CN111390510A - 薄壁球面零件及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄壁球面零件及其加工方法，所述薄壁球面零件的加工方法包括以下步骤：S1、设计辅助体，所述辅助体设计为能够一体连接于球面零件的外周缘，并对所述球面零件的外周缘进行包覆，所述辅助体还设计为能够用于进行装夹；S2、根据预设尺寸下料并打直角，得到坯料；S3、根据设计的所述辅助体对所述坯料进行CNC加工，得到所述辅助体，且所述辅助体一体连接有所述球面零件；S4、沿所述球面零件外周的线割路线进行切割，将所述辅助体与所述球面零件相分离。本发明的薄壁球面零件的加工方法，能够有效缩短加工时间，提升加工效率，同时还能够有效减小薄壁球面零件的变形量，保证薄壁球面零件的质量。

Description

薄壁球面零件及其加工方法

技术领域

本发明涉及薄壁球面零件加工技术领域，特别是涉及一种薄壁球面零件及其加工方法。

背景技术

随着科学技术的发展，薄壁球面零件因具有重量轻、结构密的特性在工业中的应用也越来越广泛。传统工艺中，在对薄壁球面零件进行加工时，通常是通过数控机床(CNC)开粗，再由电极加工制造而成，花费时间长，且在加工过程中，由于薄壁球面零件刚度差，强度弱，容易受到振动，加工成品往往变形量大，其质量难以保证。

发明内容

基于此，有必要针对传统工艺中，薄壁球面零件加工所需时间长，且成品变形量大，质量难以保证的问题，提供一种薄壁球面零件及其加工方法。

一种薄壁球面零件的加工方法，包括以下步骤：

S1、设计辅助体，所述辅助体设计为能够一体连接于球面零件的外周缘，并对所述球面零件的外周缘进行包覆，所述辅助体还设计为能够用于进行装夹；

S2、根据预设尺寸下料并打直角，得到坯料；

S3、根据设计的所述辅助体对所述坯料进行CNC加工，得到所述辅助体，且所述辅助体一体连接有所述球面零件；

S4、沿所述球面零件外周的线割路线进行切割，将所述辅助体与所述球面零件相分离。

上述薄壁球面零件的加工方法预先通过软件设计出辅助体，在进行加工时，先利用数控机床(CNC)对坯料进行加工，得到辅助体与球面零件连为一体的半成品零件，在整个CNC加工过程中，能够将辅助体装夹在数控机床上，解决了薄壁球面零件装夹不方便的难题，同时，辅助体还一体连接于球面零件的外周缘，能够将球面零件的外周缘进行包覆，从而能够对球面零件的外周缘起到加强作用，从而可避免球面零件在加工过程中容易受到振动而导致变形量过大，以确保球面零件的加工精度和质量，加工完成后，直接用线割机床沿球面零件外周的线割路线进行切割，便可将球面零件与辅助体相分离，操作简单方便，所需时间较短。相较于背景技术所介绍的传统的加工工艺，采用本发明的薄壁球面零件的加工方法，能够有效缩短加工时间，提升加工效率，同时还能够有效减小薄壁球面零件的变形量，保证薄壁球面零件的质量。

在其中一个实施例中，上述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、利用锯床下料得到粗毛坯料；

S22、利用磨床磨准所述粗毛坯料的各边尺寸并打直角，得到所述坯料。

在其中一个实施例中，上述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、对所述坯料的第一面进行负余量开粗得到内凹面，其中，所述内凹面与所述球面零件的内凹特征面相对应的部位留有第一预设保护余量；

