具有多个不同角度曲面的工件加工方法及其制品与流程

本发明涉及机械加工工艺技术领域，特别是涉及具有多个不同角度曲面的工件加工方法及其制品。

背景技术：

现在的大部分零部件多采用数控机床完成成型加工和外观修饰加工，由于部分零部件具有形状结构不规律，如具有多角度侧边的表面，需要多次进退刀切削连续加工，方能获得预设的零部件结构，每次进退刀完成一个加工面，第一刀具加工面与第二刀具加工面的加工刀具的连续称为接刀。传统零部件加工多采用三轴数控机床，其在跑3d刀路加工时产品表面粗糙，加工时间长，不易打磨。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种具有多个不同角度曲面的工件加工方法，在渐变加工面采用了独特的接刀方式，避免了产生转角印，易打磨，加工时间短，且提高了产品的良率。

一种具有多个不同角度曲面的工件加工方法，包括以下步骤：

提供待加工工件，待加工工件包括第一角度加工面、第二角度加工面及位于第一角度加工面与第二角度加工面之间的渐变加工面，第一角度加工面靠近渐变加工面的一侧设有第一角度边界，第二角度加工面靠近渐变加工面的一侧设有第二角度边界，渐变加工面位于第一角度边界与第二角度边界之间；

提供切削工具，切削工具包括第一刀具及第二刀具；

第一刀具加工第一角度加工面，并于渐变加工面退刀，第一刀具于渐变加工面的退刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面相切；

第二刀具于渐变加工面进刀，然后加工第二角度加工面，第二刀具于渐变加工面的进刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面相切。

上述具有多个不同角度曲面的工件加工方法，加工完成后，第一角度加工面形成对应的第一角度曲面，第一角度边界为第一角度曲面的其中一侧的边界，第二角度加工面形成第二角度曲面，第二角度边界为第二角度曲面的其中一侧的边界，第一角度曲面与基准面之间的角度不同于第二角度曲面与基准面之间的角度，第一角度边界与第二角度边界之间的渐变加工面形成渐变曲面，渐变曲面使侧边或侧面从第一角度曲面渐变至第二角度曲面，形成连续的、顺滑的、不粗糙的连接面；本发明采用独特的接刀方式，即第一刀具、第二刀具在渐变加工面的进退刀采用弧线轨迹，使加工的位置产生一个圆滑的与进退刀弧线相切的面，避免了转角印的产生，并防止了切削工具直线轨迹产生的接刀台阶的问题，加工完成后，表面粗糙度小，易于打磨，总体的加工时间短，提高了产品的良率及生产效率。

在其中一个实施例中，第一刀具加工第一角度加工面，并于渐变加工面退刀，第一刀具于渐变加工面的退刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面相切的步骤中，第一刀具的退刀弧线顶点与渐变加工面相切；第二刀具于渐变加工面进刀，然后加工第二角度加工面，第二刀具于渐变加工面的进刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面相切的步骤中，第二刀具的进刀弧线顶点与渐变加工面相切。

在其中一个实施例中，第一刀具加工第一角度加工面，并于渐变加工面退刀，第一刀具于渐变加工面的退刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面相切的步骤中，第一刀具的退刀弧线起始位置与渐变加工面之间的最短距离为大于或等于0.08mm；第一刀具的退刀弧线结束位置与渐变加工面之间的最短距离为大于或等于0.08mm。

在其中一个实施例中，第一刀具的退刀弧线的起始位置至结束位置的连线与渐变加工面顶点的切面之间的角度为1°～1.5°。

在其中一个实施例中，第一刀具的退刀弧线起始位置位于第一角度边界的上方或者渐变加工面靠近第一角度边界的部位的上方；第一刀具的退刀弧线结束位置位于第二角度边界的上方或者渐变加工面靠近第二角度边界的部位的上方。

在其中一个实施例中，第二刀具于渐变加工面进刀，然后加工第二角度加工面，第二刀具于渐变加工面的进刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面相切的步骤中，第二刀具的进刀弧线起始位置与渐变加工面之间的最短距离为大于或等于0.08mm；第二刀具的进刀弧线的结束位置与渐变加工面之间的最短距离为大于或等于0.08mm。

