。通过这种方式，机床可以较大的功率，较深的切削用量完成螺杆的粗加工。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种螺杆的粗加工方法，其特征在于，通过所述的方法生成螺杆粗加工刀具轨迹；所述的方法包含：
步骤1，对螺杆模型的型面进行重新构造；
步骤2，生成刀具轨迹；
步骤3，进行后置处理；
所述的方法中，首先通过步骤1构造螺旋面并进行调整，直至满足要求后进入步骤2，依次进行几何参数、加工参数、投影方式、刀轴控制方式的设置，然后生成刀轨，直至生成刀轨刀轴方向满足要求后进入步骤3进行后置处理，不满足要求则重新进行各参数的设置调整，直至满足要求；几何参数即螺杆模型的型面重新构造的参数，加工参数即切削的起始方向、切削的材料侧，以及切削的区域百分比，和刀轨之间的步距长度，投影方式包括刀轴、垂直面、朝向面三种，刀轴控制方式包括旋转轴、侧刃、直线三种；
步骤3所述的后置处理是通过设定将有微小运动的运动轴输出忽略，以达到在切削阶段只有一个旋转轴和一个线性轴，即两轴运动的效果。
2.如权利要求1所述的螺杆的粗加工方法，其特征在于，所述的步骤1是对螺杆模型的型面在精度允许的范围内进行重新构造，使其更好的吻合其型线-螺旋线的特征。
3.如权利要求2所述的螺杆的粗加工方法，其特征在于，所述的步骤1中，首先分别指定螺杆凹槽两侧的两张型面，同时指定螺杆对应螺旋线的参数，以及确定两张型面对应螺旋线所依赖的坐标系，然后生成修正后的两张型面，在需要进一步修正时，则进行二次构造。
4.如权利要求3所述的螺杆的粗加工方法，其特征在于，所述的步骤1中的二次构造是分别设定两张修正面的截面线进行再次构造。
5.如权利要求3所述的螺杆的粗加工方法，其特征在于，所述的螺杆对应螺旋线的参数包括角度，螺距，起始和终止位置。
6.如权利要求1所述的螺杆的粗加工方法，其特征在于，所述的步骤2是根据螺杆型面的外凸与内凹的特征，即阳面与阴面，设置不同的加工方法，从而得到最佳的刀具轨迹。
7.如权利要求6所述的螺杆的粗加工方法，其特征在于，所述的步骤2中，不同的加工方法包括刀轴、垂直面、朝向面三种投影方式，和旋转轴、侧刃、直线的三种刀轴控制方式，对应阴阳螺杆的不同特性。
8.如权利要求7所述的螺杆的粗加工方法，其特征在于，所述的步骤2中，不同的加工方法还包括对于每一张型面，分别指定其切削的起始方向、切削的材料侧，以及切削的区域百分比，和刀轨之间的步距长度；如果两张型面在起始切削的位置有明显差异，则通过预切削的功能，先切削一张型面至指定的区域，然后再继续两张型面交互切削的模式。
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