S32、对所述内凹面与所述球面零件的内凹特征面相对应的部位进行中光和光刀，得到所述球面零件的内凹特征面；

S33、对所述坯料的第二面进行负余量开粗得到外凸面，其中，所述外凸面与所述球面零件的外凸特征面相对应的部位留有第二预设保护余量；

S34、对所述外凸面与所述球面零件的外凸特征面相对应的部位进行正余量二粗，并留有第三预设保护余量；

S35、对所述外凸面与所述球面零件的外凸特征面相对应的部位进行中光和精光，得到所述球面零件的外凸特征面。

在其中一个实施例中，所述第二预设保护余量大于所述第一预设保护余量和所述第三预设保护余量。

在其中一个实施例中，所述第一预设保护余量为0.1mm～0.3mm；所述第二预设保护余量为9mm～12mm；所述第三预设保护余量为0.1mm～0.3mm。

在其中一个实施例中，在上述步骤S31中和/或上述步骤S33中，采用直径为30mm～50mm的大刀具进行负余量开粗。

在其中一个实施例中，在上述步骤S34中，采用直径为12mm～17mm的小刀具进行正余量二粗。

在其中一个实施例中，在上述步骤S1中，在上述步骤S1中，所述辅助体设计为同时一体连接于第一球面零件的外周缘和第二球面零件的外周缘；

再根据设计的所述辅助体按照所述步骤S2-S4进行加工，得到所述第一球面零件和所述第二球面零件。

在其中一个实施例中，所述辅助体包括凸台、辅助框及辅助肋，所述凸台用于装夹，所述辅助框呈弧状结构，所述辅助框的两端分别与所述凸台连接，所述辅助框的中部朝远离所述凸台的一侧拱起，所述辅助肋的一端与所述辅助框的中部连接，另一端朝远离所述辅助框的一侧弯曲并与所述凸台连接；所述辅助肋的第一侧边、所述辅助框及所述凸台之间围合形成连接于所述第一球面零件外周缘的第一环体，所述辅助肋的第二侧边、所述辅助框及所述凸台之间围合形成连接于所述第二球面零件外周缘的第二环体。

在其中一个实施例中，所述辅助框呈半圆弧状结构，所述辅助肋呈四分之一圆弧状结构，所述第一球面零件和所述第二球面零件均呈四分一球面结构，所述第一球面零件和所述第二球面零件对称布置于所述辅助肋的相对两侧。

一种薄壁球面零件，所述薄壁球面零件采用如上任意一项所述的薄壁球面零件的加工方法制作而成。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例的薄壁球面零件的加工方法的流程示意图；

图2为另一实施例的薄壁球面零件的加工方法的流程示意图；

图3为一实施例的辅助体与第一球面零件及第二球面零件连接于一体时的结构示意图；

图4为图3中的辅助体与第一球面零件及第二球面零件沿线割路线切割时的结构示意图；

图5为一实施例的薄壁球面零件的结构示意图。

10、辅助体；11、凸台；12、辅助框；13、辅助肋；101、线割路线；20、球面零件；20a、第一球面零件；20b、第二球面零件；21、内凹特征面；22、外凸特征面。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图5所示，为一实施例的薄壁球面零件(以下简称球面零件20)的结构示意图，球面零件20包括相对的内凹特征面21和外凸特征面22，内凹特征面21与外凸特征面22之间的厚度通常较薄，其厚度通常只有1mm～1.5mm，此类的球面零件20，刚度差，强度弱，在进行加工时，不好装夹固定，且容易受到振动发生变形，因此加工难度较大，传统的加工工艺很难制作出此类薄壁球面零件20。

参阅图1，图1示出了本发明一实施例中的球面零件的加工方法示意图，本发明一实施例提供的薄壁球面零件的加工方法，包括以下步骤：

S1、设计辅助体10，辅助体10设计为能够一体连接于球面零件20的外周缘，并对球面零件20的整个外周缘进行包覆，以对球面零件20的外周缘进行加强，辅助体10还设计为能够用于进行装夹；

S2、根据预设尺寸下料并打直角，得到坯料；

S3、根据设计的辅助体10对坯料进行CNC加工，得到辅助体10，且辅助体10一体连接有球面零件20；

S4、沿球面零件20外周的线割路线101进行切割，将辅助体10与球面零件20相分离。

具体地，在进行加工之前可利用如MASTERCAM、CIMATRON、PRO-E、UG或CATIA等三维建模软件设计出辅助体10的三维模型，在设计辅助体10时需要考虑能够在加工时进行装夹，同时还要考虑能够对薄壁球面零件20的外周缘进行最大边加强。根据需要加工的球面零件20的数量，辅助体10可以设计为一体连接有一个球面零件20，也可设计为一体连接有两个及以上的球面零件20。例如，如图3所示，辅助体10设计为同时与第一球面零件20a及第二球面零件20b相连接。设计好辅助体10后，便可根据预设尺寸进行下料并打直角得到坯料，坯料的预设尺寸需根据辅助体10及与之连接于一体的球面零件20的整体外形尺寸来进行设置，只要能够保证最终能够加工出所需尺寸的球面零件20即可。将设计的辅助体10的数据传输至数控机床的控制***，并以此进行数控编程，利用数控机床对坯料进行CNC加工，得到一体连接有球面零件20的辅助体10，在CNC加工过程，辅助体10能够起到装夹作用和结构加强作用，可避免球面零件20发生较大的变形。在利用线割机床分件时，需要保证在线割时碰数面要和数控CNC一致。在线割时，确定好线割路线101后，可沿线割路线101进行切割，可通过控制线割速度，来确保球面零件20周缘的光滑度，如图4所示，图中虚线即为线割路线101。

