一种使用混合加工轨迹的渐进成形方法

摘要

本发明公开了一种使用混合加工轨迹渐进成形方法，用于解决单一渐进成型加工过程中存在的效率与质量无法并重的问题。技术方案主要步骤为：(1)建立制品三维几何模型，并生成连续接触渐进成形加工轨迹；(2)设所采用板料的成形极限角为α，为确保加工安全，将制品上侧壁倾角大于α‑n°的部分的工具路径变为波动轨迹；再生成锤击式渐进成形轨迹；(3)以相邻两个波谷的工具轨迹点连线为转轴，将两波谷之间的轨迹点绕该转轴旋转一定角度；(4)以数控机床或专用渐进成形机可识别的格式输出多向锤击式渐进成形的波动加工轨迹；(5)成形工具按步骤(4)所述的加工轨迹进行混合加工轨迹的渐进成形。

权利要求

1.一种使用混合加工轨迹渐进成形方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立制品三维几何模型，并生成连续接触渐进成形加工轨迹；

(2)设所采用板料的成形极限角为α，为确保加工安全，将制品上侧壁倾角大于α-n的部分的工具路径变为波动轨迹；

将波动轨迹区域的加工轨迹以满足一定成形精度的离散点输出，竖向上引入正弦波动，生成锤击式渐进成形轨迹；

(3)根据制品在侧壁倾角大于α-n的部分的实际倾角和所采用的板料的成形性能，以相邻两个波谷的工具轨迹点连线为转轴，将两波谷之间的轨迹点绕该转轴旋转一定角度；

(4)以数控机床或专用渐进成形机可识别的格式输出多向锤击式渐进成形的波动加工轨迹；

(5)成形工具按步骤(4)所述的加工轨迹进行混合加工轨迹的渐进成形。

2.根据权利要求1所述的使用混合加工轨迹渐进成形方法，其特征在于，步骤(1)中，采用三维CAD/CAM软件进行建立制件三维几何模型。

3.根据权利要求1所述的使用混合加工轨迹渐进成形方法，其特征在于，步骤(2)中，锤击式渐进成形轨迹的锤击角为90°。

4.根据权利要求1所述的使用混合加工轨迹渐进成形方法，其特征在于，步骤(2)中，n的取值范围是5°-20°。

5.根据权利要求1所述的使用混合加工轨迹渐进成形方法，其特征在于，步骤(2)中，n为10°。

6.根据权利要求1所述的使用混合加工轨迹渐进成形方法，其特征在于，进行步骤(5)之前，确保制品的几何中心与夹具的结合中心重合。

说明书

一种使用混合加工轨迹的渐进成形方法

技术领域

[0001] 本发明涉及板材加工相关技术领域，特别是涉及一种使用混合加工轨迹的渐进成形方法。

背景技术

[0002] 板料渐进成形技术中，不需要模具或仅需部分模具，仅需成形工具按数控刀路轨迹前进，对板料逐点下压即可成形任意形状制品，适用于壳状零件的试制、个性化定制和小批量生产，因而受到广泛的关注和研究。

[0003] 渐进成形过程中，如果工具和板料始终保持接触，则可称为连续接触式渐进成形。若成形过程中，工具在沿加工轨迹移动的同时，不断抬起和落下，与板料进行周期性的接触，则称之为锤击式渐进成形。

[0004] 就渐进成形性能角度而言，锤击式渐进成形过程中，因为可以通过不断的调整锤击方向和锤击力度来控制板料局部的变形，从而控制制件局部的厚度。

[0005] 而连续接触式渐进成形的成形效率更高，但是由于没有锤击过程，板料不存在沿锤击方向的局部变形，又因为通常选用的成形工具多是球头工具，工具轴向变化不会对板料变形产生影响，因而无法有效克服现有渐进成形板厚主要由成形角决定的问题。

[0006] 现有技术中，已经存在部分关于渐进成型方向的相关研究。例如，申请号为 2012103390058的中国专利文献提供了一种板料点压渐进成形锥台形零件的方法，成形工具头对板料逐点顶压而成形零件，板料在受一次顶压动作后，成形工具头周围的板料产生局部变形，主要变形方向与成形工具头顶压方向相同，这个方向的变形是成形零件需要的；
同时局部的变形还包括沿零件周向的变形，周向变形在成形工具两侧等量反向，这个变形是零件成形不需要的，但是由于同时产生等量反向的变形，且相邻的局部变形区域之间的周向变形会相互抑制，不会向同一个方向叠加，成形后的零件就不会产生周向的扭曲变形。
该方案中，通过对零件进行逐渐顶压，实现最终加工目的，但是其实质依然是锤击式渐进成形。

[0007] 从加工效率角度对比两种渐进成形工艺时，锤击式渐进成形由于加工轨迹明显长于连续接触式渐进成形，因此加工效率明显降低。但是在制品的加工过程中，若全部采用连续接触式渐进成形则，常出现工件陡峭局部难以一次成功成形的问题；若全部采用锤击式渐进成形，则整个制品的加工效率明显底下。

[0008] 综上所述，现有技术中对于如何实现板材高效高质量进行加工的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

[0009] 为了解决现有技术中存在的渐进成形加工过程中存在的质量与效率无法兼顾的不足，本发明提供了一种使用混合加工轨迹的渐进成形方法。本发明充分利用两种渐进成形工艺的优点，达到兼顾板料的成形性能和加工效率的目的，还能够推动渐进成形技术得到更为广泛的应用。

