车铣加工系统及车铣加工工艺

摘要

本发明涉及一种车铣加工系统及车铣加工工艺，车铣加工系统包括：工作台，所述工作台设置有第一驱动机构；旋转台，设置在所述工作台上且与所述第一驱动机构连接，所述旋转台具有用于固定待加工工件的工位，所述第一驱动机构驱动所述旋转台在所述工作台上旋转并带动工件水平旋转；刀具组件，设置在所述工作台的上方，包括刀具及与所述刀具连接的第二驱动机构。第一驱动机构驱动旋转台带动工件在做水平旋转并在水平方向做直线移动，而刀具在曲面加工过程中是做上下移动的，在上下移动的过程中对工件进行切削，使工件边角和边缘形成相应的曲面，工艺简单，工序少、耗时少。

说明书

技术领域

本发明涉及车铣加工领域，特别是涉及一种车铣加工系统及车铣加工工艺。

背景技术

铝合金或类铝合金外壳因其加工方便，灵活性高，档次较高，可有效提高 产品附加值，得以在电子行业得到广泛运用，比如加工成手机外壳，平板电脑 外壳等。传统的CNC加工方法，工件固定在机床上，机床上方的刀具绕待加工 的工件一周，进行边角及边缘曲面的切削加工，再进行表面加工，即抛光处理， 如此才能达到相应的品质需求，其加工单个工件需要约15分钟的时间，耗时较 长，且工序多，难以适应现今对大量工件快速加工的需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种加工效率高、工序简单的车铣加工系统及车铣加 工工艺。

一种车铣加工系统，包括：

工作台，所述工作台设置有第一驱动机构；

旋转台，设置在所述工作台上且与所述第一驱动机构连接，所述旋转台具 有用于固定待加工工件的工位，所述第一驱动机构驱动所述旋转台在所述工作 台上旋转并带动工件水平旋转；

刀具组件，设置在所述工作台的上方，包括刀具及与所述刀具连接的第二 驱动机构，所述第二驱动机构用于驱动所述刀具在竖直方向上上下移动以及用 于驱动所述刀具在水平面内移动，所述刀具通过所述旋转台带动工件的旋转以 及所述第二驱动机构驱动所述刀具在水平面内和竖直方向上的移动的配合，实 现对工件的曲面加工。

在其中一个实施例中，还包括控制终端，所述控制终端分别与所述第一驱 动机构、第二驱动机构连接，用于控制所述第一驱动机构带动所述旋转台在所 述工作台上旋转与做水平直线移动、控制所述第二驱动机构带动所述刀具的上 下移动及在水平面内的移动。

在其中一个实施例中，所述第一驱动机构驱动所述旋转台并带动工件绕工 件待加工区域的几何中心所在竖直轴水平旋转。

在其中一个实施例中，所述刀具的刀刃为变径设置。

一种车铣加工工艺，包括步骤：

提供待加工的工件；

将工件固定于所述旋转台上的工位，并且使工件的待加工面凸出于所述旋 转台；

建立三维坐标系O-XYZ，Z轴为通过工件待加工区域的几何中心的竖直 轴，X、Y轴为相互垂直的水平方向轴，在所述控制终端输入模型工件的各项参 数，根据输入的各项参数计算工件的顶部及边缘曲面对应的Z轴坐标值，得到 刀具在不同位置沿Z轴的加工深度；

设定所述刀具的变径速率、旋转台的转动频率，使所述刀具以所述工件待 加工区域的几何中心为原点呈螺旋轨迹加工所述工件，所述刀具依据各加工点 在三维坐标系O-XYZ内的坐标值，在螺旋加工轨迹的XY轴坐标值对应的不同 加工点变换所述刀具在Z轴的加工深度以对所述工件的顶面与边缘曲面进行车 铣加工。

