CN114378538B - 一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，包括以下步骤：通过SIEMENS NX CAD/CAM软件建立空间曲面模型，分析待加工工件的整体形状建立、分析工件数字模型；根据建立的数字模型设置工艺方案；根据所述工艺方案设置CAM程序并确定加工刀具；通过VERICUT数控机床仿真软件校验数控程序；通过机床检测特征点，检测工件尺寸精度。本发明技术提供一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，此方案提供了最优化的马鞍形坡口加工方案，解决了复杂空间曲面马鞍形坡口在三轴联动龙门铣床、镗床无法加工、或者说近似加工的问题，解决了马鞍形坡口加工的技术问题。

Description

一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法

技术领域

本发明涉及零件加工技术领域，具体而言，尤其涉及一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法。

背景技术

大厚度大落差马鞍形接管孔坡口为复杂的空间曲面，因工件尺寸很大，接管孔所处位置决定了大型龙门铣床亦无法加工，必须使用镗床进行加工，而镗床加工有如下难点，一、因接管坡口的牙厚在筒体外圆位置，因此坡口方向在主轴背面，给加工增加了极大的难度，二、曲面关系无法使用数学关系进行计算，需使用软件建立数字模型并采用CAM进行加工，三、根部R角加工难度大，与坡口斜面圆滑相接难度大，且最终牙厚难保证。目前可追溯的加工技术只有一种，其加工方式采用参数编程近似加工，加工后无法保证尺寸进度，根部R角残留很大，粗糙度亦无法保证，且加工效率很低。

发明内容

根据上述提出参数编程近似加工，无法保证尺寸精度及表面质量的技术问题，而提供一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法。本发明主要利用提供一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，此方案提供了最优化的马鞍形坡口加工方案，解决了复杂空间曲面马鞍形坡口在三轴联动龙门铣床、镗床无法加工、或者说近似加工的问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过SIEMENS NX CAD/CAM软件建立空间曲面模型，分析待加工工件的整体形状建立、分析工件数字模型；

步骤S2：根据所述步骤S1建立的数字模型设置工艺方案；

步骤S3：根据所述工艺方案设置CAM程序并确定加工刀具；

步骤S4：通过VERICUT数控机床仿真软件校验数控程序；

步骤S5：通过机床检测特征点，检测工件尺寸精度。

进一步地，所述步骤S2还包括以下步骤：

步骤S21：划分加工阶段；加工坡口前先加工大直径孔；加工斜面符图，但根部R角有残留，清除根部R角残留部分；根部R角精加工即加工至符图状态；

步骤S22：确定加工机床；

步骤S23：确定加工方法。

更进一步地，所述步骤S23还包括以下步骤：

步骤S231：加工去除大直径孔余量，单边留量1mm；

步骤S232：加工斜面符图；根据坡口空间曲面的特征、坡口大直径特点及牙宽尺寸精度要求，将坡口划分为四个象限；

步骤S233：清除根部R角残留；选用小直径圆弧三面刃铣刀进行清根处理；

步骤S234：对根部R角进行精加工。

进一步地，所述步骤S232中分为四个象限，第三、四象限的加工通过第一、二象限程序镜像处理。

更近一步地，所述采用的加工机床为三轴联动大型数控镗床。

进一步地，所述精加工加工方式为流线仿形整体加工。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明技术提供一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，此方案提供了最优化的马鞍形坡口加工方案，解决了复杂空间曲面马鞍形坡口在三轴联动龙门铣床、镗床无法加工、或者说近似加工的问题，解决了马鞍形坡口加工的解决方案，其最终加工效果不仅能够满足图纸所有的尺寸精度要求，极大的的提高了产品的表面质量，同时极大的提高了加工效率，此方法对于类似马鞍形坡口的加工具有重要的指导性作用，其方法可固化、可推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体流程示意图。

图2为本发明三维空间示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-2所示，本发明提供了一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过SIEMENS NX CAD/CAM软件建立空间曲面模型，分析待加工工件的整体形状建立、分析工件数字模型；首先，建立筒体圆柱体，然后在马鞍形坡口所在孔中心位置建立孔直径大小的圆柱体，后与筒体求差；然后，使用过孔回转中心线及筒体母线所处截面，将现有模型切除一半；进而在现有截面，建立马鞍形坡口截面位置草图，使用扫掠功能，将截面，沿孔与筒体内壁相贯线扫掠，其中扫掠的参数设置经过严谨的推敲设置，以保证扫掠后形状满足图纸要求；最后，将扫掠后的图形与筒体求差后，再按上述修剪的截面进行镜像得出完整的一个马鞍形坡口数字模型。

