CN112091234A - 圆弧面的数控切削方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆弧面的数控切削方法，包括：获取加工参数和待加工的圆弧面的尺寸参数；根据加工参数和尺寸参数利用曲面方程计算得出切削路径；控制刀具按照切削路径切削工件以形成圆弧面。本发明有效地解决了圆弧面加工成本较高的问题，通过编制程序以实现数控龙门铣床对圆弧面进行自动切削，突破了设备限制的同时仍能满足圆弧面的加工精度和加工效率的要求，且通用性好，能够适用于不同尺寸的圆弧面。
Description
技术领域
本发明涉及工件加工领域，特指一种圆弧面的数控切削方法。
背景技术
目前，盾构法施工已成为最主流的地下施工方法和手段，在盾构法施工中需要将环形管片拼接成整条地下隧道，因此管片的进度直接影响到隧道的施工质量，在隧道施工前需要大批量制造这种管片，管片的制造方法一般是利用金属模具浇筑而成。
模具的总体设计方案是以底座为基准，在底座的侧部设置侧板和端板，因此底座的加工精度直接影响到管片的成型质量，底座具有一个圆弧面，目前对大直径圆弧面通常只能在数控立车上加工，加工成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种圆弧面的数控切削方法，解决了圆弧面加工成本较高的问题，通过编制程序以实现数控龙门铣床对圆弧面进行自动切削，突破了设备限制的同时仍能满足圆弧面的加工精度和加工效率的要求，且通用性好，能够适用于不同尺寸的圆弧面。
实现上述目的的技术方案是：
本发明提供了一种圆弧面的数控切削方法，包括如下步骤：
S11.获取加工参数和待加工的圆弧面的尺寸参数；
S12.根据加工参数和尺寸参数利用曲面方程计算得出切削路径；
S13.控制刀具按照切削路径切削工件以形成圆弧面。
本发明采用圆弧面的数控切削方法，通过根据加工参数和待形成的圆弧面的尺寸参数利用曲面方程计算得出切削路径，并控制刀具按照切削路径切削工件以形成圆弧面，即根据不同尺寸的圆弧面，只需输入对应的加工参数和尺寸参数即可，机床就能自动切削形成圆弧面，通用性好，解决了圆弧面加工精度较低的问题，能够实现数控机床对圆弧面进行自动切削，提升了圆弧面的加工精度，还提升了加工效率，且通用性好，能够适用于不同尺寸的圆弧面。
本发明圆弧面的数控切削方法的进一步改进在于，还包括：
建立原点O与圆弧面的圆心相重合的XYZ坐标系，且该XYZ坐标系的Z轴沿圆弧面的法向设置，X轴沿圆弧面的切向设置，Y轴沿圆弧面的宽度方向设置，该曲面方程为：
X＝(R+L)sinα；
Z＝(R+L)cosα；
其中，X为X轴的坐标值，Z为Z轴的坐标值，R为待加工的圆弧面的半径，L为操作点的高度，α为刀具与Z轴之间的夹角；
将刀具与Z轴的夹角代入曲面方程中以得出刀具的坐标。
本发明圆弧面的数控切削方法的进一步改进在于，该刀具固定于数控机床的B轴，该操作点的高度为刀具靠近待加工的工件的一端至B轴的轴心的距离。
本发明圆弧面的数控切削方法的进一步改进在于，该加工参数包括刀具位于起始位置时与Z轴的夹角、刀具与Z轴间夹角的角度增量、刀具位于结束位置时与Z轴的夹角、安全高度、刀具在Y轴方向的走刀距离。
本发明圆弧面的数控切削方法的进一步改进在于，形成切削路径时，还包括：
将刀具位于起始位置时与Z轴的夹角代入曲面方程以得出起始位置的坐标值；
将刀具位于结束位置时与Z轴的夹角代入曲面方程以得出结束位置的坐标值；
根据刀具在Y轴的走刀距离和刀具与Z轴间夹角的角度增量生成刀具自起始位置至结束位置的切削路径。
本发明圆弧面的数控切削方法的进一步改进在于，该刀具的切削路径为沿XYZ坐标系的Y轴方向来回切削。
本发明圆弧面的数控切削方法的进一步改进在于，切削时，还包括：
