[發明專利]基于搖籃式五軸數控機床的杯形圓弧砂輪的在位修整方法

有效

• 申請號: 202011587830.0
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112775839B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 孫林;郭文超;宋明明;白楊;劉陽鵬;丁建軍;李常勝;段端志;林啟敬;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B24B53/06
• 分類號: B24B53/06;B24B49/00;B24B49/12;B24B41/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種基于搖籃式五軸數控機床的杯形圓弧砂輪的在位修整方法，該修整方法用于超精密磨削中，目的是解決目前杯形圓弧砂輪不易修整的難題。該修整方法包括：將修整砂輪安裝在數控機床的轉臺上，將待修整的杯形圓弧砂輪安裝在機床主軸上；通過圓弧包絡修整軌跡實現修整砂輪與待修整杯形圓弧砂輪內圓弧和外圓弧間歇修整對磨；通過已標定的激光位移傳感器對砂輪進行在位測量。本發明修整方法對搖籃式五軸加工機床的杯形圓弧砂輪進行在位修整，解決了杯形圓弧砂輪因圓弧易干涉難修整的問題，該修整方法降低了砂輪磨損對工件高精度要求的影響，減少補償加工次數，實現確定性加工，提高整個工件的加工效率和加工質量。

技術領域

本發明屬于精密加工技術領域，特別涉及一種基于搖籃式五軸數控機床的杯形圓弧砂輪的在位修整方法。

背景技術

硬脆性材料具有高強度、高硬度、高耐磨性等優異性能，被廣泛應用于光學、機械等國防、民用領域中。但該類材料脆性大、斷裂韌性低，彈性極限與強度極限非常接近，當材料承受的載荷稍微超過彈性極限時就會發生斷裂破壞。脆性材料的加工一般采用磨削的方式，磨削加工工序包含粗磨和精磨。硬脆材料的磨削主要使用的是金剛石磨粒砂輪，數控機床的砂輪由于磨削力的存在會導致磨削區域產生高溫，并且砂輪在加工過程中由于擠壓磨損會導致較多的磨粒磨損、脫落，使得工件表面發生高溫燒傷、更多劃痕，工件表面的正確的幾何形狀會喪失，不能滿足加工精度的要求，并且砂輪表面磨粒不規則的分布引起周期性的修整會使得加工效率降低。杯形圓弧砂輪因其加工效率高被廣泛應用于硬脆材料的加工。球面及非球面等光學元件的加工過程中，杯形圓弧砂輪的端面圓弧會被逐漸磨損，影響光學元件的加工精度，需要多次補償才能達到元件磨削的高精度要求。與傳統碟形圓弧砂輪修整方法相比，杯形圓弧砂輪旋轉圓弧極易干涉，目前尚未有高效可行的杯形圓弧砂輪修整方法。

發明內容

針對現有領域中的空白，本發明提供了一種基于搖籃式五軸數控機床的杯形圓弧砂輪的在位修整方法，目的旨在解決杯形圓弧砂輪修整的問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

基于搖籃式五軸數控機床的杯形圓弧砂輪的在位修整方法，包括如下步驟：

1)將待修整的杯形圓弧砂輪安裝至五軸數控機床的刀具軸上，刀具軸運動由數控系統控制，進行XYZ三個方向的直線運動以及繞著刀具軸線的轉動，將連接修整砂輪的夾具安裝到數控機床的轉臺上，修整砂輪能夠隨轉臺進行YZ平面上的擺動及自轉；

2)對刀，機床通過自身具有的測頭測量出修整砂輪高度，在理論模型中輸入參數進行對刀，或者通過接近對刀，使用塞尺進行修整砂輪與杯形圓弧砂輪對刀；修整砂輪通過軌跡包絡實現對杯形圓弧砂輪的修整，在一個程序循環內首先對杯形圓弧砂輪內圓弧進行往復擺動修整N次，然后杯形圓弧砂輪平移其砂輪中徑距離后，繼續對杯形圓弧砂輪外圓弧修整N次，外圓弧修整后重新開始內圓弧修整，進行下個循環的修整，根據杯型圓弧砂輪磨損情況，設定對其修整循環次數；

3)利用已經標定的激光位移傳感器測量杯形圓弧砂輪的修整面型，若面型精度達到設定精度要求后，停止修整。

本發明進一步的改進在于，修整砂輪的軌跡是通過修整砂輪包絡杯形圓弧砂輪生成加工代碼，修整砂輪擺動軌跡從0°擺動至90°，該軌跡在修整砂輪選用后即確定，杯形圓弧砂輪的軌跡通過二維運動與修整砂輪同步運動完成包絡軌跡運動。

本發明進一步的改進在于，在一個修整循環內，該修整方法對杯形圓弧砂輪的內圓弧和外圓弧間歇修整。

本發明進一步的改進在于，杯形圓弧砂輪的中徑尺寸因加工件的尺寸不同而尺寸范圍為10～250mm；針對不同大小的杯形圓弧砂輪修整，修整砂輪與臺面工裝的連接軸長度不同，避免修整中與杯形圓弧砂輪干涉；對于大砂輪修整，連接軸采用階梯軸提高修整砂輪剛性，修整砂輪通過階梯軸與夾具相連接，夾具與轉臺通過螺旋安裝。

本發明進一步的改進在于，所述的修整砂輪為圓柱形砂輪，通過旋轉外圓面對杯形圓弧砂輪進行修整，材料是SiC。