上述建模方法为目前成熟的通用的方法，因此在此不进行赘述。若筒体尺寸变化，或开孔尺寸变化，或马鞍形坡口开口朝向筒体内壁或外壁，只需将筒体建模尺寸以及坡口草图尺寸修改即可，其他步骤不变，具有通用性。

步骤S2：根据所述步骤S1建立的数字模型设置工艺方案；

步骤S21：划分加工阶段；加工坡口前先加工大直径孔；加工斜面符图，但根部R角有残留，清除根部R角残留部分；根部R角精加工即加工至符图状态；

步骤S22：确定加工机床；作为优选的实施方式，在本申请中采用的加工机床为三轴联动大型数控镗床。

步骤S23：确定加工方法。所述步骤S23还包括以下步骤：

步骤S231：加工去除大直径孔余量，单边留量1mm。因坡口加工后只需加工牙厚宽度即可，因此选择刃长大于牙宽的精铣刀，同时通过分析孔与筒体相关形成的马鞍形线，开发精加工孔的数控加工程序，此程序的为跟随马鞍形的加工程序，因此刀具长度大大降低，使得选用精铣刀成为可行性方案，精铣刀的加工极大的提高了加工后孔的表面粗糙度，同时跟随曲线加工，相较于按层铣削，极大的提高了加工效率。

步骤S232：加工斜面符图；根据坡口大直径特点及牙宽尺寸精度要求，将坡口划分为四个象限；一、为了保证加工后牙厚尺寸满足精度要求，需要对斜面加工程序执行2次，第一次轴向和径向均留量，加工后通过测量特征尺寸确定精加工斜面的轴向和径向最终偏置量，若使用四个象限同时加工的程序，因坡口尺寸很大，执行一次程序需要很长时间，约40小时，极大降低了加工效率；二、降低程序使用风险，若采用整体加工，则需要观测整个程序是否有碰撞和过切风险，此操作仅需验证一、二象限程序的正确性即可，三、四象限的加工通过使用一、二象限程序镜像处理即可完成加工。

步骤S233：清除根部R角残留；选用小直径圆弧三面刃铣刀进行清根处理；因使用大直径三面刃铣刀加工后根部R角残留很大，且直角三面刃同样会造成残留，且加工后表面粗糙度差，因此需要选用小直径圆弧三面刃铣刀进行清根处理，同时为了避免大直径三面刃加工干涉问题，尽可能多的去除残留，并保证加工后圆角粗糙度要求，因此选用合适直径的圆弧三面刃铣刀是本步的关键，配合选用恰当的切削方式，以满足本步去除根部残留的目的。仅对根部残留部分进行去除，可避免对已加工部位重复加工，大大提高了加工效率。

步骤S234：对根部R角进行精加工。精加工加工方式为流线仿形整体加工，此步的目的是为了保证加工后的圆角与斜面部分圆滑相接，保证四个象限加工相接处完美相接，同时此步也是修正牙厚尺寸的关键一步，以达到尺寸精度、粗糙度要求。

步骤S3：根据所述工艺方案设置CAM程序并确定加工刀具；在本申请中，作为优选的大厚度大落差马鞍形接管孔坡口CAM程序的编制极为复杂，为了按工艺方案要求，需要将空间曲面按象限进行分割，在程序的调试过程中，解决了CAM程序中众多问题，这里不一一赘述；加工刀具的确定需要结合空间曲面特征，尺寸特征、待加工材料特征、加工方法的选取、加工精度、加工稳定性、加工效率、刀具轨迹路径等众多因素综合考虑确定，目的是稳定、高效、高精度去除毛坯余量，整个加工过程使用2种规格刀具即可完成。在实际加工过程中，若筒体直径小，铣床主轴行程满足坡口加工要求，则可以选择在三轴联动龙门铣床，使用角铣头方案，一次装夹，通过旋转角铣头，旋转程序对筒体上所有的马鞍形坡口进行加工，此时粗加工，选用玉米铣刀进行加工，精加工选用带有圆角的仿形铣刀，此方案比镗床加工效率提升极大，但是因为工件尺寸及机床行程原因，铣床无法满足加工条件时则换为镗床加工。镗床加工使用主轴在筒体外侧加工，粗加工选用三面刃铣刀，半精、精加工选用三面刃圆弧铣刀。

粗加工、半精加工均采用深度加工轮廓铣削的加工方式，选取深度优先的加工方式，按圆弧进刀，层之间在最短安全距离位置轴向进刀，以确保进刀位置安全，若镗床加工则根据马鞍形型坡口径向深度尺寸来确定直角三面刃以及圆弧三面刃直径大小，铣床加工选用玉米铣刀直径按刀具合理的长径比来确定即可。

