一种内外均为半球状的非金属零件的加工装置及加工方法与流程

1.本发明属于切割加工技术领域，具体地说，涉及一种内外均为半球状的非金属零件的加工装置及加工方法。


背景技术：

2.工业生产中常常需要加工一些内外均为半球状的非金属零件，如图1所示，该类零件外球面f1的半径sr1与内球面f2的半径sr2不相等，外球面f1和内球面f2的球心位置也不相同。该类内外均为半球状的非金属零件，很多是用聚苯乙烯泡沫塑料板材加工而成的，板材的密度不大于30kg/m3，材料本身脆性大，表面易受损伤，因而加工难度较大，体现在如下几个方面：
3.1)无法直接在机床上装夹定位；若要装夹需采用留工艺夹头的方式装夹，会造成原材料的浪费；
4.2)加工内外球面时，需要重新装夹找正，加工效率低；
5.3)因材料脆性大，加工时零件表面容易因组织断裂导致表面损伤，造成表面加工质量差；
6.4)手工对内外球面进行修整，无法保证尺寸精度要求。
7.因而，该类内外均为半球状的非金属零件的加工难点较多，极大影响了零件的加工质量和加工效率。


技术实现要素：

8.针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供一种内外均为半球状的非金属零件的加工装置及加工方法，用以解决现有技术下该类零件无法机加装夹加工、原材料浪费、加工质量差、加工效率低等一系列问题，提高加工质量和加工效率，确保该类零件的尺寸加工精度和批量生产的质量稳定性。
9.本发明提供一种内外均为半球状的非金属零件的加工装置，用于加工非金属零件的外球面和内球面，包括：
10.一底板，其上安装有两个相对设置的立杆；
11.一转轴，位于底板的上方，其两端分别与两个立杆转动连接；
12.一外球切割钨丝，其两端均与转轴连接，外球切割钨丝的中段为与外球面半径相等的圆弧段；外球切割钨丝还与一外部电源电性连接，旋转转轴带动通电后的外球切割钨丝转动，以加工非金属零件的外球面；
13.一内球切割钨丝，其两端均与转轴连接，内球切割钨丝的中段为与内球面半径相等的圆弧段，内球切割钨丝与外球切割钨丝相对于转轴呈180
°
布设；内球切割钨丝还与外部电源电性连接，旋转转轴带动通电后的内球切割钨丝转动，以加工非金属零件的内球面。
14.本技术方案通过转轴、外球切割钨丝和内球切割钨丝的设置，实现了内外均为半球状的非金属零件的旋转式通电切割加工，解决了其它加工方式因材料本身脆性大而导致
零件表面损伤的问题；而且，本技术方案能够分别一次性完成内球面和外球面的加工，显著提高了加工质量和加工效率，确保非金属零件的尺寸加工精度。
15.在其中一些实施例中，外球切割钨丝和内球切割钨丝的线径均为2mm。本技术方案确保外球切割钨丝和内球切割钨丝对非金属零件的通电切割功能，且确保外球切割钨丝和内球切割钨丝的尺寸及形状的稳定性。
16.在其中一些实施例中，底板上表面的一端设有第一刻度线，转轴表面沿其轴向设有轴刻线，轴刻线于底板的垂向上与第一刻度线重合。本技术方案实现了转轴与底板之间的可视化装配，确保了转轴于底板上的定位状态稳定可靠。
17.在其中一些实施例中，底板的上表面还设有与第一刻度线垂直的第二刻度线，第二刻度线交叉于第一刻度线的中点处。本技术方案通过第二刻度线的设置，便于轴刻线与第一刻度线上的刻度可视化对中，也用作待加工板坯料于底板上的定位参考线。
18.在其中一些实施例中，加工装置还包括两个紧定螺钉以及与每一紧定螺钉适配的备紧螺母，两个紧定螺钉分别螺接于转轴两端并凸出立杆之外，两个备紧螺母套设于紧定螺钉上，并与立杆相抵压。本技术方案实现转轴与立杆之间的装配稳定性。
19.本发明还提供一种利用上述内外均为半球状的非金属零件的加工装置进行内外均为半球状的非金属零件的加工方法，包括如下步骤：
20.下料步骤，根据非金属零件的尺寸，加工出相应厚度的方形板坯料；
21.加工装置组装步骤，将外球切割钨丝、内球切割钨丝、转轴、立杆和底板组装到一起；
22.板坯料定位步骤，确定加工内球面时板坯料于底板上的第一固定位，确定加工外球面时板坯料于底板上的第二固定位；
23.内球面加工步骤，板坯料装配于第一固定位处，旋转转轴带动通电后的内球切割钨丝转动，加工内球面；
24.外球面加工步骤，加工完内球面后的板坯料装配于第二固定位处，旋转转轴带动通电后的外球切割钨丝转动，加工外球面。
25.本技术方案实现了内外均为半球状的非金属零件的旋转式通电切割加工，解决了现有技术下该类零件无法机加装夹加工、原材料浪费、加工质量差、加工效率低等一系列问题，显著提高了加工质量和加工效率，确保内外均为半球状的非金属零件的尺寸加工精度和批量生产的稳定性。
26.在其中一些实施例中，在加工装置组装步骤中，安装转轴时，使轴刻线于底板的垂向上与第一刻度线重合并对中。本技术方案确保转轴于底板上的定位状态稳定可靠，进而确保内外均为半球状的非金属零件的尺寸加工精度。
