基于车削的柱面网纹加工方法及系统与流程

本发明涉及机械表面加工技术领域，特别是一种基于车削的柱面网纹加工方法及系统。

背景技术：

现在，许多零件为了防滑或美观等作用，常在其外表面设计了网纹结构。常见的网纹加工方式主要是通过滚刀或者滚轮滚压而成。由于滚压的时候，零件受到较大的挤压力，因为挤压变形的方式形成网纹。

因此，通过滚压加工网纹的方式常适用于实心杆类零件，对于一些薄壁类零件因为会导致零件变形，就有些力不能及了。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供了基于车削的柱面网纹的加工方法，该方法是用于柱面网纹加工的工艺及程序，采用数控车床通过车削的方式进行网纹加工，该工序加工时间快，成品率高。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的基于车削的柱面网纹加工方法，包括以下步骤：

获取待加工的柱面网纹参数；

根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式；

根据待加工工件确定加工的网纹形状选取加工刀具；

根据待加工零件的加工参数确定加工刀具对应的加工状态参数；

将加工刀具设置于加工起点；

启动加工设备，按照加工模式中预设正向增量角度旋转加工工件，加工形成正向待加工曲线；

当正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；再加工反向待加工曲线，完成反向待加工曲线；

形成需要加工的柱面网纹。

进一步，所述加工模式按照以下方式进行：

启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；

当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条正向螺旋线，直到完成所有的正向加工；

将加工刀具重新设置于加工起刀点；并启动加工刀具反向加工形成第一条正向待加工曲线；

当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，直到完成所有的反向加工；

直到形成需要加工的柱面网纹。

进一步，所述加工模式按照以下方式进行：

将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；

当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工第一条反向螺旋线；

当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设正向增量角度旋转加工工件，并启动加工刀具正向加工下一条正向待加工曲线；

当下一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，完成下一条反向待加工曲线；

循环重复上述步骤，直到形成需要加工的柱面网纹。

进一步，所述正向待加工曲线和反向待加工曲线具体按照以下方式进行：

将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工设备，刀具沿z轴进刀，加工形成第一条正向待加工曲线；

当第一条正向待加工曲线加工完成后，刀具沿z轴退刀，加工第一条反向曲线；

当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设正向增量角度旋转加工工件，刀具沿z轴进刀，加工下一条正向待加工曲线；

当下一条正向待加工曲线加工完成后，刀具沿z轴退刀，加工下一条反向曲线；然后按照预设增量角度旋转加工工件；

判断以下不等式是否成立：θ+θ’≥360°；其中，θ表示加工曲线的起始角；θ’表示每次加工曲线的增量角；

若不等式成立，则退出循环；若不等式不成立，则刀具继续沿z轴进刀，循环重复加工下一条正向曲线和反向曲线；

按照预设增量角度θ′旋转加工工件，再进行判断，直至不等式成立，退出循环；

形成需要加工的柱面网纹。

进一步，所述待加工曲线为螺旋线。

进一步，所述根据待加工零件加工参数确定加工刀具对应加工状态参数，具体按照以下步骤进行：

获取待加工零件外表面直径d1、下刀安全距离x1/2、车削深度l1/2、网纹节距p1、网纹角度θ和刀具的进给速度f1，

按照以下公式计算出加工状态参数：

下刀点x坐标：d1+x1；

车削加工x坐标终点尺寸：d1-l1；

切削的次数为d1*pi/p1；

车削增量的角度为360/(d1*pi/p1)；

螺距为d1*pi*tanθ；

主轴转速为f1/(d1*pi*tanθ)。

进一步，所述加工工件按照预设增量角度θ′旋转，具体步骤如下：

当加工工件旋转增量角度θ′后，判断曲线起始角θ是否满足θ≥360°，如果否，即θ＜360°，则进行加工下一条曲线，如果是，则将加工工件再旋转增量角度θ′，直到曲线起始角θ≥360°，循环结束。

其中，起始角θ＝θ1+n*θ′，θ1为初始角度，n为旋转的次数，θ′为每次旋转增量角度。

本发明提供的基于车削的柱面网纹加工系统，包括设置于机床上的刀具控制机构、加工刀具和柱面网纹加工控制器；

所述刀具控制机构设置于机床的工作台上，所述刀具控制机构与加工刀具连接，用于控制加工刀具的工作状态，所述刀具控制机构与柱面网纹加工控制器连接、所述柱面网纹加工控制器用于向刀具控制机构发送刀具控制命令，用于控制加工刀具的工作状态。