在其中一个实施例中，对工件的顶面车铣加工，包括：

第二驱动机构驱动所述刀具沿X轴移动，第一驱动机构驱动所述旋转台沿 Y轴移动，使刀具定位于工件待加工区域的几何中心位置，第二驱动机构驱动 所述刀具在工件顶面上做水平移动以逐步增大加工半径的同时，第一驱动机构 驱动旋转台，带动工件绕Z轴水平旋转，以实现对工件顶面的车铣加工，此时， 所述刀具在Z轴的加工深度不变。

在其中一个实施例中，当所述刀具的加工半径增大至工件的边缘时，同时 对工件的部分顶面与边缘曲面加工，包括：

第一驱动机构驱动所述旋转台，并带动工件绕Z轴旋转，第二驱动机构依 据所述工件部分顶面与边缘曲面各加工点的Z轴坐标驱动所述刀具沿Z轴上下 移动以使刀具依据不同加工深度快速地提刀沉刀；所述第一驱动机构驱动所述 旋转台并带动工件旋转的同时，所述第二驱动机构驱动所述刀具逐步加大加工 半径直至加工完成所述工件的全部顶面与边缘曲面。

在其中一个实施例中，对工件的边缘进行曲面加工的过程中，在工件水平 转动时，所述第二驱动机构根据得到的加工轨迹确定对应的Z轴坐标值，以使 刀具对边缘曲面加工时实时改变刀具的加工深度。

在其中一个实施例中，在加工所述工件的顶面与边缘曲面之前，还包括对 所述工件的四个边角的加工，包括：

控制所述第二驱动机构带动刀具移动至工件的一个边角的第一加工位置外 侧，控制所述第一驱动机构驱动旋转台，带动工件绕工件的竖直轴旋转的同时， 控制所述第二驱动机构依据所述工件的四个边角位置处不同加工点对应的Z轴 加工深度带动所述刀具上下移动；所述第二驱动机构同时驱动所述刀具逐步减 小加工半径直至完成预定的工件的四个边角的曲面加工。

在其中一个实施例中，所述第二驱动机构带动刀具移动至所述第一加工位 置时，所述刀具的切削加工半径等于工件顶面的对角线长度的二分之一。

本发明的车铣加工系统及车铣加工工艺，第一驱动机构驱动旋转台带动工 件在做水平旋转，而刀具在曲面加工过程中是做上下移动的，在上下移动的过 程中对工件进行切削，使工件边角和边缘形成相应的曲面，第一驱动机构带动 工件及第二驱动机构驱动刀具的配合，实现工件复杂曲面的加工及车铣加工， 工艺简单，工序少、耗时少；采用高频上下移动的刀具，其在工件旋转的过程 中，可快速地对工件进行曲面加工，整个加工效率至少提高五倍，能满足对大 量工件快速加工的需求，加工后的工件其表面粗糙度和表面轮廓度都大大减小， 工件表面达到超精磨的品质，曲面轮廓与标准轮廓的误差也大大减小。

附图说明

图1为本发明车铣加工系统实施例的结构示意图；

图2为车铣加工工艺的流程框图；

图3为刀具对工件进行抛光处理时的过程变化图；

图4为工件示意图；

图5为图4中A部的局部放大图；

图6为工件横截面示意图；

图7为工件的一个边角加工的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。 附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来 实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是 使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接 连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“左”、“右” 以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用 的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明提供的车铣加工系统，包括工作台10、旋转台100及 刀具组件(图未示)；为便于描述，在车铣按加工系统中定义了如图1所示的三 维坐标系，Z轴为通过工件20的几何中心的竖直轴210，X、Y轴为水平轴且相 互垂直；工作台10设置有第一驱动机构(图未示)；旋转台100设置在工作台 10上，第一驱动机构与旋转台100连接，用于驱动旋转台100在工作台上做水 平旋转，旋转台100具有用于固定待加工工件20的工位。工件20可以是铝合 金外壳或类铝合金外壳，比如手机外壳，对工件的顶面及上部分车铣加工，工 件的下部分被旋转台夹住固定，加工后的成品其上部分的侧面的曲面皆向内倾 斜，如图6所示；刀具组件包括刀具及与刀具连接的第二驱动机构(图未示)， 刀具及第二驱动机构皆设置在工作台10的上方，第二驱动机构用于驱动刀具在 Z轴方向上移动以及用于驱动刀具在水平面内沿X轴移动，刀具通过第一驱动 机构驱动旋转台100带动工件20在水平面内旋转以及第二驱动机构驱动刀具在 水平面内沿X轴和Z轴移动的配合，实现对工件20的曲面加工。