27.在其中一些实施例中，在加工装置组装步骤中，安装外球切割钨丝和内球切割钨丝时，使二者相对于转轴呈180
°
布设。本技术方案实现了利用一套加工装置完成内球面和外球面的切割加工，提高了加工效率，增强了该加工装置的实用性。
28.在其中一些实施例中，在板坯料定位步骤中，第一固定位和第二固定位处分别插设两个定位销，用于板坯料的装配定位。本技术方案通过定位销的设置，实现了在加工内球面和外球面时板坯料于底板上的快速装配及定位，提高了加工效率，方便进行批量生产加工，并确保批量生产的稳定性。
29.在其中一些实施例中，第一固定位和第二固定位均位于立杆的同一侧。本技术方案实现了加工装置的紧凑式设计。
30.基于上述技术方案，本发明实施例中的内外均为半球状的非金属零件的加工装置及加工方法，结构简单、使用便捷、实用性强，有效解决了现有技术下内外均为半球状的非金属零件无法机加装夹加工、原材料浪费、加工质量差、加工效率低等一系列问题，显著提高了加工质量和加工效率，确保内外均为半球状的非金属零件的尺寸加工精度和批量生产的稳定性。
附图说明
31.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
32.图1为内外均为半球状的非金属零件的结构示意图；
33.图2为本发明的内外均为半球状的非金属零件的加工装置的结构示意图；
34.图3为板坯料在本发明的内外均为半球状的非金属零件的加工装置上的定位示意图。
35.图中：
36.f1、外球面；f2、内球面；1、底板；2、立杆；3、转轴；4、外球切割钨丝；5、内球切割钨丝；51、折弯段；52、固定段；6、紧定螺钉；7、备紧螺母；8、固定螺钉；9、板坯料；10、定位销；p1、第一固定位；p2、第二固定位；l1、第一刻度线；l2、第二刻度线；l3、轴刻线。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系，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。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。
40.如图1-图3所示，本发明提供一种内外均为半球状的非金属零件的加工装置，用于加工非金属零件的外球面f1和内球面f2，包括一底板1、一转轴3、一外球切割钨丝4和一内球切割钨丝5。其中，
41.底板1为一平板状结构，其上安装有两个相对设置的立杆2。
42.转轴3位于底板1的上方，其两端分别与两个立杆2转动连接。
43.外球切割钨丝4的两端均与转轴3连接，外球切割钨丝4的中段为与外球面f1半径
sr1相等的圆弧段。外球切割钨丝4还与一外部电源电性连接，旋转转轴3带动通电后的外球切割钨丝4转动，以加工非金属零件的外球面f1。
44.内球切割钨丝5的两端均与转轴3连接，内球切割钨丝5的中段为与内球面f2半径sr2相等的圆弧段。内球切割钨丝5与外球切割钨丝4相对于转轴3呈180
°
布设。内球切割钨丝5还与外部电源电性连接，旋转转轴3带动通电后的内球切割钨丝5转动，以加工非金属零件的内球面f2。
45.可以理解的是，外球切割钨丝4和内球切割钨丝5的中段为加工非金属零件外球面f1和内球面f2的功能段，因而该段的外形为圆弧形；在非功能段部分，外球切割钨丝4和内球切割钨丝5的外形不局限于也为圆弧形，本领域技术人员可根据加工装置的实际布设需要，改变非功能段的外形；如图2所示，内球切割钨丝5在非功能段设置了折弯段51和固定段52，在满足非金属零件加工需要的前提下，减小了内球切割钨丝5的整体尺寸，进而减小了加工装置的整体跨度。
46.上述示意性实施例，通过转轴3、外球切割钨丝4和内球切割钨丝5的设置，实现了内外均为半球状的非金属零件的旋转式通电切割加工，解决了其它加工方式因材料本身脆性大而导致零件表面损伤的问题；而且，上述示意性实施例，能够分别一次性完成内球面f2和外球面f1的加工，显著提高了加工质量和加工效率，确保非金属零件的尺寸加工精度。
47.在一些实施例中，外球切割钨丝4和内球切割钨丝5的线径均为2mm。该示意性实施例，通过2mm的线径设置，使其通电电流满足切割加工所需，确保外球切割钨丝4和内球切割钨丝5对非金属零件的通电切割功能，同时确保外球切割钨丝4和内球切割钨丝5的尺寸及形状的稳定性。
48.在一些实施例中，底板1上表面的一端设有第一刻度线l1，转轴3表面沿其轴向设有轴刻线l3，轴刻线l3于底板1的垂向上与第一刻度线l1重合。可以理解的是，轴刻线l3和第一刻度线l1均为带有刻度的标线，以便于二者的刻度对准；同时，轴刻线l3的设置也便于外球切割钨丝4和内球切割钨丝5于转轴3上的装配定位。该示意性实施例，实现了转轴3与底板1之间的可视化装配，确保了转轴3于底板1上的定位状态稳定可靠。