在其中一个实施例中，第二刀具的进刀弧线的起始位置至结束位置的连线与渐变加工面顶点的切面之间的角度为1°～1.5°。

在其中一个实施例中，第二刀具的进刀弧线起始位置位于第一角度边界的上方或者渐变加工面靠近第一角度边界的部位的上方；第二刀具的进刀弧线结束位置位于第二角度边界的上方或者渐变加工面靠近第二角度边界的部位的上方。

在其中一个实施例中，第一刀具加工第一角度加工面，并于渐变加工面退刀，第一刀具于渐变加工面的退刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面相切，以及第二刀具于渐变加工面进刀，然后加工第二角度加工面，第二刀具于渐变加工面的进刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面相切的步骤中，第一刀具的退刀弧线与第二刀具的进刀弧线相交。

本发明还提供了采用上述任一项的具有多个不同角度曲面的工件加工方法制成的制品，该制品的相邻两个角度的曲面之间接续流畅，无接刀台阶及转角印，符合机械加工产品的加工要求。

附图说明

图1为第一刀具于渐变加工面的退刀弧线的示意图；

图2为第二刀具于渐变加工面的进刀弧线的示意图；

图3为实施例1的工件的示意图；

图4为实施例2的工件的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明提供了一种具有多个不同角度曲面的工件加工方法，包括以下步骤：

s100：提供待加工工件，待加工工件包括第一角度加工面、第二角度加工面及位于第一角度加工面与第二角度加工面之间的渐变加工面，第一角度加工面靠近第二角度加工面的一侧设有第一角度边界，第二角度加工面靠近第一角度加工面的一侧设有第二角度边界，渐变加工面50位于第一角度边界与第二角度边界之间。

加工完成后，第一角度加工面形成对应的第一角度曲面，第一角度边界为第一角度曲面的其中一侧的边界，第二角度加工面形成第二角度曲面，第二角度边界为第二角度曲面的其中一侧的边界，第一角度曲面与基准面之间的角度不同于第二角度曲面与基准面之间的角度，第一角度边界与第二角度边界之间的渐变加工面50形成渐变曲面，渐变曲面使侧边或侧面从第一角度曲面渐变至第二角度曲面，形成连续的、顺滑的、不粗糙的连接面。

例如一个待加工工件包括60°角度加工面和30°角度加工面，加工完成后分别对应形成60°角度曲面及30°角度曲面，60°角度曲面及30°角度曲面之间具有渐变曲面，使60°角度曲面渐渐过渡至30°角度曲面，整体表面流线顺畅。

s200：提供切削工具，切削工具包括第一刀具及第二刀具。

s300：第一刀具加工第一角度加工面，并于渐变加工面50退刀，第一刀具于渐变加工面50的退刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面50相切，如图1所示。

s400：第二刀具于渐变加工面50进刀，然后加工第二角度加工面，第二刀具于渐变加工面50的进刀轨迹呈弧线，并与渐变加工面50相切，如图2所示。

渐变加工面50的接刀为第一刀具的退刀与第二刀具的进刀相接续，接续位置位于渐变加工面50的一个位置的上方，该接续位置可能位于渐变加工面50最靠近第一角度边界的一侧或者渐变加工面50的中间部位。

第一刀具的退刀轨迹及第二刀具的进刀轨迹均为弧线，则第一刀具与第二刀具切削的部位会形成循序渐进的弧面，避免了第一刀具直线退刀、第二刀具直线进刀产生的转角印和接刀台阶的问题，角度过渡流畅，且表面粗糙度良好，无需过多的打磨。

具体地，第一刀具的退刀弧线顶点与渐变加工面相切；第二刀具的进刀弧线顶点与渐变加工面相切，易于控制第一刀具与第二刀具的加工深度及加工面积，减少误差。

一个实施例中，如图1所示，s300步骤中，第一刀具的退刀弧线起始位置a与渐变加工面之间的最短距离l1为大于或等于0.08mm；第一刀具的退刀弧线结束位置b与渐变加工面之间的最短距离l2为大于或等于0.08mm。因为切削工具的尺寸一般会有±0.3mm的误差，若按传统的直线进退刀轨迹，加工的位置会有误差，产生接刀台阶的情况。距离l1主要调节了第一刀具于渐变加工面的加工起始位置，并配合弧线轨迹，即使第一刀具的尺寸有误差，由于第一刀具于渐变加工面的退刀轨迹为弧线，其切削加工形成的面为渐进的弧面，线条接续、流畅，防止了接刀台阶的问题。经过试验得出，距离l1为大于或等于0.08mm时，加工效果较佳。更优选地，距离l1选为0.08mm～2mm，当距离l1大于2mm时，进刀的进程较长，效率较低。