进一步，所述柱面网纹加工控制器包括加工参数设置单元、网纹加工模式单元、增量角度控制单元；

所述加工参数设置单元，用于获取待加工的柱面网纹参数；

所述网纹加工模式单元，用于根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式、根据待加工工件确定加工的网纹形状选取加工刀具，以及根据待加工零件的加工参数确定加工刀具对应的加工状态参数；

所述增量角度控制单元，用于控制代加工工件旋转角。

进一步，所述网纹加工模式单元包括以下第一加工模式和第二加工模式

所述第一加工模式按照以下方式进行：

启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；

当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条正向螺旋线，直到完成所有的正向加工；

将加工刀具重新设置于加工起刀点；并启动加工刀具反向加工形成第一条正向待加工曲线；

当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设增量角度θ′旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，直到完成所有的反向加工；

直到形成需要加工的柱面网纹；

所述第二加工模式按照以下方式进行：

将加工刀具设置于加工起刀点；启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；

当第一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工第一条反向螺旋线；

当第一条反向待加工曲线加工完成后，按照预设正向增量角度旋转加工工件，并启动加工刀具正向加工下一条正向待加工曲线；

当下一条正向待加工曲线加工完成后，按照预设反向增量角度旋转加工工件；加工下一条反向待加工曲线，完成下一条反向待加工曲线；

循环重复上述步骤，直到形成需要加工的柱面网纹。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的基于车削的柱面网纹加工方法，主要是通过数控车削的方式加工网纹，不仅可以解决滚刀滚压导致薄壁类零件变形的问题，还可以根据自己的需求，加工出不同深度、节距、角度等的网纹出来。

该方法提高了网纹质量以及加工的稳定性，在加工网纹前，可先对工件外圆进行粗加工；在车削完网纹后，因刀具磨损等因素，在螺旋槽的边缘会出现少量毛刺，可以再精车外圆，去除该类毛刺，提高网纹的表面质量。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为基于车削加工柱面网纹的方法流程图。

图2为加工网纹垂直截面图示意图。

图3为基于车削加工柱面网纹加工系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的基于车削的柱面网纹加工方法，属于柱面网纹加工工艺及加工程序，包括以下步骤：

1.获取待加工的柱面网纹参数，根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式，根据柱面网纹参数选取加工刀具及编写加工程序；

根据网纹形状选择合适的刀片规格，如图2所示，图中为假设工件直径为无限大时网纹的垂直截面，根据r以及β的不同，选择对应的刀片，如刀片可选用螺纹刀或者外圆车刀片；其中，r表示根部圆角r，β就是指齿的角度；

本实施例提供的加工网纹如图2所示，图2为网纹垂直截面图，根据对垂直截面图中各参数要求的不同，选择对应的刀片，如β为60°，r为0.2，根据β＝60°，选择刀片形状为t型的正三角形刀片，根据r＝0.2，则选择刀尖圆弧半径为02的刀尖，由于需要同时对正向和反向进行加工，则需要选择切削方向为n型的刀片。刀片的其他参数可任意选择。

本实施例提供的待加工零件的外表面直径d1、下刀安全距离x1/2、车削深度l1/2、网纹节距p1、网纹角度θ、刀具的进给速度f1等参数，按照以下方式得到加工状态参数，具体如下：

(1)下刀点x坐标：d1+x1；

(2)车削加工x坐标终点尺寸：d1-l1；

(3)切削的次数为d1*pi/p1；

(4)车削增量的角度为360/(d1*pi/p1)；

(5)螺距为d1*pi*tanθ；

(6)主轴转速为f1/(d1*pi*tanθ)；

本实施例提供的加工工件的各参数之间通常是存在相互关联的公式，通过已知或事先设定的参数，就可以求得未知的其他需要加工的参数。其中，pi为数学中π。

传统的螺纹加工过程中，在车削螺纹时，螺旋线的起点是固定的，所形成的只有一条螺旋线；而本实施例提供的加工方法，与螺纹加工不同，在网纹加工时，每加工完一条螺旋线后，待加工工件都会旋转一个角度，这样使得每一次加工的起点位置都会发生变化，通过这种方式可以形成多条螺旋线。