具体的，车铣加工系统还包括控制终端30，该控制终端30分别与第一驱动 机构、第二驱动机构连接，用于控制第一驱动机构带动旋转台100在工作台10 上旋转与沿Y轴做水平直线移动移动、控制第二驱动机构带动刀具的上下移动 及在水平面内的X轴移动。控制终端30控制各驱动机构的旋转频率及部件的行 走路径。

旋转台100包括一支撑板120、固定设置在支撑板上的驱动电机130、与驱 动电机连接的旋转块110，旋转块110的顶面设置有用于固定工件的锁紧件，锁 紧件形成工位，支撑板120可在工作台10上沿Y轴移动，驱动电机130驱动旋 转块110水平旋转，从而带动工件20绕Z轴水平旋转。

在一实施例中，第一驱动机构驱动旋转台100在水平面内沿Y轴方向运动， 而第二驱动机构驱动刀具在水平面内的X轴移动，从而使刀具定位于预定的工 件20需要加工区域的几何中心位置，从而开始对工件顶面进行车铣加工。旋转 台100在Y轴的移动只用于确定不同型号的工件的几何中心，而在加工的过程 中旋转台100在Y轴方向是固定不动的。

在一实施例中，第一驱动机构包括两个驱动机构，一个用以驱动所述旋转 台100的旋转，另一个用于驱动旋转台100在Y轴方向的移动；第二驱动机构 控制所述刀具在X轴移动的同时，也用于控制所述刀具的自转。

在一实施例中，第一驱动机构驱动旋转台100并带动工件20绕工件20待 加工区域的几何中心210所在竖直轴水平旋转，也就是说，在进行工件20的曲 面加工时，工件20是绕工件20待加工区域的几何中心210所在竖直轴旋转， 而刀具进行曲面加工的过程中有上下移动，以实现边角复杂曲面的加工及边缘 曲面的加工。

采用的刀具上的刀刃可以为变径设置，对工件20顶部端面进行车铣处理时， 要变换刀具的切削半径。

较好的，第二驱动机构驱动刀具的上下移动的频率大于或等于400次/分钟， 以实现刀具对工件20的曲面加工，使得曲面加工和整个工件20加工的时间都 大大地减小，提高了数倍的工作效率，能非常好地适应于当前对大量工件20加 工的需求。

采用本发明的车铣加工系统，加工后的工件20其表面粗糙度大大减小，能 达到超精磨或抛光的品质，其表面轮廓度也大大减小，与标准曲面的误差也大 大减小。

请参阅图2，本发明提供的车铣加工工艺，包括步骤：

S100、提供待加工的工件20，工件20可以是铝合金外壳或类铝合金外壳， 比如待加工的铝合金手机外壳。

S200、将工件20固定于旋转台100上的工位，并且使工件20的待加工面 凸出于旋转台100，工件20的顶面与水平面平行。

S300、开始加工前，先构建三维坐标模型O-XYZ，Z轴为通过工件待加工 区域的几何中心的竖直轴，X、Y轴为相互垂直的水平方向轴，可以以刀具在工 件20的待加工区域的几何中心210的正上方的一个位置为坐标系的原点O。当 要对其它规格的工件20进行曲面车铣加工时，需要在控制终端30改动上述参 数。在控制终端输入模型工件的各项参数，根据输入的各项参数计算工件的的 顶部及边缘曲面对应的Z轴坐标值，得到刀具在不同位置沿Z轴的加工深度。 例如输入模型工件的尺寸、曲面的曲率等，依据各参数计算出在三维坐标系中， XY平面上不同加工点对应的Z轴坐标值。顶面加工过程中，工件20顶面对应 的Z轴坐标值相同，而在曲面加工过程中，工件20边缘的曲面因曲率不同对应 不同的Z轴坐标值，Z轴坐标值表示了刀具加工在Z轴上加工的深度。

