一种斜端面圆柱表面车加工方法与流程

本发明属于数控加工技术领域，特别是涉及一种斜端面圆柱表面车加工方法。

背景技术：

在航空发动机领域，为了特殊需要，一些安装边零件被设计为零件回转体母线(表面中心线)与安装边端面不垂直，存在一个固定倾斜角，因圆柱母线与安装边平面夹角随圆周角度变化而发生改变，造成其外圆表面无法采用普通数控车床的车加工方法加工，长期以来只能采用五坐标数控加工中心进行加工，加工周期长，成本高，质量难以控制，不利于批量成产。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种加工周期短，成本低，可提升加工效率和加工质量的斜端面圆柱表面车加工方法。本发明实现了利用普通数控车床代替五坐标数控加工中心完成斜端面圆柱表面的车加工。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种斜端面圆柱表面车加工方法，包括如下步骤：

步骤一：通过夹具将零件固定在工作台上，保证装夹后零件的内、外圆表面与工作台表面垂直，同时保证装夹后，零件、夹具及工作台的中心轴线在一条直线上；

步骤二：设定车床编程坐标系，

设定X轴零点为零件圆心，Z轴零点为零件的最低点或最高点；

步骤三：采用固定螺距圆柱螺纹编程方式通过分段计算拟合进行倾斜表面形状轨迹的整圈螺纹加工，

通过将一圈圆周进行均匀分度，并将每个分度点位置投影到零件的斜端面上，得到每个角度在斜面上的Z轴坐标值，将两个连续角度的Z轴坐标值相减，得到两个坐标点之间的高度差；利用固定螺距圆柱螺纹编程格式：G33 Z(坐标)K(螺距)，得出固定螺距圆柱螺纹编程公式，所述的固定螺距圆柱螺纹编程公式如下式：

G33 Z＝HIGH2+R3-JIDAO*R1-JIDAO/360*R2 K＝R8；

式中，HIGH2为零件上端面最低点的高度值；

R3为任意角度的高度值；

JIDAO*R1为对应角度连续螺纹螺距的分量值，JIDAO为圆周螺纹螺距K1，R1为螺纹的圈数；

JIDAO/360*R2为对应角度连续螺纹螺距的分量值，R2为R3对应的角度；

R8为对应角度的螺距值；

步骤四：根据步骤三中得出的固定螺距圆柱螺纹编程公式，实现每一段位置的螺纹段加工，再通过循环编程功能，将整个圆周所有螺纹段依次连接起来，实现倾斜表面形状轨迹的整圈螺纹加工；

步骤五：将加工表面的高度值除以每两圈之间的螺距值，得到需要加工的螺纹圈数，通过在上述单圈螺纹加工循环的外面再增加若干个循环，完成零件整个圆周外表面的车加工，所述循环的个数与需要加工的螺纹圈数相同；

步骤六：采用复式螺纹起始点偏移指令来消除理论编程螺纹起始角度与零件在车床上实际位置的角度差，实现零件的角向确定；在零件装夹后，将零件最高点位置相对车床默认螺纹零度之间的角度差找出，输入到程序中；

步骤七：零件的外圆直径和加工余量的调整通过设定螺纹不同半径的方式进行；

步骤八：加工完成螺纹圈数后，快速退刀。

本发明的有益效果：

本发明解决了现有斜端面圆柱表面必须采用五坐标数控加工中心进行车加工的难题，实现了斜端面圆柱内外表面单工序车加工完成，加工效率高，成本低，周期短，质量高。

经实践证明：本发明在提升质量的同时，极大的降低了该类零件的加工成本，缩短了加工周期，具有较高的经济和实用价值。

附图说明

图1为本发明的加工方法的一个实施例的示意图；

图2为将一圈圆周进行均匀分度，并将每个分度点位置投影到零件的斜端面上的示意图；

图中：1-工作台，2-夹具，3-零件；

HIGH1为零件上端面最高点的高度值，HIGH2为零件上端面最低点的高度值，Φ为零件的外圆直径。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种斜端面圆柱表面车加工方法，包括如下步骤：

步骤一：通过夹具2将零件3固定在工作台1上，保证装夹后零件3的内、外圆表面与工作台1表面垂直，同时保证装夹后，零件3、夹具2及工作台1的中心轴线在一条直线上，所述夹具2的上端面采用倾斜结构，其倾斜角度与零件3下端面的倾斜角度相同，如图1所示。