上述薄壁球面零件的加工方法预先通过软件设计出辅助体10，在进行加工时，先利用数控机床(CNC)对坯料进行加工，得到辅助体10与球面零件20连为一体的半成品零件，在整个CNC加工过程中，能够将辅助体10装夹在数控机床上，解决了薄壁球面零件20装夹不方便的难题，同时，辅助体10还一体连接于球面零件20的外周缘，能够将球面零件20的外周缘进行包覆，从而对球面零件20的外周缘起到加强作用，从而可避免球面零件20在加工过程中容易受到振动而导致变形量过大，以确保球面零件20的加工精度和质量，加工完成后，直接用线割机床沿球面零件20外周的线割路线101进行切割，便可将球面零件20与辅助体10相分离，操作简单方便，所需时间较短，能够加工出厚度仅为1mm～1.5mm的超薄壁球面零件20。相较于背景技术所介绍的传统的加工工艺，采用本发明的薄壁球面零件的加工方法，能够有效缩短加工时间，提升加工效率，同时还能够有效减小薄壁球面零件20的变形量，保证薄壁球面零件20的质量。

参照图2，进一步地，为了进一步提升加工效率，上述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、利用锯床下料得到粗毛坯料；

S22、利用磨床磨准粗毛坯料的各边尺寸并打直角，得到坯料。

参照图2及图3，在一实施例中，上述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、对坯料的第一面进行负余量开粗得到内凹面，其中，内凹面与球面零件20的内凹特征面21相对应的部位留有第一预设保护余量；

S32、对内凹面与球面零件20的内凹特征面21相对应的部位进行中光和光刀，得到球面零件20的内凹特征面21；

S33、对坯料的第二面进行负余量开粗得到外凸面，其中，外凸面与球面零件20的外凸特征面22相对应的部位留有第二预设保护余量；

S34、对外凸面与球面零件20的外凸特征面22相对应的部位进行正余量二粗，并留有第三预设保护余量；

S35、对外凸面与球面零件20的外凸特征面22相对应的部位进行中光和精光，得到球面零件20的外凸特征面22。

具体地，根据设计的辅助体10利用数控机床对坯料进行CNC加工时，先对坯料的第一面进行负余量开粗得到内凹面，在加工内凹面的过程，只需要在与球面零件20的内凹特征面21相对应的部位留有第一预设保护余量，其他部位直接进行负余量开粗即可。所谓开粗是指对坯料进行初步的粗加工处理，通过开粗后去掉多余的部分，只留下精加工余量。此处的负余量开粗是指在进行粗加工时，除内凹特征面21处留有保护余量外，其他部位发生过切(也即将余量设置为负数)。在进行负余量开粗时，可选用大刀具进行开粗来提高加工效率，同时球面零件20的内凹特征面21具有一定的第一预设保护余量，可防止在开粗过程中，因振动过大而对球面零件20的内凹特征面21产生破坏。然后，再用小刀具对球面零件20的内凹特征面21进行中光和光刀，以对球面零件20的内凹特征面21进行精加工，得到符合精度要求的内凹特征面21。所谓中光是指对工件加工表面再次进行粗加工，所谓光刀是指为了提高工件加工表面光洁度而进行的精细加工。然后将坯料翻转，以使坯料的第二面处于适合下刀的位置，根据预设刀路对坯料的第二面进行负余量开粗得到外凸面，在加工外凸面的过程，只需要在与球面零件20的外凸特征面22相对应的部位留有第二预设保护余量以防止球面零件20因开大粗变形，其他部位可采用大刀具直接进行负余量开粗即可。在加工球面零件20的外凸特征面22时，由于球面零件20的内凹特征面21已经成型，此时，辅助体10对球面零件20的整体保护强度有所减弱，因此在加工外凸特征面22时先进行负余量开粗，再通过正余量二粗，最后再进行中光和精光的步骤来进行逐步加工，可进一步防止球面零件20产生大的变形，进一步确保外凸特征面22的加工精度和质量。所谓二粗是指在第一次开粗的基础上进行第二次开粗。此处的正余量二粗是指外凸特征面22在进行二次开粗时不能发生过切而需要保留一定的保护余量(也即将余量设置为正数)。