除了螺纹网纹可以这样加工，其他的网纹也可以通过本方法进行加工，首先获得待加工网纹的曲线用公式，然后调整主轴转速和进给速率等参数，就可以加工其他曲线。

本实施例的网纹如螺纹的加工过程，可以先正向加工正向曲线，完成时，再加工反向曲线；当然，也可以先加工完成一条正向曲线，然后再加工完成一条反向曲线，这样循环重复交替加工完成所有的曲线。

本实施例的工件可以先进行粗加工，将待加工网纹圆柱面加工形成网纹直径。

2.将刀片安装在刀柄上，然后再将刀柄安装在数控车床的刀座上；

3.将工件夹持在机床上，让主轴旋转，调整刀具位置，采用试切法设定工件的“零点”，建立工件坐标系；

4.将程序录入到机床中；

5.启动设备开始加工；

6.切换到加工所需的刀具，并快速移动到起刀点；

7.主轴正转，开启冷却液，车刀从外到里即正向进刀，车削形成第一条正向螺旋线；

车刀从里到外退刀，车削形成第一条反向螺旋线，车削完后，工件旋转一个增量角度θ′后，形成下一条螺旋线加工的起始角度θ；

系统进行判断螺旋线起始角θ是否≥360°，若θ＜360°，进行加工下一条螺旋线，然后再旋转判断，依次重复；

直到螺旋线起始角θ≥360°，循环结束。

(起始角θ＝θ1+n*θ′，其中θ1为初始角度，通常为0，n为旋转的次数＝已加工螺旋线条数，θ′为每次旋转增量角度。)

8.螺旋线加工完成，刀架沿x轴和z轴退刀直安全距离，关闭冷却液，主轴停止转动，程序结束。

9.取下工件，正、反螺旋线相互交错，就形成了所需的柱面网纹。

如图3所示，本实施例还提供了基于车削的柱面网纹加工系统，包括设置于机床上的刀具控制机构、加工刀具和柱面网纹加工控制器；所述刀具控制机构设置于机床的工作台上，所述刀具控制机构与加工刀具连接，用于控制加工刀具的工作状态，所述刀具控制机构与柱面网纹加工控制器连接、所述柱面网纹加工控制器用于向刀具控制机构发送刀具控制命令，用于控制加工刀具的工作状态。

所述柱面网纹加工控制器包括加工参数设置单元、网纹加工模式单元、正向加工控制单元、反向加工控制单元、增量角度控制单元；

所述加工参数设置单元，用于获取待加工的柱面网纹参数；

所述网纹加工模式单元，用于根据柱面网纹参数确定柱面网纹加工模式、根据待加工工件确定加工的网纹形状选取加工刀具，以及根据待加工零件的加工参数确定加工刀具对应的加工状态参数；

所述增量角度控制单元，用于控制待加工工件旋转角；

所述刀具控制机构，接收到柱面网纹加工控制器发送的加工参数，并根据加工参数进行加工，首先将加工刀具设置于加工起刀点；

启动加工设备，主轴旋转，刀具沿x轴进刀至网纹深度想匹配的位置，然后沿z轴进刀，加工第一条曲线，

当刀具移动至z轴终点位置时，第一条正向曲线加工完成，然后沿z轴退刀，加工形成第一条反向曲线。再按照预设增量角度旋转加工工件；变化起点位置，再重复上述加工。

待整个柱面加工完成后，程序结束。

最后形成需要加工的柱面网纹。

本实施例的刀具在加工正向螺旋线和反向螺旋线过程中，只是沿z轴方向移动，并未发生旋转。主轴也是沿同一个方向转动的，之所以能形成正向和反向的螺旋线，是因为进刀方向不一样，所产生的相对位移和相对速度相反，所以能形成正反两种螺旋线。

所述加工模式按照以下方式进行：

启动加工刀具正向加工形成第一条正向待加工曲线；

当第一条正向待加工曲线加工完成后，刀具沿z轴退刀，加工第一条反向曲线。

将加工刀具重新设置于z轴加工起刀点；按照预设增量角度θ′旋转加工工件；然后进行判断：θ+θ’≥360°，若不等式成立，则退出循环，若不等式不成立，则刀具继续沿z轴进刀，加工下一条正向曲线和反向曲线。然后按照预设增量角度θ′旋转加工工件，再进行判断，直至不等式成立，退出循环。

这样就形成需要加工的柱面网纹。

最后，还可以对形成柱面网纹的工件进行精加工，通过精车网纹外圆柱面，保证网纹外观更好。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。