[0010] 本发明采用如下技术方案：

[0011] 一种使用混合加工轨迹渐进成形方法，包括以下步骤：

[0012] (1)建立制品三维几何模型，并生成连续接触渐进成形加工轨迹；

[0013] (2)设所采用板料的成形极限角为α，为确保加工安全，将制品上侧壁倾角大于α-n 的部分的工具路径变为波动轨迹；

[0014] 将波动轨迹区域的加工轨迹以满足一定成形精度的离散点输出，竖向上引入正弦波动，生成锤击式渐进成形轨迹；

[0015] (3)根据制品在侧壁倾角大于α-n的部分的实际倾角和所采用的板料的成形性能，以相邻两个波谷的工具轨迹点连线为转轴，将两波谷之间的轨迹点绕该转轴旋转一定角度；

[0016] (4)以数控机床或专用渐进成形机可识别的格式输出多向锤击式渐进成形的波动加工轨迹；

[0017] (5)成形工具按步骤(4)所述的加工轨迹进行混合加工轨迹的渐进成形。

[0018] 上述的方法中，优选的是，步骤(1)中，采用三维CAD/CAM软件进行建立制件三维几何模型。

[0019] 上述的方法中，优选的是，步骤(2)中，锤击式渐进成形轨迹的锤击角为90°。

[0020] 上述的方法中，优选的是，步骤(2)中，n的取值范围是5°-20°。

[0021] 上述的方法中，优选的是，步骤(2)中，n为10°。

[0022] 上述的方法中，优选的是，进行步骤(5)之前，确保制品的几何中心与夹具的结合中心重合。

[0023] 现有技术中，通常采用的连续接触式渐进成形技术，难以克服板料的成形极限角限制。当制品中出现局部陡峭，即成形角大的位置时，板料因局部厚度过薄而容易产生破裂。

[0024] 通常的解决方法是采用多道次的渐进成形，通过多次“从顶至底”和“从底至顶”来逐次调整板厚。但多道次渐进成形大幅增加了成形时间，且中间过程难以合理控制。

[0025] 采用多向锤击式渐进成形可以突破成形极限角的限制，单道次即可成形侧壁倾角大的区域，但却存在总加工时间过长的缺点。

[0026] 本发明的有益效果在于：

[0027] 采用混合加工轨迹渐进成形方法，在制品的陡峭处采用多向锤击式渐进成形，在其余较平缓的区域采用普通了连续锤击式渐进成形，达到了兼顾板料的成形性能和加工效率的目的。

[0028] 由于本发明中所述多向锤击渐进成形是通过数控编程的方法，将刀路轨迹编制为波动轨迹来实现工具的多向锤击动作，因此可以和普通的接触式渐进成形顺利衔接，不需要额外的工序与装备，仅需在三轴数控铣床和专用渐进成形机上即可实现，实施方便，板料的成形性能好，成形效率高，有助于推动渐进成形技术得到更为广泛的应用。

附图说明

[0029] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

[0030] 图1为混合加工轨迹渐进成形方法的加工轨迹生成流程的示意图。

具体实施方式

[0031] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0032] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0033] 实施例1：正如背景技术所介绍的，现有技术中存在连续接触式加工成型工件陡峭局部难以加工，锤击式渐进成型加工效率低下的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种使用混合加工轨迹的渐进成形方法。在结合具体软件及材料规格的情况下，其主要过程包括：

[0034] (1)用UGNX8.0建立变角度圆锥杯的三维CAD模型，锥杯母线为圆弧线，半径为100m，锥杯开口尺寸为100mm，角度的变化范围为20°～90°。用加工模块，生成连续接触式渐进成形的加工轨迹；

[0035] (2)确定两种渐进成形加工轨迹的实施区域。由于本实施例中所采用的板料厚度为1mm 的工业纯铝1060板，其成形极限角为70°左右，因此开口部分，侧壁倾角为20°～60°的部分，依然采用连续接触式渐进成形，不需变为波动的工具加工轨迹。而侧壁倾角为60°～90°的底部区域，则采用多向锤击式渐进成形，需变换工具的加工轨迹为波动轨迹；

[0036] (3)生成多向锤击式渐进成形部分的加工轨迹。将底部区域的加工轨迹以0.02mm的成形精度的离散点输出。设定每个波长应满足轨迹点的个数为24个，通过Lagrange线性插值法对前述离散加工轨迹点进行插值，获得新的加工轨迹点；

[0037] 在竖直方向上，引入正弦波动，选择正弦波长λ为0.5mm，振幅A为0.5mm，工具的水平进给速度v为300mm/min。生成锤击角为90°的锤击式渐进成形轨迹。以相邻两个波谷的工具轨迹点连线为转轴，将两波谷之间的轨迹点绕该转轴旋转45°，并生成新的刀路轨迹；

[0038] (4)以数控机床或专用渐进成形机可识别的格式输出渐进成形的波动加工轨迹；

[0039] (5)采用厚度为1mm的工业纯铝1060板，将板料下料成240×240mm，使板料的几何中心与成形夹具的几何中心重合，压住板料四周15mm装夹；

[0040] 加工工具在机床的控制下按照步骤(4)生成的波动轨迹数据进行逐点渐进成形。

[0041] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明 。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明 的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。