其中，第一预设保护余量、第二预设保护余量及第三预设保护余量可根据实际情况进行设置。可选地，第二预设保护余量大于第一预设保护余量和第三预设保护余量。具体地，在加工内凹面时，由于坯料的第二面还未进行加工，此时，辅助体10对球面零件20的保护强度较大，球面零件20不容易发生变形，因此，第一预设保护余量可设置的相对较小，如此，在后续进行中光和光刀时所需加工的时间能够有效缩短，从而在保证质量的情况下能够有效提升加工效率。在加工外凸面时，辅助体10对球面零件20的整体保护强度有所减弱，因此，第二预设余量设置的相对较大，能够有效防止变形。

可选地，第一预设保护余量为0.1mm～0.3mm；第二预设保护余量为9mm～12mm；第三预设保护余量为0.1mm～0.3mm。例如，第一预设保护余量为0.2mm；第二预设保护余量为10mm；在上述步骤S33中，第三预设保护余量为0.2mm。

此外，在上述步骤S31中和/或上述步骤S33中，采用直径为30mm～50mm的大刀具进行负余量开粗，可有效提升加工效率。在上述步骤S34中，采用直径为12mm～17mm的小刀具进行正余量二粗，能够防止球面零件20产生大的变形，保证加工精度。

另外，在实际加工过程中，考虑到加工效率，可将辅助体10设计为一体连接有两个球面零件20。例如，在一实施例中，在上述步骤S1中，辅助体10设计为同时一体连接于第一球面零件20a的外周缘和第二球面零件20b的外周缘；再根据设计的辅助体10按照步骤S2-S4进行加工，得到第一球面零件20a和第二球面零件20b。

如图3所示，在一具体实施例中，辅助体10包括凸台11、辅助框12及辅助肋13，凸台11用于装夹，辅助框12呈弧状结构，辅助框12的两端分别与凸台11连接，辅助框12的中部朝远离凸台11的一侧拱起，辅助肋13的一端与辅助框12的中部连接，另一端朝远离辅助框12的一侧弯曲并与凸台11连接；辅助肋13的第一侧边、辅助框12及凸台11之间围合形成连接于第一球面零件20a外周缘的第一环体，辅助肋13的第二侧边、辅助框12及凸台11之间围合形成连接于第二球面零件20b外周缘的第二环体。通过设计上述辅助体10，再按照步骤S2-S4进行加工，便可同时得到第一球面零件20a和第二球面零件20b。

可选地，辅助框12呈半圆弧状结构，辅助肋13呈四分之一圆弧状结构，第一球面零件20a和第二球面零件20b均呈四分一球面结构，第一球面零件20a和第二球面零件20b对称布置于辅助肋13的相对两侧。

以下结合图3至图5对第一球面零件20a及第二球面零件20b的一具体加工过程进行举例说明。其中，第一球面零件20a及第二球面零件20b均为四分之一球面体结构。

上述第一球面零件20a及第二球面零件20b的具体加工过程如下：

通过软件设计如图3所示的辅助体10；

根据辅助体10的外形尺寸采用锯床下料得到粗毛坯料；

利用磨床磨准粗毛坯料的各边尺寸并打直角，得到坯料；

利用CNC加工对坯料的第一面进行负余量开粗得到内凹面，其中，内凹面与第一球面零件20a及第二球面零件20b的内凹特征面21相对应的部位留有0.2mm的保护余量；

利用CNC加工对内凹面与第一球面零件20a及第二球面零件20b的内凹特征面21相对应的部位进行中光和光刀，得到第一球面零件20a及第二球面零件20b的内凹特征面21；

利用CNC加工对坯料的第二面进行负余量开粗得到外凸面，其中，外凸面与第一球面零件20a及第二球面零件20b的外凸特征面22相对应的部位单边偏大10mm形成保护余量；

