[發明專利]圓弧刃金剛石刀具精密車削高陡度非球面方法

有效

• 申請號: 201610239408.3
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105867311B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 孫濤;孔繁星
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明屬于機械制造及自動化技術領域，涉及一種采用圓弧刃金剛石刀具車削方法，用于高陡度光學反射鏡車削加工(保形光學、反射光學、空間光學)。

背景技術

高精度、大陡度軸對稱非球曲面由于其子午剖面曲線上各點的曲率半徑值變化相對較大，導致加工制造十分困難。直接采用現有的XZ兩軸聯動CNC車床編程進行數控加工會產生刀具干涉，如圖1所示。因此，目前這種大陡度非球曲面的數控車削加工常采用帶擴展B軸的T形布局機床來完成，如圖2所示，其運動軌跡的形成是通過XYB插補的方式來實現，子午剖面曲線上各點的曲率變化通過擴展的B軸來補償，以B軸的旋轉來保證加工過程中刀具與工件子午剖面曲線相切，避免刀具干涉。

在原有的XZ兩軸聯動的基礎上增加一個運動B軸，必然會引入單軸安裝和控制誤差以及多軸聯動的協調誤差，這對加工工件的表面質量是不利的。同時由于增加了運動B軸，使得機床的制造成本大大增加，進而增加了高陡度非球面的加工成本。

發明內容

本發明的目的是針對高精度、大陡度軸對稱非球曲面的金剛石車削問題，提供了一種圓弧刃金剛石刀具精密車削高陡度非球面方法，通過給定的加工指標，計算插補分段數及插補點個數，優化插補弦長，確定刀心的運動軌跡，以保證車削過程中刀具圓弧刃與工件子午剖面曲線在插補點處相切，即在不增加B軸的條件下解決了加工高精度、大陡度非球曲面的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種圓弧刃金剛石刀具精密車削高陡度非球面方法，包括如下步驟：

一、插補點計算

1、假設工件子午剖面曲線端點A、B的坐標(z_A,x_A)、(z_B,x_B)為已知，首先根據工件的表面形狀精度、表面粗糙度等加工指標計算出滿足誤差要求的插補弦長，然后將沿Z方向等分成n-1個插補段，計算出n個插補點坐標:

則，插補弦長的計算公式為:

2、在第i個插補直線段，作斜率為k_Mi＝(x_i+1-x_i)/(z_i+1-z_i)且與工件子午剖面曲線相切于點M_i的直線，令k_Mi＝x′_Mi可推出每一個插補直線段的M_i點坐標(z_Mi,x_Mi)，則過點M_i的法線方程為：

3、過M_i點法線與第i段插補步長ΔL_i相交于點N_i，則N_i點坐標計算公式為：

4、由M_i和N_i點的坐標可計算出第i插補段的逼近誤差，計算公式為：

5、將各個插補直線段的逼近誤差δ_i比較后得出最大逼近誤差δ_max，當δ_max小于要求的表面形狀誤差時，即可確定粗插補分段的數目n。

二、插補弦長的優化

在滿足工件表面形狀誤差要求的前提下，令各個插補直線段具有相等的弦長δL＝mFT≤ΔL_min，其中，ΔL_min為ΔL_i中的最小值，F(mm/min)為機床的進給速度，T(s)為插補周期，m為整數，插補點坐標計算公式為：

三、刀具運動軌跡計算

假設刀具圓弧半徑為r_d，刀具圓弧中心點的坐標為(z_di,x_di)，過工件子午剖面曲線上插補點P_i(z_i,x_i)的法線交Z軸于ξ_i點，令ρ_i＝P_iξ_i，θ_i＝∠P_iξ_iZ，則：

1、過P_i(z_i,x_i)點的法線在z軸上的截距的計算公式如下：

ξ_i＝z_i+x_ix′_i。