49.在一些实施例中，底板1的上表面还设有与第一刻度线l1垂直的第二刻度线l2，第二刻度线l2交叉于第一刻度线l1的中点处。该示意性实施例，通过第二刻度线l2的设置，方便轴刻线l3与第一刻度线l1上的刻度可视化对中，也用作待加工板坯料9于底板1上的定位参考线。
50.在一些实施例中，加工装置还包括两个紧定螺钉6以及与每一紧定螺钉6适配的备紧螺母7，两个紧定螺钉6分别螺接于转轴3两端并凸出立杆2之外，两个备紧螺母7套设于紧定螺钉6上，并与立杆2相抵压。该示意性实施例，实现转轴3与立杆2之间的装配稳定性。
51.本发明还提供一种利用上述内外均为半球状的非金属零件的加工装置进行内外均为半球状的非金属零件的加工方法，包括如下步骤：
52.下料步骤，根据非金属零件，如聚苯乙烯泡沫塑料零件的最大外形尺寸，加工出相应厚度的方形板坯料9；
53.加工装置组装步骤，将外球切割钨丝4、内球切割钨丝5、转轴3、立杆2和底板1组装到一起；进一步地，首先根据非金属零件的内球面f2和外球面f1的半径计算所需钨丝长度，折弯成内球切割钨丝5和外球切割钨丝4；分别用固定螺钉8将内球切割钨丝5和外球切割钨
丝4的两端连接到转轴3上，并将二者与外部电源电性连接；然后用紧定螺钉6和备紧螺母7将转轴3连接到底板1上的立杆2上；
54.板坯料9定位步骤，根据内球切割钨丝5的旋转中心，确定加工内球面f2时板坯料9于底板1上的第一固定位p1；根据外球切割钨丝4的旋转中心，确定加工外球面f1时板坯料9于底板1上的第二固定位p2；
55.内球面f2加工步骤，板坯料9装配于第一固定位p1处，旋转转轴3带动通电后的内球切割钨丝5转动，一次性加工出内球面f2；
56.外球面f1加工步骤，加工完内球面f2后的板坯料9装配于第二固定位p2处，旋转转轴3带动通电后的外球切割钨丝4转动，一次性加工出外球面f1。
57.上述示意性实施例，实现了内外均为半球状的非金属零件的旋转式通电切割加工，解决了现有技术下该类零件无法机加装夹加工、原材料浪费、加工质量差、加工效率低等一系列问题，显著提高了加工质量和加工效率，确保内外均为半球状的非金属零件的尺寸加工精度和批量生产的稳定性。
58.在一些实施例中，在加工装置组装步骤中，安装转轴3时，使轴刻线l3于底板1的垂向上与第一刻度线l1重合并对中。该示意性实施例，确保转轴3于底板1上的定位状态稳定可靠，进而确保内外均为半球状的非金属零件的尺寸加工精度。
59.在一些实施例中，在加工装置组装步骤中，安装外球切割钨丝4和内球切割钨丝5时，使二者相对于转轴3呈180
°
布设。该示意性实施例，实现了使用一套加工装置完成内球面f2和外球面f1的切割加工，提高了加工效率，增强了该加工装置的实用性。
60.在一些实施例中，在板坯料9定位步骤中，第一固定位p1和第二固定位p2处分别插设两个定位销10，用于板坯料9的装配定位。第一刻度线l1和第二刻度线l2用作定位销10的定位参考线，也即用作待加工板坯料9于底板1上的定位参考线。另外，可以理解的是，板坯料9上预设与两个定位销10适配的两个定位孔，便于板坯料9与底板1之间的快速装配及定位；该两个定位孔均位于板坯料9上理论外球面f1以外的待切除区域内。
61.上述示意性实施例，通过定位销10的设置，实现了在加工内球面f2和外球面f1时板坯料9于底板1上的快速装配及定位，提高了加工效率，方便进行批量生产加工，并确保批量生产的稳定性。
62.在一些实施例中，第一固定位p1和第二固定位p2均位于立杆2的同一侧。该示意性实施例，实现了加工装置的紧凑式设计。
63.通过对本发明的的多个实施例的说明，可以看到本发明至少具有以下一种或多种优点：
64.1、实现了内外均为半球状的非金属零件的旋转式通电切割加工，解决了其它加工方式因材料本身脆性大而导致零件表面损伤的问题；
65.2、能够分别一次性完成内球面f2和外球面f1的加工，显著提高了加工质量和加工效率，确保内外均为半球状的非金属零件的尺寸加工精度；
66.3、实现了在加工内球面f2和外球面f1时板坯料9于底板1上的快速装配及定位，板坯料9不必重新装夹找正，提高了加工效率，方便进行批量生产加工，并确保批量生产的稳定性；同时，板坯料9也不必预留工艺夹头，避免了原材料的浪费。
67.最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重
点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
68.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。