[發明專利]一種多軸聯動砂帶磨削加工中的路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201310285696.2
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103412514A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 楊建中;高嵩;陳吉紅;周金強;李濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;武漢華中數控股份有限公司
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于數控加工技術領域，具體涉及一種砂帶磨削加工的路徑規劃方法，可用于多軸聯動數控砂帶磨削機床中對復雜型面的拋磨加工。?

背景技術

諸如葉片之類的復雜薄壁類零件型面為空間自由曲面，曲率變化大，在數控銑削加工后易發生變形，導致磨削加工余量分布不勻。業內通常使用磨削加工來保證加工余量的均勻性。但是，隨著葉片尺寸和體積的不斷增大，采用手工拋磨越來越困難，效率低下，加工質量難于保證——傳統的手工拋磨已經逐漸成為制約葉片行業快速發展的瓶頸，迫切需求采用多軸聯動數控拋磨來解決葉片型面精加工問題。葉片砂帶磨削編程是指根據加工區域特性，融合葉片砂帶磨削工藝規劃，然后生成磨削加工軌跡并輸出控制機床姿態的刀位文件。通常在多軸砂帶磨床中稱砂帶輪遠離工件的方向為Z向，與Z軸對應的旋轉軸為C軸。砂帶磨削工藝要求控制砂帶接觸輪軸線的方向隨著被加工表面曲率變化，并保證C軸回轉中心和被加工面的法向重合。因此，葉片數控砂帶磨削必須采用至少六坐標聯動方式，才能達到較好的磨削效果。?

現有的六軸聯動砂帶磨削加工軟件中，刀具軌跡的規劃大多是采用等參數線的規劃方式：在待加工曲面對應的參數域中，選擇等U參數線或者等V參數線方式規劃出一系列的初始點，并將相鄰兩條參數線起始點以直?線相連，由此即可獲得一條連續的參數域的刀具路徑。將參數域刀具路徑投影到模型空間就得到了實際的加工軌跡。這種基于等參數線生成刀具軌跡的方法簡單實用，廣泛的應用于各種數控加工編程軟件。?

然而這種路徑存在一個缺點，即相鄰兩條參數線過渡時，從第一條參數線的末尾點到第二條參數線的起始點，進給速度方向會有兩次突變，數控系統不得不降低此處附近進給速度，使得砂帶與型面的接觸時間變長。砂帶磨削時，磨削量與砂帶和型面的接觸時間成正比，同樣的切削條件下，接觸時間越長，磨削量越大。因此，這種路徑規劃的方法，容易在過渡的時候由于磨削量大于其他部位的磨削量發生過切，而發生過切會影響表面質量，對葉片型面流線造成破壞，影響葉片的性能。?

發明內容

本發明提出了一種多軸聯動數控砂帶磨削路徑規劃方法，目的在于通過規劃出“Z”字型的參數域刀具軌跡，再將軌跡投影到模型空間，得到最終的加工刀具軌跡，從而有效的降低相鄰參數線之間由于速度突變導致的過切，獲得較好的速度變化曲線，以提高復雜曲面型面磨削質量。?

為實現上述目的，本發明所提出的具體技術方案如下：?

一種多軸聯動砂帶磨削軌跡規劃方法，包括如下計算步驟：?

（1）提取被加工曲面的等參數線?

根據圖形學理論獲得被加工曲面上符合工藝要求的若干條等參數線，獲取每條參數線的起始點和結束點的(U,V)坐標。?

（2）規劃過渡路徑?

在兩條相鄰參數線之間，根據第一條參數線的結束點和第二條參數線?起始點的(U,V)坐標在參數域內連成一條直線，然后根據加工步距在該直線上按加工方向順序插值得到離散的刀觸點，即得到兩條相鄰參數線之間的過度路徑。在每兩條參數線之間插入規劃好的過度路徑，得到參數域內完整的刀具路徑。?

（3）將參數域中的初始刀觸點投影到待加工曲面上?

將參數域中的刀具軌跡離散。根據參數域與待加工曲面的點對應關系，將參數域中規劃出的初始刀觸點映射到待加工曲面上，得到刀觸點。?

（4）計算每個刀觸點對應的刀位點、刀軸矢量和接觸輪軸線矢量?

根據砂帶磨削的加工需求，計算出每個刀觸點對應的刀位點、刀軸矢量和接觸輪軸線矢量，得到多軸聯動數控砂帶磨削的所有刀位數據。?

本發明的砂帶磨削的軌跡規劃方法，在路徑規劃階段，構建“Z”字型的初始路徑，并將路徑離散后投影到待加工曲面上，再根據曲面特性和接觸輪的尺寸，計算出控制砂帶磨削的刀位點、法向矢量和接觸輪軸線矢量。?

本發明采用“Z”字型的初始路徑，只需要一次速度突變來改變進給方向的軌跡，從而減小由于進給速度不均勻導致的過切，提高葉片表面磨削質量。此外，該方法能夠方便地集成至多軸聯動數控砂帶磨削自動編程系統的路徑規劃中，計算速度快，算法穩定可靠，可用于六軸聯動數控砂帶磨削機床，減少數控砂帶磨削加工過程中由于速度突變導致的過切。?

附圖說明

圖1為現有技術中的進行路徑規劃時參數域中規劃的初始刀具路徑示意圖；?

圖2為采用本發明的方法進行路徑規劃時參數域中規劃的初始刀具路?徑示意圖。?

具體實施方式