第一刀具退刀的结束位置b与渐变加工面之间的最短距离l2为大于或等于0.08mm主要考虑退刀产生的接续面角度，该接续面与第二刀具的进刀加工产生的面无转角印及无台阶地接续。经过多次试验得出，距离l2为大于或等于0.08mm时，接续效果较佳，接续位置表面粗糙度良好，减少了额外的打磨处理。更优选地，距离l2选为0.08mm～2mm，当距离l2大于2mm时，接续面角度过大，较容易产生转角印及台阶，且加工效率较低。

在一个较优的实施例中，距离l2大于距离l1，便于第一刀具的完全退刀。

如图2所示，第一刀具的退刀弧线的起始位置a至结束位置b的连线与渐变加工面50顶点的切面之间的角度为1°～1.5°。角度θ大于1.5°时，会产生明显退刀过度面，需要进一步额外处理，才能获得较好的过渡线条；角度θ小于1°时，进刀的距离过长，延长了加工时间，且没有增加额外的处理效果。综合处理效果及加工效率，角度θ优选为1°～1.5°。

第一刀具的退刀弧线起始位置可以位于第一角度边界的上方或者渐变加工面靠近第一角度边界的部位的上方；第一刀具的退刀弧线结束位置位于第二角度边界的上方或者渐变加工面靠近第二角度边界的部位的上方。使第一刀具的轨迹覆盖渐变加工面的范围。

一个实施例中，如图2所示，s400步骤中，第二刀具的进刀弧线起始位置c与渐变加工面之间的最短距离h1为大于或等于0.08mm；第二刀具的进刀弧线的结束位置d与渐变加工面之间的最短距离h2为大于或等于0.08mm。同样地，第二刀具的弧线加工轨迹可以防止因为第二刀具的尺寸误差产生的接刀台阶的问题，使第一刀具的部位与第二刀具的加工部位流畅接续。经过试验证明，距离h1为大于或等于0.08mm时，加工效果较佳。更优选地，距离h1选为0.08mm～2mm，当距离l1大于2mm时，进刀的进程较长，效率较低。

第二刀具的进刀弧线的结束位置d与渐变加工面之间的最短距离h2为大于或等于0.08mm，主要考虑第二刀具进刀生产的面与第一刀具加工产生的接续面的流畅连接，避免产生转角印及接刀台阶。经过多次试验得出，距离h2为大于或等于0.08mm时，接续效果较佳，接续位置表面粗糙度良好，减少了额外的打磨处理。更优选地，距离h2选为0.08mm～2mm，当距离h2大于2mm时，接续面角度过大，较容易产生转角印及台阶，且加工效率较低。

优选地，距离l2大于距离l1，减少第二刀具进入第二角度加工面的进程。

进一步地，第二刀具的进刀弧线的起始位置c至结束位置d的连线与渐变加工面顶点的切面之间的角度α为1°～1.5°。角度α大于1.5°时，会产生明显进刀过度面，需要进一步额外处理，才能获得较好的过渡线条；角度α小于1°时，进刀的距离过长，延长了加工时间，且没有增加额外的处理效果。综合处理效果及加工效率，角度α优选为1°～1.5°。

第二刀具的进刀弧线起始位置可以位于第一角度边界的上方或者渐变加工面靠近第一角度边界的部位的上方；第二刀具的进刀弧线结束位置位于第二角度边界的上方或者渐变加工面靠近第二角度边界的部位的上方。使第二刀具的加工范围覆盖渐变加工面的范围。

在一个较优的实施例中，切削工具进退刀的弧线起始位置与渐变加工面50之间的距离l1为大于或等于0.08mm，弧线结束位置与渐变加工面50之间的距离l2为大于或等于0.08mm，并且弧线起始位置至结束位置连线与渐变加工面之间的角度θ为1°～1.5°，可确定切削工具于渐变加工面50的完整加工路径，从进刀起始位置至退刀起始位置及。

