一种薄壁半球壳件自动化加工方法与流程

本发明属于自动化机械加工的技术领域，具体而言，涉及一种薄壁半球壳件自动化加工方法。

背景技术：

薄壁半球壳件广泛应用于各行各业中，为了保证其尺寸精度，车削加工是一种被广泛采用的工艺方法。薄壁半球壳件车削难点之一是如何将工件装夹在车床主轴上，既能保证工件可靠定位固定，又能避免装夹力对工件尺寸精度的影响。一般的装夹方式有卡盘装夹、开口套装夹、胀芯装夹、花盘装夹。这些装夹方式对工件施加了较大的力，且需要工件有相应的锁紧固定位置。薄壁半球壳件受力易变形，工件两面分别为凹球面和凸球面，不便于锁紧固定，常规的装夹方式不适于薄壁半球壳的车削装夹。

随着制造业的发展，对机械加工效率和精度提出了更高的要求。自动化加工能够减少人的参与，避免人为因素对工件的干扰，是提高机械加工效率和精度的有效手段。车削加工作为一种常见的加工手段，广泛应用于制造业，车削加工的自动化应用市场前景广阔。在金属车削过程中，切屑形式是一项重要的切削加工指标，切屑形式对加工过程的稳定性起着非常重要的影响。不利的切屑形式如带状的、团状的或扁平螺旋状的切屑可能会阻碍切屑的有效去除，刮擦已加工表面。在切削过程中，连续不断的切屑缠绕在工件或刀具上，会降低工件已加工表面粗糙度、降低生产效率，缩短刀具使用寿命，甚至危害工作人员的安全。因此，在加工过程中需要对切屑进行控制，切屑控制的首要任务就是解决断屑问题，所以，采取合理的断屑方法非常重要。

车削过程中，受材料、刀具、切削参数等影响，切削形态各异。塑性较好的材料切屑较长，且难以折断，随着切削量的累积，会越来越长，若不及时去除会影响工件的质量。因此，加工过程中需要人使用镊子手动去除。自动化加工需要尽量少的人工干预，车削断屑是自动化加工急需解决的问题。国内外普遍从以下三个方面进行实验和研究：

1)采用切削变形和附加变形方法断屑；

2)采用机械的、电力的、液压的等断屑装置以断屑；

3)深入研究断屑机理，寻找新的断屑方法。

上述加工方法针对一般材料可以有效解决，但针对塑性较好的材料断屑效果不好，影响自动化车削过程的稳定性。

因此，针对薄壁半球壳件的加工过程，亟待解决其装夹和断屑两个关键问题。

技术实现要素：

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种薄壁半球壳件自动化加工方法以达到通过对薄壁半球壳件的装夹工件和车削断屑方式进行改进，以提高对薄壁半球壳件的加工质量和加工效率的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种薄壁半球壳件自动化加工方法，该方法具体包括：

(1)取真空吸具，将真空吸具装配连接至真空抽气机并使真空吸具的真空腔形成负压；

(2)将待加工工件吸附在真空吸具上；

(3)待加工工件在加工过程中，间歇进行径向走刀与轴向走刀；

(4)完成对待加工工件的加工。

进一步地，所述步骤(3)包括如下步骤：

1)从待加工工件的圆弧球顶开始走刀加工，采用轴向进刀的方式；

2)当加工到圆弧角度为30°-60°之间时，以轴向走刀和径向走刀相结合，当轴向走刀进给3-5mm后，转换到径向走刀进给3-5mm，以此往复循环；

3)当加工到圆弧角度为60°-90°之间时，采用径向进刀的方式；

采用上述的走刀方式，可实现在加工过程中，切屑会自动断屑，不需要借助外界设备。

进一步地，在步骤(3)和步骤(4)之间还包括执行精加工，执行精加工采用轴向进刀的方式并进行两次加工成形，以克服轴向走刀和径向走刀相结合加工后，其加工表面质量较差的缺陷。

进一步地，所述待加工工件在初始状态下，待加工工件的两面分别为内凹面和外凸面，外凸面能够配合真空吸具，使待加工工件得以良好固定。

进一步地，所述圆弧角度为连心线与轴线之间的夹角，该连心线为待加工工件上的加工点与待加工工件的弧心之间的连线。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的薄壁半球壳件自动化加工方法，该工艺方法根据待加工工件的特点采取径向走刀和轴向走刀相结合的方式，根据代加工工件的表面特点在不同的圆弧角度下，选择不同的走刀方式；根据工件尺寸，根据不同的圆弧角度范围调整进给参数，以能够获得较好的断屑效果，采用这种工艺方法不需要额外的设备，所有操作均由数控机床的数控程序完成，在现有的设备条件下就能够实现稳定断屑，不对造成成本的额外增加。