根据刀具与Z轴间的夹角并利用曲面方程计算得到刀具的坐标；
将刀具的坐标与结束位置的坐标进行比对，若刀具的坐标与结束位置的坐标相同，则停止切削，若刀具的坐标与结束位置的坐标不同，则继续切削。
本发明圆弧面的数控切削方法的进一步改进在于，还包括：
每当刀具在Y轴方向走过设定走刀距离后，计算刀具的坐标，并将该刀具的坐标与结束位置的坐标进行比对。
本发明圆弧面的数控切削方法的进一步改进在于，该尺寸参数包括圆弧面的半径、圆弧面的宽度和圆弧面的截面弧长。
附图说明
图1为本发明圆弧面的数控切削方法的流程图。
图2为本发明圆弧面的数控切削方法的实施方式示意图。
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。
参阅图1，本发明提供了一种圆弧面的数控切削方法，通过根据加工参数和待形成的圆弧面的尺寸参数利用曲面方程计算得出切削路径，并控制刀具按照切削路径切削工件以形成圆弧面，即根据不同尺寸的圆弧面，只需输入对应的加工参数和尺寸参数即可，机床就能自动切削形成圆弧面，通用性好，解决了圆弧面加工精度较低的问题，能够实现数控机床对圆弧面进行自动切削，提升了圆弧面的加工精度，还提升了加工效率，且通用性好，能够适用于不同尺寸的圆弧面。下面结合附图对本发明圆弧面的数控切削方法进行说明。
参阅图1，图1为本发明圆弧面的数控切削方法的流程图。下面结合图1，对本发明圆弧面的数控切削方法进行说明。
如图1和图2所示，本发明圆弧面的数控切削方法，包括如下步骤：
执行步骤S11.获取加工参数和待加工的圆弧面的尺寸参数；接着执行步骤S12
执行步骤S12.根据加工参数和尺寸参数利用曲面方程计算得出切削路径；接着执行步骤S13
执行步骤S13.控制刀具按照切削路径切削工件以形成圆弧面。
具体的，该刀具固定于数控机床的B轴11，该操作点的高度为刀具111靠近待加工的工件的一端至B轴11的轴心的距离。
较佳地，该尺寸参数包括圆弧面21的半径、圆弧面21的宽度和圆弧面21的长度。
作为本发明的一较佳实施方式，还包括：
建立原点O与圆弧面的圆心相重合的XYZ坐标系，且该XYZ坐标系的Z轴沿圆弧面的法向设置，X轴沿圆弧面的切向设置，Y轴垂直于X轴和Z轴且沿圆弧的宽度方向设置，该曲面方程为：
X＝(R+L)sinα；
Z＝(R+L)cosα；
其中，X为X轴的坐标值，Z为Z轴的坐标值，R为待加工的圆弧面的半径，L为操作点的高度，α为刀具与Z轴之间的夹角；
将刀具与Z轴的夹角代入曲面方程中以得出刀具的坐标。
具体的，该加工参数包括刀具111位于起始位置时与Z轴的夹角、刀具与Z轴间夹角的角度增量、刀具位于结束位置时与Z轴的夹角、安全高度、刀具在Y轴方向的走刀距离。
进一步的，形成切削路径时，还包括：
将刀具位于起始位置时与Z轴的夹角代入曲面方程以得出起始位置的坐标值；
将刀具位于结束位置时与Z轴的夹角代入曲面方程以得出结束位置的坐标值；
根据刀具在Y轴的走刀距离和刀具与Z轴间夹角的角度增量生成刀具自起始位置至结束位置的切削路径。
较佳地，该刀具111的切削路径为沿XYZ坐标系的Y轴方向来回切削。
进一步的，切削时，还包括：
根据刀具111与Z轴间的夹角并利用曲面方程计算得到刀具111的坐标；
将刀具111的坐标与结束位置的坐标进行比对，若刀具111的坐标与结束位置的坐标相同，则停止切削，若刀具111的坐标与结束位置的坐标不同，则继续切削。
较佳地，还包括：
每当刀具111在Y轴方向走过设定走刀距离后，计算刀具111的坐标，并将该刀具111的坐标与结束位置的坐标进行比对。
本发明的具体实施方式如下：