一个实施例中，第一刀具的退刀弧线与第二刀具的进刀弧线相交，即第一刀具的退刀起始位置靠近第二刀具的进刀起始位置，第一刀具的退刀结束位置靠近第二刀具的进刀结束位置。第一刀具的退刀弧线与第二刀具的进刀弧线呈交叉状，实现两个切削面的连贯接续，确保接续流畅。

可以理解地，由于第一角度加工面与第二角度加工面的角度不同，第一角度刀具的距离l1与第二角度刀具的距离l1可以不相同，第一角度刀具的距离l2与第二角度刀具的距离l2可以不相同，以及第一角度刀具的角度θ与第二角度刀具的角度θ亦可以不相同。

第一角度刀具的规格型号与第二角度刀具的规格型号可以相同或者不同，根据加工的需要选择合适的切削工具，例如，第一角度刀具可以选为成型刀，第二角度刀具可以选为端铣刀等。切削工具于渐变加工面的接刀采用3d刀路，以获得精准的曲面。

优选地，切削工具连接四轴数控机床，即采用四轴数控机床控制切削工具的加工操作，可控制切削工具在(x，y，z)及旋转方向的加工，相对于五轴数控机床，设备成本较低，且控制路程短，加工时间短，有利于提高生产效益。

本发明具有多个不同角度曲面的工件加工方法采用了独特的接刀方式，即第一刀具、第二刀具在渐变加工面的进退刀采用弧线轨迹，使加工的位置产生一个圆滑的与进退刀弧线相切的面，避免了转角印的产生，并防止了切削工具直线轨迹产生的接刀台阶的问题，加工完成后，表面粗糙度小，易于打磨，总体的加工时间短，提高了产品的良率及生产效率

采用上述具有多个不同角度曲面的工件加工方法制成的制品，其相邻两个角度的曲面之间接续流畅，无接刀台阶及转角印，符合机械加工产品的加工要求。

以下为具体实施例说明。

实施例1

如图2所示，本实施例1预设加工形成工件100a的侧边包括90°角度曲面21a、0°角度曲面23a及位于90°角度曲面21a与0°角度曲面23a之间的渐变曲面51a。

上述工件的加工方法包括以下步骤：

s100：提供待加工工件，待加工工件的侧边具有90°角度加工面、0°角度加工面及渐变加工面，90°角度加工面靠近0°角度加工面的一侧设有90°角度边界，0°角度加工面靠近90°角度加工面的一侧设有0°角度边界，渐变加工面位于90°角度边界与0°角度边界之间。

s200：提供连接四轴数控机床的90°成型刀及0°成型刀。

s300：采用90°成型刀切削90°角度加工面，形成90°角度曲面21a；90°成型刀于渐变加工面退刀，其退刀轨迹呈弧线，弧线顶点与渐变加工面相切，形成初渐变曲面。

加工渐变加工面时，90°成型刀退刀的弧线起始位置与渐变加工面之间的距离l1为0.12mm，弧线结束位置与渐变加工面之间的距离l2为0.08mm，90°成型刀退刀的弧线起始位置至结束位置连线与渐变加工面之间的角度θ为1°。

s400：0°成型刀于渐变加工面的进刀，其进刀轨迹呈弧线，弧线顶点与渐变加工面相切，形成渐变曲面51a；然后0°成型刀加工0°角度加工面，形成0°角度曲面23a，获得初产品。

加工渐变加工面时，0°成型刀进刀的弧线起始位置与渐变加工面之间的距离l1为0.08mm，弧线结束位置与渐变加工面之间的距离l2为0.15mm，0°成型刀进刀的弧线起始位置至结束位置连线与渐变加工面之间的角度θ为1.2°。

90°成型刀于渐变加工面的退刀结束位置与0°成型刀于渐变加工面的进刀起始位置相互错开，90°成型刀的退刀弧线与0°成型刀的进刀弧线呈交叉状。

s600：对初产品的90°角度曲面、0°角度曲面及渐变曲面进行打磨处理，获得工件100a。

实施例2

如图3所示，本实施例2预设加工形成工件100b的侧边包括90°角度曲面21b、39.8°角度曲面22b、位于90°角度曲面21b与39.8°角度曲面22b之间的第一渐变曲面52b、0°角度曲面23b及位于39.8°角度曲面22b与0°角度曲面23b的第二渐变曲面53b。