附图说明

图1是本发明提供的薄壁半球壳件自动化加工方法中真空吸具的装夹示意图；

图2是本发明提供的薄壁半球壳件自动化加工方法中车削的过程示意图；

图3是本发明提供的薄壁半球壳件自动化加工方法中走刀方式示意图；

附图中的标注如下：

待加工工件-1，真空吸具-2，真空腔-3，抽真空气嘴-4，刀具-5，切屑-6，走刀路径-7。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义型实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

如图2所示，自动化车削断屑的要求是要保证工件加工成零件后的物理、机械性能和表面质量；保证操作者的安全，不损坏机床；保证刀具5的使用寿命；断屑可靠，不互相缠绕。常用的断屑方法有用刀具断屑槽断屑、机械装置断屑、能量(光能、热能、电能、振动)断屑。

刀具断屑槽断屑需要改变刀具结构，会带来其他问题，如会降低工件表面质量；针对塑性较好的材料，无论如何改变刀具刃口处结构都不能有效断屑。其他断屑方法需要的结构和设备复杂，稳定性差，对工件的影响较大，也有一定的局限性。

在本实施例中具体提供了一种薄壁半球壳件自动化加工方法，其基本原理为：车削过程中断屑状态不仅受刀具结构的影响，也会受到切削方式的影响，通过改变切削进刀方式，以改变切屑6的受力状态，实现稳定断屑。

以薄壁半球壳件作为待加工工件1，该待加工工件1在初始状态下，待加工工件1的两面分别为内凹面和外凸面，外凸面能够配合真空吸具2，使待加工工件1得以良好固定，该方法具体包括：

(1)如图1所示，取真空吸具2，将真空吸具2通过抽真空气嘴4装配连接至真空抽气机，并使真空吸具2的真空腔3内形成负压；由于待加工工件1的型面与真空吸具2的型面能够相互配合，在结合真空腔3抽真空的作用下形成负压，受大气压力作用，会在真空腔3外侧表面形成大气压力，从而将待加工工件1与真空吸具2牢固固定。

(2)将待加工工件1吸附在真空吸具2上，此时，待加工工件1的表面所受压力的方向垂直于待加工工件1的表面，且大小均匀一致；待加工工件1受力均匀，不会因为力的作用产生较大的变形，装夹也不需要预留专门的装夹位置，如夹头等，其相对于传统的装夹方式，更牢固，也更简便。

(3)待加工工件1在加工过程中，间歇进行径向走刀与轴向走刀；具体包括如下步骤：

1)从待加工工件1的内圆弧球顶开始走刀加工，此时圆弧直径较小，采用轴向进刀的方式；在此加工过程中，每圈的切屑长度较小，切屑卷曲曲率较小，切屑6更容易折断，切屑6积累3-5圈后，受切屑重力、惯性力作用，切屑6会自动折断。

2)当加工到圆弧角度为30°-60°之间时，此时圆弧直径相对较大，两种进刀方式对切削断屑的效果都未达到最佳，断屑较为困难，因此以轴向走刀和径向走刀相结合的方式，当轴向走刀进给3-5mm后，转换到径向走刀进给3-5mm，以此往复循环；确保切屑6积累到一定长度后，切换到另外一种进刀方式，由于刀具切削角度的变化能够切断铁屑。

3)当加工到圆弧角度为60°-90°之间时，采用径向进刀的方式，此加工过程中，由于切屑6较为扁平，切屑6积累到1-2圈后，就会自然断屑。

在上述步骤中，所述圆弧角度为连心线与轴线之间的夹角，该连心线为待加工工件1上的加工点与待加工工件1的弧心之间的连线。在实际加工过程中，以待加工工件1的内圆弧球顶作为原点，当刀具5沿着轴线方向运动时，根据刀具5的位移距离l，结合已知待加工工件1的最大圆弧半径r，运用三角函数即可计算出当前刀具5所处位置其对应的圆弧角度a，根据圆弧角度a结合步骤1)-步骤3)，通过数控机床对刀具5的走刀方式进行适应性的调整，通过巧妙的走刀方式，有效的改善了塑性材料加工过程中的断屑问题，改善刀具缠屑情况，避免加工中途人工干预，为自动化加工提供了有效保障。

优选的，在此步骤1)-3)中，在走刀(轴向走刀和径向走刀)过程中，适当增加数控机床的主轴暂停，改变切屑6的受力状态，增加断屑效果，同时便于切屑6被冷却液冲走；例如：数控机床的主轴在运行过程中，每连续运行2s暂停0.1s，主轴的连续运行时间应根据该待加工工件1的整体加工时间进行灵活设置。

采用轴向进刀和径向进刀相结合的方式，其走刀路径7如图3所示，在粗加工时具有较好的断屑效果和较高的金属去除效率，其缺点在于加工后的表面质量相比单一的进刀方式来说相对较差，因此，会执行步骤(4)。

(4)执行精加工

执行精加工采用轴向进刀的方式并进行两次加工成形，以克服轴向走刀和径向走刀相结合加工后其加工表面质量较差的缺陷。

(5)完成对待加工工件1的加工，可大大提高薄壁半球壳件的加工精度和表面加工质量，且适用于自动化产线。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。