[發(fā)明專利]一種基于砂輪磨損參數(shù)的立銑刀后刀面磨削軌跡補償方法

有效

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• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112222959B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江磊;丁國富;馬玉豪;馬術(shù)文;張劍;梁紅琴
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學
• 主分類號: B24B3/02
• 分類號: B24B3/02;B24B51/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種基于砂輪磨損參數(shù)的立銑刀后刀面磨削軌跡補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：坐標系定義與轉(zhuǎn)換：

定義O_w-X_wY_wZ_w為工件坐標系，其坐標原點O_w位于工件底面圓心，坐標軸Z_w為工件軸線，點O_w指向螺旋刃線起點的連線為坐標軸X_w，最終砂輪相對于工件的位姿都轉(zhuǎn)換到此坐標系下；設(shè)螺旋刃線上任意點為磨削點P₁，磨削過程中砂輪的理想輪廓點與該點重合；定義O_m-X_mY_mZ_m為后刀面坐標系，其坐標軸Z_m與坐標軸Z_w平行，坐標原點O_m與點P₁重合，坐標軸X_m為平行于工件外輪廓切線；

設(shè)立銑刀半徑為R，點P₁到點O_w的軸向距離為L_w，后刀面坐標系相對于工件坐標系的軸向旋轉(zhuǎn)角為砂輪軸矢量為F_g，磨削點P₁指向砂輪大端圓心O_g的矢量為F_b，砂輪大端圓半徑為R_g；

則由工件坐標系平移到后刀面坐標系的變換矩陣M_w-m為：

由平移后的工件坐標系旋轉(zhuǎn)到與后刀面坐標系重合的變換矩陣為：

步驟2：砂輪初始姿態(tài)定義：

在后刀面坐標系的X_mO_mY_m平面定義砂輪外圓輪廓在磨削點處的切矢為F₁，其與坐標軸Z_m所在平面即為P₁點處的瞬時后刀面m，矢量F₁與坐標軸X_m的夾角即為后刀面后角α；定義F₂為后刀面m的法矢；

定義砂輪初始姿態(tài)下的徑向矢量F_b與坐標軸Z_m重合，砂輪大端圓面與瞬時后刀面m重合；根據(jù)空間幾何關(guān)系，在后刀面坐標系下可得：

F_{g_m}＝F_{b_m}×F_{1_m} (3)

O_{g_m}＝P_{1_m}+F_{b_m}·R_{g_m} (4)

式中，下標_{_m}表示位于后刀面坐標系，其余變量表示方法類似；

步驟3：引入磨削抬角與擺角后的砂輪姿態(tài)：

為了避免磨削干涉和減少砂輪磨削接觸區(qū)域，使砂輪的姿態(tài)靈活調(diào)節(jié)，引入砂輪磨削抬角與擺角兩項工藝參數(shù)；

定義抬角β為砂輪繞切矢F₁旋轉(zhuǎn)的角度；

定義砂輪擺角S為砂輪繞后刀面法矢量F₂旋轉(zhuǎn)的角度；

步驟4：磨損砂輪的輪廓參數(shù)定義：

通過一定量的磨削加工，砂輪棱邊形狀被磨損成一個圓弧形，K_g為砂輪角度，R_s為磨損圓弧半徑，O為磨損圓弧圓心；

在砂輪的外形尺寸測量中，需要測量砂輪實際外徑尺寸R_gr，設(shè)砂輪的理想外徑半徑值為R_gt，則有：

步驟5：磨削軌跡的位置補償量計算：

由于引入了砂輪磨削擺角與抬角，為了準確對磨損砂輪進行補償，需要在后刀面坐標系的基礎(chǔ)上建立后角坐標系O_n-X_nY_nZ_n與擺角坐標系O_s-X_sY_sZ_s；

后刀面坐標系繞其坐標軸Z_m旋轉(zhuǎn)后角α得到后角坐標系O_n-X_nY_nZ_n，此時X_nZ_n平面與瞬時后刀面m重合，砂輪切矢量F₁指向坐標軸X_n負方向，后刀面法矢量F₂指向坐標軸Y_n正方向；

由后刀面坐標系O_m-X_mY_mZ_m旋轉(zhuǎn)至后角坐標系O_n-X_nY_nZ_n的旋轉(zhuǎn)矩陣為：

后角坐標系O_n-X_nY_nZ_n繞坐標軸Y_n旋轉(zhuǎn)擺角β得到擺角坐標系O_s-X_sY_sZ_s，其變換矩陣為：

擺角坐標系下，砂輪的切矢量F₁指向坐標軸X_s的負方向；理想情況下，砂輪以其理想輪廓點P₁對后刀面進行加工，但實際磨削過程中，砂輪以其相對于后刀面的最低點即實際磨削點P₂進行磨削；

定義砂輪位置在坐標軸Y_s方向的補償量為C_Y，Z_s方向的補償量為C_Z；根據(jù)砂輪抬角的取值與砂輪角度，補償量的計算分為兩種情況：

定義砂輪在擺角坐標系下的補償矩陣為C，則

定義O_gr為磨損砂輪未加入補償算法直接根據(jù)砂輪實際測量大端圓半徑值計算得出的砂輪圓心刀位坐標，O_gt為該磨損砂輪對應(yīng)的理想砂輪大端圓圓心刀位坐標，則在工件坐標系下有：

O_{gt_w}＝O_{gr_w}+F_{b_w}(R_gt-R_gr) (10)

定義磨損補償后的砂輪大端圓心刀位坐標為O_g1，其在工件坐標系可表達如下：

式中，表示M_w-m的逆矩陣，其余逆矩陣表示方法相同。