S400、设定刀具的变径速率、旋转台的转动频率，使刀具以工件待加工区 域的几何中心为原点呈螺旋轨迹加工工件，刀具依据各加工点在三维坐标系 O-XYZ内的坐标值，在螺旋加工轨迹的XY轴坐标值对应的不同加工点变换刀 具在Z轴的加工深度以对工件的顶面与边缘曲面进行车铣加工。刀具的变径速 率为刀具在X轴方向的移动速率(即加工半径变化速率)，刀具通过旋转台100 带动工件20的旋转以及第二驱动机构驱动刀具的配合，实现对工件20的顶面 与曲面的车铣加工。

S410、如图3所示，对工件20的顶面进行车铣加工包括：第二驱动机构驱 动刀具沿X轴移动，第一驱动机构驱动旋转台100沿Y轴移动，使刀具定位于 工件待加工区域的几何中心位置，第二驱动机构驱动刀具在工件顶面上做水平 移动以逐步增大加工半径的同时，第一驱动机构驱动旋转台100，带动工件绕Z 轴水平旋转，以实现对工件20顶面的车铣加工，此时，刀具在Z轴的加工深度 不变。也就是说，在工件20旋转的同时，刀具沿X轴以一定的速度移动，使加 工半径逐渐变大。

当刀具的加工半径增大至工件的边缘时，同时对工件的部分顶面与边缘曲 面加工，步骤包括：

S420、第一驱动机构驱动旋转台100，并带动工件20绕Z轴旋转，第二驱 动机构依据工件20部分顶面与边缘曲面各加工点的Z轴坐标驱动刀具沿Z轴上 下移动，以使刀具依据不同加工深度快速地进行提刀和沉刀；第一驱动机构驱 动旋转台100并带动工件20旋转的同时，第二驱动机构驱动刀具逐步加大加工 半径直至加工完成加工20件的全部顶面与边缘曲面。对工件的边缘进行曲面加 工的过程中，在工件水平转动时，所述第二驱动机构根据得到的加工轨迹确定 对应的Z轴坐标值，以使刀具对边缘曲面加工时实时改变刀具的加工深度。

更为详细的，当刀具对工件20的加工半径移动至工件20的边缘时，第一 驱动机构驱动旋转台100，并带动工件20绕Z轴旋转，第二驱动机构驱动刀具 沿Z轴上下移动以改变刀具在工件20边缘曲面不同的加工深度，及加工点在Z 轴的不同坐标值；第一驱动机构驱动旋转台100并带动工件20旋转多次的同时， 第二驱动机构驱动刀具在水平面内沿X方向移动以改变加工半径，以实现工件 20不同位置的边缘的曲面加工，对边缘及部分顶面的加工，从上往下看，刀具 的加工轨迹也是呈螺旋形轨迹。

如图4所示，当旋转台100旋转至工件20的边缘21时，刀具沿加工轨迹 沿R运动至工件20边缘21时，且移动至边缘点E点时，此时刀具的加工深度 由加工轨迹R的所在水平面XY加工点的平面坐标确定Z轴坐标值，驱动刀具 在加工轨迹R的不同XY加工点上依据不同点的Z轴坐标值变更刀具的加工深 度，即沉刀动作；在刀具加工至加工轨迹R的最后一点F后，刀具悬空一段时 间，而后运动至同一边缘21的另一侧，以上述轨迹相反的动作进行提刀操作。

可以在加工完工件20的边角后，控制第二驱动机构驱动刀具在水平面沿X 轴移动，第一驱动机构驱动旋转台在水平面内沿Y轴移动，使刀具移动至工件 20的待加工区域的几何中心210的正上方，第二驱动机构驱动刀具在工件20顶 部端面进行车铣加工，同时刀具在水平面内沿X轴渐变移动，使加工轨迹呈螺 旋轨迹，以实现对工件20顶部端面的车铣加工。