利用CNC加工对外凸面与第一球面零件20a及第二球面零件20b的外凸特征面22相对应的部位进行正余量二粗，并留有0.2mm的保护余量；

利用CNC加工对外凸面与第一球面零件20a及第二球面零件20b的外凸特征面22相对应的部位进行中光和精光，得到第一球面零件20a及第二球面零件20b的外凸特征面22；

利用线割机床沿如图4中虚线所示的线割路线101进行切割，在线割时碰数面要和数控CNC一致，得到第一球面零件20a和第二球面零件20b。

通过上述实施例的薄壁球面零件20加工方法进行加工，可同时得到第一球面零件20a和第二球面零件20b，能够有效提升加工效率，同时还能够保证第一球面零件20a和第二球面零件20b的加工质量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种薄壁球面零件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设计辅助体，所述辅助体设计为能够一体连接于球面零件的外周缘，并对所述球面零件的外周缘进行包覆，所述辅助体还设计为能够用于进行装夹；

S2、根据预设尺寸下料并打直角，得到坯料；

S3、根据设计的所述辅助体对所述坯料进行CNC加工，得到所述辅助体，且所述辅助体一体连接有所述球面零件；

S4、沿所述球面零件外周的线割路线进行切割，将所述辅助体与所述球面零件相分离。

2.根据权利要求1所述的薄壁球面零件的加工方法，其特征在于，上述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、利用锯床下料得到粗毛坯料；

S22、利用磨床磨准所述粗毛坯料的各边尺寸并打直角，得到所述坯料。

3.根据权利要求1所述的薄壁球面零件的加工方法，其特征在于，上述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、对所述坯料的第一面进行负余量开粗得到内凹面，其中，所述内凹面与所述球面零件的内凹特征面相对应的部位留有第一预设保护余量；

S32、对所述内凹面与所述球面零件的内凹特征面相对应的部位进行中光和光刀，得到所述球面零件的内凹特征面；

S33、对所述坯料的第二面进行负余量开粗得到外凸面，其中，所述外凸面与所述球面零件的外凸特征面相对应的部位留有第二预设保护余量；

S34、对所述外凸面与所述球面零件的外凸特征面相对应的部位进行正余量二粗，并留有第三预设保护余量；

S35、对所述外凸面与所述球面零件的外凸特征面相对应的部位进行中光和精光，得到所述球面零件的外凸特征面。

4.根据权利要求3所述的薄壁球面零件的加工方法，其特征在于，所述第二预设保护余量大于所述第一预设保护余量和所述第三预设保护余量。

5.根据权利要求4所述的薄壁球面零件的加工方法，其特征在于，所述第一预设保护余量为0.1mm～0.3mm；所述第二预设保护余量为9mm～12mm；所述第三预设保护余量为0.1mm～0.3mm。

6.根据权利要求3所述的薄壁球面零件的加工方法，其特征在于，在上述步骤S31中和/或上述步骤S33中，采用直径为30mm～50mm的大刀具进行负余量开粗。

7.根据权利要求3所述的薄壁球面零件的加工方法，其特征在于，在上述步骤S34中，采用直径为12mm～17mm的小刀具进行正余量二粗。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的薄壁球面零件的加工方法，其特征在于，在上述步骤S1中，所述辅助体设计为同时一体连接于第一球面零件的外周缘和第二球面零件的外周缘；

再根据设计的所述辅助体按照所述步骤S2-S4进行加工，得到所述第一球面零件和所述第二球面零件。

9.根据权利要求8所述的薄壁球面零件的加工方法，其特征在于，所述辅助体包括凸台、辅助框及辅助肋，所述凸台用于装夹，所述辅助框呈弧状结构，所述辅助框的两端分别与所述凸台连接，所述辅助框的中部朝远离所述凸台的一侧拱起，所述辅助肋的一端与所述辅助框的中部连接，另一端朝远离所述辅助框的一侧弯曲并与所述凸台连接；所述辅助肋的第一侧边、所述辅助框及所述凸台之间围合形成连接于所述第一球面零件外周缘的第一环体，所述辅助肋的第二侧边、所述辅助框及所述凸台之间围合形成连接于所述第二球面零件外周缘的第二环体。

10.一种薄壁球面零件，其特征在于，所述薄壁球面零件采用如权利要求1至9任意一项所述的薄壁球面零件的加工方法制作而成。

Images