精加工，采用固定轮廓铣中流线仿形的加工方式，刀具的圆弧半径的选取按马鞍形坡口根部R角尺寸来确定，此步加工目的是保证根部R角与斜面完好相接，并提高R角的表面粗糙度。

加工去除直孔第一步剩余的单边1mm余量(加工直孔符图)，此时直孔部分很短，只是牙厚跟随马鞍形的部分。具体的程序示例为(西门子***)：

N05 G0 G90 G17 G54 G64 X0 Y0 Z2250 F300 S300 M03

N10 R1＝2000-30(筒体半径-加工深度) R3＝1500/2(孔半径)

R7＝0(角度方位起始) R8＝0.1(角度增量)

R10＝R3*COS(R7)

R11＝SQRT(POT(R1)-POT(R10))

N12 Z＝R11

N15 G1 G41 T1 D1 AP＝R7 RP＝R3

AA:

N20 R7＝R7+R8

N25 R10＝R3*COS(R7)

R11＝SQRT(POT(R1)-POT(R10))

N30 G03 AP＝R7 RP＝R3 Z＝R11 TURN＝0

N35 IF R7<360GOTOB AA

N40 G0 G40 X0 Y0

N45 Z2250

N50 M02

步骤S4：通过VERICUT数控机床仿真软件校验数控程序，以保证程序的准确性。

步骤S5：通过机床检测特征点，检测工件尺寸精度。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过SIEMENS NX CAD/CAM软件建立空间曲面模型，分析待加工工件的整体形状建立、分析工件数字模型；建立筒体圆柱体，然后在马鞍形坡口所在孔中心位置建立孔直径大小的圆柱体，后与筒体求差；然后，使用过孔回转中心线及筒体母线所处截面，将现有模型切除一半；进而在现有截面，建立马鞍形坡口截面位置草图，使用扫掠功能，将截面沿孔与筒体内壁相贯线扫掠；将扫掠后的图形与筒体求差后，再按上述修剪的截面进行镜像得出完整的一个马鞍形坡口数字模型；

S2：根据所述步骤S1建立的数字模型设置工艺方案；所述步骤S2还包括以下步骤：

S21：划分加工阶段；加工坡口前先加工大直径孔；加工斜面符图，但根部R角有残留；清除根部R角残留部分，根部R角精加工，即加工至符图状态；

S22：确定加工机床；

S23：确定加工方法；所述步骤S23还包括以下步骤：

S231：加工去除大直径孔余量，单边留量1mm；

S232：加工斜面符图；根据坡口大直径特点及牙宽尺寸精度要求，将坡口划分为四个象限；所述步骤S232中分为四象限，第三、四象限的加工通过第一、二象限程序镜像处理；

S233：清除根部R角残留；选用小直径圆弧三面刃铣刀进行清根处理；

S234：对根部R角进行精加工；

S3：根据所述工艺方案设置CAM程序并确定加工刀具；将空间曲面按象限进行分割，需要结合空间曲面特征、尺寸特征、待加工材料特征、加工方法的选取、加工精度、加工稳定性、加工效率、刀具轨迹路径确定加工刀具；再分别进行粗加工、半精加工及精加工；所述粗加工、半精加工均采用深度加工轮廓铣削的加工方式，按圆弧进刀，层之间在最短安全距离位置轴向进刀，若镗床加工则根据马鞍形型坡口径向深度尺寸来确定直角三面刃以及圆弧三面刃直径大小，铣床加工选用玉米铣刀直径按刀具合理的长径比来确定；所述精加工采用固定轮廓铣中流线仿形的加工方式，刀具的圆弧半径的选取按马鞍形坡口根部R角尺寸来确定，提高R角的表面粗糙度；所述精加工过程中，孔与筒体相贯而成曲线为马鞍形曲线，马鞍形曲线既在孔上，也在筒体上，在孔上的每一点都用极坐标来表达，AP＝R7，RP＝R3，极坐标相当于X、Y坐标，R10＝R3*COS(R7)；Z坐标：R11＝SQRT(POT(R1)-POT(R10))；其中，R1表示筒体半径-加工深度；R3表示孔半径；R7表示角度方位起始；

S4：通过VERICUT数控机床仿真软件校验数控程序；

S5：通过机床检测特征点，检测工件尺寸精度。

2.根据权利要求1所述的一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，其特征在于：所述采用的加工机床为三轴联动大型数控镗床。

3.根据权利要求1所述的一种大厚度大落差马鞍形接管孔坡口的加工方法，其特征在于：所述精加工加工方式为流线仿形整体加工。

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