专利名称：一种内球面的数控镗铣加工方法
技术领域：
本发明涉及数控加工领域，特别涉及一种内球面的数控镗铣加工方法。
背景技术：
在实际生产中，受到设备、工装等限制无法车加工回转半径过大的零件内球面；而采用成型铣刀铣削内球面时基本都会发生“让刀”情况，造成加工尺寸不合格，需要人工抛修加工表面，若材料稍硬就需要耗费大量的人工且极易造成尺寸不合格，表面光度也仅能达到Ra6. 3左右，严重影响零件的装配精度、使用性能及使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提出一种内球面的数控镗铣加工方法，通过对刀具轨迹设计实现对各类内球面进行加工的目的。一种内球面的数控镗铣加工方法，包括以下步骤
步骤1:根据待加工内球面确定刀具圆弧半径中心的运动轨迹，水平面内运动轨迹计算公式如下
{R-r}*dn0(I)
竖直平面内运动轨迹公式如下
(R-r}mcos8(2)
式中，R为待加工球面半径；r为刀尖圆弧半径；沒为刀具中心至待加工球面中心的连线与待加工球面中心至零件上表面的垂直连线之间的夹角；
步骤2 :将刀具置于距零件上表面，且该位置必须在步骤I所确定的竖直平面内运动轨迹的延伸线上；
刀具距离零件上表面的距离为刀尖圆弧半径的1. 5倍至2倍之间；
步骤3 :确定起刀点，方法为利用勾股定理，根据三角形的两条边，即带加工球面球心半径与刀具圆弧的差、球心至零件上表面距离，计算第三边长，该第三边长与步骤2的结果即可确定起刀点坐标；
步骤4:由起刀点开始，使刀具在水平平面内围绕待加工内球面中心线旋转一周，直至刀具重新回到起刀点；
步骤5 :沿着步骤I所确定的轨迹，在竖直平面内使刀具沿该轨迹做切削运动，切削的步进的取值范围为刀尖圆弧半径的1/4至1/5之间；
步骤6 :将做切削运动后的位置作为新的水平圆周运动的起点，继续使刀具在水平平面内围绕待加工内球面中心线旋转一周，并使刀具重新回到起始点；
步骤7 :判断是否达到零件的下表面，若达到，则结束加工过程，否则，执行步骤5。本发明的有益效果本发明通过对刀具轨迹的设计实现了对内球面的加工，克服了传统方法只能在零件内镗削出圆柱形表面的缺陷，适用于各类内球面的加工，加工时间平均为5分钟左右，加工效率可提高2倍以上，还可大量节约生产成本。因此，该项目在国内具有广泛的适应性、良好的经济性及强大的推广意义。
图1为本发明一种实施方式内球面的数控镗铣加工方法流程 图2为本发明一种实施方式刀具圆弧半径中心的运动轨迹示意 图3为本发明一种实施方式刀具置于零件表面示意 图4为本发明一种实施方式起刀点示意 图5为本发明一种实施方式刀心圆弧做插补运动主视 图6为本发明一种实施方式刀心做整圆插补运动俯视 图中，1、待加工内球面2、刀尖3、刀柄4、零件。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。本发明实施方式采用内球面的数控镗铣加工方法加工内球面的方法，其流程如图1所示，该流程开始于步骤101。在步骤102，利用公式(I)计算刀具圆弧半径中心的运动轨迹，本实施方式中，如图2所示，曲线AB即为刀具圆弧半径中心的运动轨迹，该运动轨迹与内球面具有刀尖圆弧半径的距离。在步骤103，为保证球面边缘的表面质量及整个球面的连贯性，将刀具置于距零件表面一定距离处，如图3所示，本实施方式中，刀具放置在点C，点C位于刀尖圆弧半径的1.5倍至2倍之间。在步骤104，确定起刀点，如图4所示，方法为根据带加工球面球心半径与刀具圆弧的差(本实施方式中的CZ0，其中CZ0=R-r)、球心至零件上表面距离(本实施方式中的Z0D)，利用勾股定理计算第三边长⑶，将第三边长⑶作为C的横坐标、步骤103得到的C点纵坐标即可确定起刀点坐标。在步骤105，由起刀点开始，使刀具在水平平面内围绕待加工内球面中心线旋转一周，直至刀具重新回到起点，如图5所示。