步骤二：设定车床编程坐标系，

设定X轴零点为零件圆心，Z轴零点为零件的最低点或最高点，坐标零点为G54，如图1所示。

步骤三：采用固定螺距圆柱螺纹编程方式通过分段计算拟合进行倾斜表面形状轨迹的整圈螺纹加工，

通过将一圈圆周进行均匀分度，并将每个分度点位置投影到零件的斜端面上，如图2所示，得到每个角度在斜面上的Z轴坐标值，将两个连续角度的Z轴坐标值相减，得到两个坐标点之间的高度差；利用固定螺距圆柱螺纹编程格式：G33 Z(坐标)K(螺距)，得出固定螺距圆柱螺纹编程公式，所述的固定螺距圆柱螺纹编程公式如下式：

G33 Z＝HIGH2+R3-JIDAO*R1-JIDAO/360*R2 K＝R8；

式中，HIGH2为零件上端面最低点的高度值；

R3为任意角度的高度值；

JIDAO*R1为对应角度连续螺纹螺距的分量值，JIDAO为圆周螺纹螺距K1，R1为螺纹的圈数；

JIDAO/360*R2为对应角度连续螺纹螺距的分量值，R2为R3对应的角度；

R8为对应角度的螺距值。

所述的固定螺距圆柱螺纹编程公式的确定方法，如下：

由图2可以得出：

L＝COS β*DIAM/2+DIAM/2 (1)

式中，L为任意角度相对于零件上端面最低点的水平距离；

β为任意角度；

DIAM为零件的直径；

假设零件的倾斜角为2.5°，则有tan2.5°＝Z/L＝HIGH/DIAM，由此得出公式(2)：

Z/L＝HIGH/DIAM (2)

式中，Z为任意角度相对于零件上端面最低点的高度值；

HIGH为零件端面的高度差；

由公式(2)可得：

Z＝HIGH/DIAM*L (3)

将公式(1)带入公式(3)，可得任意角度的高度值公式(4)：

Z＝(COS β*DIAM/2+DIAM/2)*HIGH/DIAM (4)

如图2所示，β正好对应角度5位置的高度值，设为变量R3：

R3＝(COS β*DIAM/2+DIAM/2)*HIGH/DIAM (5)

假设以6°为单位进行圆周分度，得到下一个角度4位置的高度值，设为变量R4：

R4＝〔COS(β-6)*DIAM/2+DIAM/2)*HIGH/DIAM (6)

将这两个角度的高度值相减，得到任意相邻两个角度之间的高度差，将这个高度差乘以圆周均分数量R6，得到变量R5，R5将作为螺距的一部分，由于螺距值为正值，所以对两个角度之间的高度差取绝对值；

R5＝|R3-R4|×R6 (7)

在固定螺距圆柱螺纹编程方式的车加工中，连续两圈之间还存在一个固定螺距值，设为K1，在实际加工中，这个值需要根据相关工艺要求设定，一般在0.05～0.3mm之间选取，将这个固定螺距值按照与前面所述的相同的分度方式，分解到每个角度的坐标值上，得出任意角度R2处的固定螺距值R7：

R7＝K1/360*R2 (8)

将R7与R5相加，得到任意角度处的螺距值大小R8：

R8＝R5+R7＝|R3-R4|×R6+K1/360*R2 (9)

设零件上端面最低点的高度值为HIGH2，车加工的圈数为R1，可以得出整个表面加工过程中任意一圈、任意角度上的Z轴高度值：

Z＝HIGH2+R3-JIDAO*R1-JIDAO/360*R2 (10)

将螺距值和高度值带入固定螺距圆柱螺纹编程方式的加工公式，得出：

G33 Z＝HIGH2+R3-JIDAO*R1-JIDAO/360*R2 K＝R8 (11)。

步骤四：根据步骤三中得出的固定螺距圆柱螺纹编程公式，实现每一段位置的螺纹段加工，再通过循环编程功能，如西门子FOR循环功能，将整个圆周所有螺纹段依次连接起来，实现倾斜表面形状轨迹的整圈螺纹加工，即单圈螺纹加工；螺纹车加工从最高点开始，至最高点结束。

步骤五：将加工表面的高度值除以每两圈之间的螺距值，得到需要加工的螺纹圈数，通过在上述单圈螺纹加工循环的外面再增加若干个循环，完成零件整个圆周外表面的车加工，所述循环的个数与需要加工的螺纹圈数相同。

步骤六：采用复式螺纹起始点偏移指令来消除理论编程螺纹起始角度与零件在车床上实际位置的角度差，实现零件的角向确定，如西门子系统的SF＝；在零件装夹后，将零件最高点位置相对车床默认螺纹零度之间的角度差找出，输入到程序SF＝中，

G33 Z＝HIGH2+R3-JIDAO*R1-JIDAO/360*R2 K＝R8SF＝。

步骤七：零件的外圆直径和加工余量的调整通过设定螺纹不同半径的方式进行。

步骤八：加工完成螺纹圈数后，快速退刀。