在一实施例中，在加工工件20的顶面与边缘曲面之前，还包括对工件的四 个边角的加工，包括：

S500、控制第二驱动机构带动刀具移动至工件20的一个边角的第一加工位 置的外侧，控制第一驱动机构驱动旋转台100，带动工件20绕工件20的竖直轴 旋转的同时，控制第二驱动机构依据工件20的四个边角位置处不同加工点对应 的Z轴加工深度带动刀具上下移动；第二驱动机构同时驱动刀具逐步减小加工 半径直至完成预定的工件的四个边角的曲面加工，控制第一驱动机构驱动旋转 台100并带动工件20旋转多次后，刀具完成对工件20四个边角的曲面加工。

需要说明的是加工边角曲面时，同一个边角的各曲面的曲率半径非常复杂， 所述旋转台100的转动速率此时以低速转动，转速约为20-40转/分，如图4、图 5所示，即边角22包括中间部分221及位于中间部分的侧面部分222，各部分 的曲面的曲率变化较大，刀具在加工时，加工边角一侧后，刀具需要迅速提刀 加工边角中间部分后再迅速沉刀加工边角的另一侧，刀具其中的一个边角的一 段加工轨迹如图7所示，轨迹P中间呈凸起状；同时，在此加工过程中，旋转 台100旋转一周后，第二驱动机构将带动刀具在水平面内沿X轴移动，使刀具 的加工半径逐步减小，即，此加工过程中，刀具的加工半径是由大至小，由外 向内加工。

也就是说，工件20的加工分为边角曲面加工、顶部端面车铣及边缘曲面加 工，在边缘曲面加工过程中也同时对剩余工件顶面进行车铣加工。工件20的四 个边角的曲面较为复杂，刀具移动至第一加工位置后，工件20第一圈转动的速 度较慢，旋转一圈后，逐渐改变刀具切削半径，通过每圈转完后刀具在XY平 面内有移动来改变切削半径，直至加工完成四个边角的加工。而后，刀具在第 二驱动机构沿X轴移动，旋转平台110沿Y移动，使刀具位于工件20待加工区 域的几何中心，请参见图3，未开始时刀具在中心，开始车铣处理后，刀具在水 平面内沿X轴逐渐变化，形成螺旋形变化的切削半径进行车铣，其切削半径越 来越大，而工件20同始终在旋转，在工件20的顶面形成螺旋形的加工区域。 边角曲面加工耗时约1分钟，完成整个工件20的车铣加工共耗时约3分钟；工 件顶面车铣过程中，刀具在Z轴方向上固定不动，刀具呈螺旋式移动的同时改 变切削半径；当加工半径触及边缘工件20边缘进行曲面加工时，刀具在Z轴方 向会有移动，有提刀和沉刀的动作。相对于传统的车铣方法整个过程耗时约15 分钟，本发明提供的系统和方法其加工速度提高了数倍，大大提高加工效率。

具体的，刀具的刀刃可以为变径设置，可以采用螺旋式刀刃，即刀刃从上 至下半径逐渐变小。

第二驱动机构带动刀具移动至第一加工位置时，刀具的切削加工半径等于 工件顶面的对角线长度的二分之一，可以对边角的较大区域进行加工。

本发明的车铣加工系统及车铣加工工艺，第一驱动机构驱动旋转台带动工 件在做水平旋转，而刀具在曲面加工过程中是做上下移动的，在上下移动的过 程中对工件进行切削，使工件边角和边缘形成相应的曲面，第一驱动机构带动 工件及第二驱动机构驱动刀具的配合，实现工件复杂曲面的加工及车铣加工， 工艺简单，工序少、耗时少；采用高频上下移动的刀具，其在工件旋转的过程 中，可快速地对工件进行曲面加工，整个加工效率至少提高五倍，能满足对大 量工件快速加工的需求，加工后的工件其表面粗糙度和表面轮廓度都大大减小， 工件表面达到超精磨的品质，曲面轮廓与标准轮廓的误差也大大减小。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。