高效球面数控铣削加工技术研究.pdf

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1、数控加工NCMACHINING高效球面数控铣削加工技术研究High-EfficientNCMillingTechnologyforSphericalSurface中航工业沈飞技术中心工艺研究所 于冬梅 唐臣升 潘国华本文介绍了一种具有自主知识产权的高效球面数控铣削加工技术，该技术突破了球面无残余余量和最短切削路径的数控加工技术，并极大地提高了球形曲面的数控加工效率。门进行了球形曲面包络法数控加工技术的研究。首先，收集了国内外关于球形曲面数控加工方面的技术资料；其次，对球形曲面数学模型及其加工方法进行系统的技术分析和研究；再次，确定球

2、形曲面的包络法加于冬梅工策略及其切削方式；最后，设计出中航工业沈阳飞机工业集团有限球形曲面包络法数控加工控制软件。公司技术中心工艺研究所工程师。曾组织、参加多项型号预研和在研科研本文介绍了一种具有自主知识课题研究和技术攻关，获得公司科技产权的高效球面数控铣削加工技术，图1形成球形曲面的圆包络线成果一等奖，集团公司科技进步二等该技术突破了球面无残余余量和最奖，参与过的项目荣获三项国家实用短切削路径的数控加工技术，并极大φ0~φD，即最小的圆包络线为一新型专利，获得国家、省、市级多项质量管理科技成果一等奖。主要研究方地提高了球形曲面的数

3、控加工效率。点，最大的圆包络线是直径等于球形向。高效切削加工技术研究。曲面直径的圆，如图1所示。形成[1-2]球形曲面的几何特征球形曲面的母线对研究球形曲面绕传统的球形曲面数控加工均是球形曲面是一种具有母线或包其回转轴线旋转加工（如车削加工）用等层环切或等距行切的点位插补络线曲面。球形曲面的母线有无数方法是很重要的，而形成球形曲面的数控加工方法，应用该方法数控加条，其中，圆形母线（即等于球形曲的圆形包络线对研究球形曲面的铣工球形曲面的效率低、质量差。面直径的半圆）是最常见的，而形削加工尤为重要，下面就球形曲面为了解决传统的球形曲面数

4、控成球形曲面的圆形包络线也有无数的铣削加工的研究进行进一步分析加工效率低、质量差的问题，我们专种，其中，圆形包络线的直径范围为与阐述。2014年第5期·航空制造技术83数控加工NCMACHINING增大（即Z向坐标值减小），而球形曲标数控加工的示意图。传统的球形曲面加工方法面的宽度值（即X或Y向坐标值）与传统的球形曲面（包括其他曲Z不是线性函数关系，而是符合圆方包络法球形曲面数控[3-5]面）的数控铣削加工方法均采用点程的三角函数关系，这样就导致了被加工方法位插补法，亦即圆包络线的直径为加工球形曲面残余余量不均匀，即被包络法加工技术

5、打破了传统的0。显而易见，用点位插补法形成球加工球形曲面粗糙度差，尤其是在点位插补数控加工方法，实现了“线形曲面是由有限个点而连成的有限凸球的顶部，残余余量特别大（如图动成面”的加工方法，因而，该技术个折线组成的，这种加工方法不但加2所示）；另一种则是应用参数化编解决了球形曲面无残余余量和五坐工效率低，而且被加工球形曲面的粗程进行环切的方法，如图2中右半边标最短切削路径的数控铣削加工技糙度也很差，因此，要保证被加工球所示，该方法应用了一个角度参变量术，并极大地提高了其数控加工效率形曲面的质量，也就很难谈加工效（△α），使得Z与X和Y

6、坐标之间的和质量。率。函数关系是一个直径为球形曲面直如前文中所述，圆形包络线的直用点位插补法形成球形曲面的径的圆，而且，采用的圆弧插补（G02径范围为φ0~φD。当圆形包络线Δ的直径为φ0，即最小的圆包络线为α一点时，适用于点位插补加工方法；TΔ否则，适合包络法加工。采用包络法加工球形曲面时，圆形包络线的直径Δα越大，则加工效率越高，最大的圆包TΔ络线是直径等于球形曲面直径的圆，如图4所示。刀具回转面与被加工球形曲面的切线即是一条球形曲面包络线，亦即刀具的直径越大，加工效率越高，图2点位插补法形成球形曲面刀具每环切一次所加工球形面积

7、就越大，刀具与被加工球形曲面包络数控加工关系，如图5所示。当刀具选定后，则可以根据刀具的直径、刀具的转接R以及球形表面的直径计算出刀具包络环切的初始位置、最终位置和每次环切的位l置。如图6所示，刀具切削刃回转面（圆环）始终与被加工球形曲面相切，且切线为一个圆，亦即被加工球形曲r面的一条母线。该母线每次圆弧插a补包络环切加工出球形曲面的一个环形面，完后再圆弧插补进入下一次包络环切加工。包络法球形曲面数控加工图3球形曲面数控加工示意图[6-9]控制软件方法有可以分为两种，一种是应用传或G03）替代了点位插补（G01），从应用Visual

8、Basic6.0软件设计统编程软件UG、Pro_E、CATIA等进而实现了球形曲面等残余余量加工语言，我们先后开发了参数化球形曲行等行距环切或行切的方法，如图2以及三坐标最短切削路径的加工技面包络法数控铣削加工NC程序设中左半边所示，