上述工件的加工方法包括以下步骤：

s100：提供待加工工件，待加工工件的侧边具有90°角度加工面、第一渐变加工面、39.8°角度加工面、第二渐变加工面及0°角度加工面，90°角度加工面靠近39.8°角度加工面的一侧设有90°角度边界，39.8°角度加工面靠近90°角度加工面的一侧设有第一39.8°角度边界，第一渐变加工面位于90°角度边界与第一39.8°角度边界之间；39.8°角度加工面靠近0°角度加工面的一侧设有第二39.8°角度边界，0°角度加工面靠近39.8°角度加工面的一侧设有0°角度边界，第二渐变加工面位于第二39.8°角度边界与0°角度边界之间。

s200：提供连接四轴数控机床的90°成型刀、39.8°端铣刀及0°成型刀。

s300：90°成型刀切削90°角度加工面，形成90°角度曲面21b；90°成型刀于第一渐变加工面退刀，其退刀轨迹呈弧线，弧线顶点与渐变加工面相切，形成初第一渐变加工面。

90°成型刀于第一渐变加工面进刀时，其进刀的弧线起始位置与第一渐变加工面之间的距离l1为0.15mm，弧线结束位置与第一渐变加工面之间的距离l2为0.09mm，90°成型刀进刀的弧线起始位置至结束位置连线与渐变加工面之间的角度θ为1.0°。

s400：39.8°端铣刀于初第一渐变加工面进刀，其进刀轨迹呈弧线，弧线顶点与初第一渐变加工面相切，形成第一渐变曲面52b；

然后39.8°端铣刀侧刀加工39.8°角度加工面，形成39.8°角度曲面22b；

39.8°端铣刀于第二渐变加工面退刀，其退刀轨迹呈弧线，弧线顶点与第二渐变加工面相切，形成初第二渐变曲面。

39.8°端铣刀于初第一渐变加工面退刀时，其退刀的弧线起始位置与初第一渐变加工面之间的距离l1为0.11mm，弧线结束位置与初第一渐变加工面之间的距离l2为0.09mm，39.8°端铣刀退刀的弧线起始位置至结束位置连线与渐变加工面之间的角度θ为1.2°。

90°成型刀于第一渐变加工面的退刀结束位置与39.8°端铣刀于初渐变加工面的进刀起始位置相互错开，两个刀具的进退刀弧线呈交叉状。

39.8°端铣刀于第二渐变加工面退刀时，其退刀的弧线起始位置与渐变加工面之间的距离l1为0.13mm，弧线结束位置与第二渐变加工面之间的距离l2为0.09mm，39.8°端铣刀进退刀的弧线起始位置至结束位置连线与渐变加工面之间的角度θ为1.1°。

s500：0°成型刀于初第二渐变曲面进刀，其进刀轨迹呈弧线，弧线顶点与初第二渐变加工面相切，形成第二渐变曲面53b；

0°成型刀加工0°角度加工面，形成0°角度曲面23b，获得初产品。

0°成型刀于初第二渐变曲面进刀时，其进刀的弧线起始位置与初第二渐变加工面之间的距离l1为0.08mm，弧线结束位置与初第二渐变加工面之间的距离l2为0.15mm，0°成型刀进退刀的弧线起始位置至结束位置连线与初第二渐变加工面之间的角度θ为1.2°。

39.8°端铣刀于第二渐变加工面的退刀结束位置与0°成型刀于初第二渐变加工面的进刀起始位置相互错开，39.8°端铣刀的退刀弧线与0°成型刀的进刀弧线呈交叉状。

s600：对初产品的90°角度曲面、39.8°角度曲面、第一渐变曲面、0°角度曲面及第二渐变曲面进行打磨处理，获得工件。

实施例1及实施例2的工件的多个角度曲面均连续流畅、没有转角印及接刀台阶，实施例1及实施例2的工件加工方法打磨时间短，及减少了总体的加工时间，提高了产品加工效率。

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一种实施方式，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。