主视方向可以看出为防止刀具进刀时与工件碰撞，起刀点要在球面最高点或最高点上方一定距离处，当刀完成一次圆周运动后，需根据加工精度及表面质量确定合理的X、Z向进刀量。计算所加工圆的半径后再进行一次圆周运动,如此往复,最终完成加工。在步骤106，沿着步骤102所确定的轨迹，在竖直平面内使刀具沿该轨迹做切削运动，切削的步进为刀尖圆弧半径的1/4至1/5之间，如图6所示。当刀具每完成一次圆周运动后，都需要落刀准备下一次的圆周远动，落刀量由待加工球面尺寸精度及表面质量来决定，而落刀量是跟随角度的变化而变化的，因此每次落刀后刀心运动轨迹的半径都可以通过步骤102的三角函数计算得出。在步骤107，将做切削运动后的位置作为新的起刀点，继续使刀具在水平平面内围绕待加工内球面中心线旋转一周，并使刀具重新回到起刀点。在步骤108 :判断是否达到零件的下表面，若达到，则步骤109，否则，执行步骤106。在步骤109，结束加工过程。
将上述控制过程在数控铣床实施，具体是指将内球面循环指令分解成单步的球
面加工指令，利用数控宏程序对加工过程进行控制，并根据要求的加工尺寸精度及表面质
量确定角度变化量。刀具轨迹的密集程度是由角度变化量决定的，跟据实际加工实验，可得
出加工表面粗糙度与角度变化量具体关系，具体见表1:
表I为加工表面粗糙度与角度变化量对照表
权利要求
1.一种内球面的数控镗铣加工方法，其特征在于包括以下步骤 步骤1:根据待加工内球面确定刀具圆弧半径中心的运动轨迹，水平面内运动轨迹公式如下 (Jl rranfii(I) 竖直面内运动轨迹公式如下 (R-r)*cos8(2) 式中，R为待加工球面半径；r为刀尖圆弧半径；5为刀具中心至待加工球面中心的连线与代加工球面中心至零件上表面的垂直连线之间的夹角； 步骤2 :将刀具置于距零件上表面，且保证所置位置处于步骤I所确定的竖直平面内运动轨迹的延伸线上； 步骤3 :确定起刀点； 步骤4:由起刀点开始，使刀具在水平平面内围绕待加工内球面中心线旋转一周，直至刀具重新回到起始点； 步骤5 :沿着步骤I所确定的轨迹，在竖直平面内使刀具沿该轨迹做切削运动，切削的步进的取值范围为刀尖圆弧半径的1/4至1/5之间； 步骤6:将做切削运动后的位置作为新的起始点，继续使刀具在水平平面内围绕待加工内球面中心线旋转一周，并使刀具重新回到起始点； 步骤7 :判断是否达到零件的下表面，若达到，则结束加工过程，否则，执行步骤5。
2.根据权利要求1所述的内球面的数控镗铣加工方法，其特征在于步骤3所述的确定起刀点的方法为利用勾股定理，根据三角形的两条边，即带加工球面球心半径与刀具圆弧的差、球心至零件上表面距离，计算第三边长，该第三边长与步骤2的结果即可确定起刀点坐标。
3.根据权利要求1所述的内球面的数控镗铣加工方法，其特征在于步骤2所述的刀具置于零件上表面的距离为刀尖圆弧半径的1. 5倍至2倍之间。
全文摘要
一种内球面的数控镗铣加工方法，涉及数控加工领域。根据待加工内球面确定刀具圆弧半径中心的运动轨迹，将刀具置于距零件上表面；确定起刀点；由起刀点开始，使刀具在水平平面内围绕待加工内球面中心线旋转一周，直至刀具重新回到起刀点；在竖直平面内使刀具沿该轨迹做切削运动，切削的步进的取值范围为刀尖圆弧半径的1/4至1/5之间；将做切削运动后的位置作为新的水平圆周运动的起点，继续使刀具在水平平面内围绕待加工内球面中心线旋转一周，并使刀具重新回到起始点。本发明克服了传统方法只能在零件内镗削出圆柱形表面的缺陷，适用于各类内球面的加工，加工时间平均为5分钟左右，加工效率可提高2倍以上。
文档编号B23P15/00GK103008986SQ20121050967
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者王建新, 郭红, 宋迪, 刘森, 谭伟佳, 吕文斯 申请人:沈阳黎明航空零部件制造有限公司