建立原点O与圆弧面的圆心相重合的XYZ坐标系，如图2所示，并建立曲面方程，以建立坐标值与刀具和Z轴间夹角的关系式，从而根据刀具和Z轴间的夹角可计算出刀具所在位置的坐标值；
生成刀具的切削路径，根据输入的刀具的起始位置与Z轴的夹角和刀具的结束位置与Z轴的夹角得出起始位置和结束位置的坐标值，并根据刀具于Z轴间夹角的角度增量、安全高度和刀具在Y轴方向的走刀距离生成刀具自起始位置至结束位置的切削路径，该刀具的切削路径为沿Y轴方向来回移动的方式进行切削，即刀具从起始位置沿Y轴走过设定距离，此时B轴向靠近或远离Z轴的方向带动刀具转动设定角度，进而刀具再沿Y轴反向移动设定距离，如此往复运动直至刀具移动至结束位置；
切削时，控制刀具移动至起始位置，并按照切削路径开始切削，且每当刀具在Y轴走过设定距离后利用曲面方程计算得出刀具的坐标值，并将该坐标值与结束位置的坐标值进行比对，若不一致则自动计算下一个反向目标点位坐标并执行动作以继续切削，循环直至刀具的坐标值与结束位置的坐标值一致，停止切削。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种圆弧面的数控切削方法，其特征在于，包括如下步骤：
S11.获取加工参数和待加工的圆弧面的尺寸参数；
S12.根据所述加工参数和尺寸参数利用曲面方程计算得出切削路径；
S13.控制刀具按照所述切削路径切削工件以形成圆弧面。
2.如权利要求1所述的圆弧面的数控切削方法，其特征在于，还包括：
建立原点O与所述圆弧面的圆心相重合的XYZ坐标系，且所述XYZ坐标系的Z轴沿所述圆弧面的法向设置，X轴沿所述圆弧面的切向设置，Y轴沿所述圆弧面的宽度方向设置，所述曲面方程为：
X＝(R+L)sinα；
Z＝(R+L)cosα；
其中，X为X轴的坐标值，Z为Z轴的坐标值，R为待加工的圆弧面的半径，L为操作点的高度，α为刀具与Z轴之间的夹角；
将所述刀具与所述Z轴的夹角代入所述曲面方程中以得出所述刀具的坐标。
3.如权利要求1所述的圆弧面的数控切削方法，其特征在于，所述刀具固定于数控机床的B轴，所述操作点的高度为所述刀具靠近待加工的工件的一端至所述B轴的轴心的距离。
4.如权利要求2所述的圆弧面的数控切削方法，其特征在于，所述加工参数包括所述刀具位于起始位置时与Z轴的夹角、所述刀具与Z轴间夹角的角度增量、所述刀具位于结束位置时与Z轴的夹角、安全高度、所述刀具在Y轴方向的走刀距离。
5.如权利要求4所述的圆弧面的数控切削方法，其特征在于，形成所述切削路径时，还包括：将刀具位于起始位置时与Z轴的夹角代入所述曲面方程以得出所述起始位置的坐标值；
将刀具位于结束位置时与Z轴的夹角代入所述曲面方程以得出所述结束位置的坐标值；
根据刀具在Y轴的走刀距离和刀具与Z轴间夹角的角度增量生成所述刀具自所述起始位置至所述结束位置的切削路径。
6.如权利要求5所述的圆弧面的数控切削方法，其特征在于，所述刀具的切削路径为沿所述XYZ坐标系的Y轴方向来回切削。
7.如权利要求6所述的圆弧面的数控切削方法，其特征在于，切削时，还包括：
根据所述刀具与所述Z轴间的夹角并利用所述曲面方程计算得到所述刀具的坐标；
将所述刀具的坐标与所述结束位置的坐标进行比对，若所述刀具的坐标与所述结束位置的坐标相同，则停止切削，若所述刀具的坐标与所述结束位置的坐标不同，则继续切削。
8.如权利要求7所述的圆弧面的数控切削方法，其特征在于，还包括：
每当所述刀具在Y轴方向走过设定走刀距离后，计算所述刀具的坐标，并将所述刀具的坐标与所述结束位置的坐标进行比对。
9.如权利要求1所述的圆弧面的数控切削方法，其特征在于，所述尺寸参数包括所述圆弧面的半径、所述圆弧面的宽度和所述圆弧面的截面弧长。
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