[发明专利]一种虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法

权利要求书

1.一种虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1、圆柱形砂轮姿态角设计，通过虚拟球刀模型设计圆柱形砂轮轴线在曲面切点法线矢量(4)上的倾斜角；

步骤2、规划刀具轨迹，根据曲面切点法线矢量(4)及虚拟球刀模型(6)来确定刀具轨迹，通过机床的一个旋转轴来保证步骤1所设定的倾斜角；

步骤3、采用轴向进给方式，按所述刀具轨迹对工件进行磨削加工；

所述步骤1具体包括：

步骤11、根据圆柱形砂轮(1)的砂轮磨削刃半径rw(2)和需要的刀轴矢量(3)关于曲面切点法线矢量(4)的倾斜夹度θ(5)来设计虚拟球刀模型(6)，模型的虚拟切削部分外切并包绕着圆柱形砂轮切削刃，轴线方向与圆柱形砂轮(1)一致；

步骤12、虚拟球刀模型(6)的虚拟球刀模型半径r(7)表示为：

步骤13、加工时把被虚拟球刀模型(6)包绕的圆柱形砂轮(1)当作球刀来设置刀具轨迹控制点(8)，刀具轨迹控制点(8)旋转，使得刀轴矢量(3)与曲面切点法线矢量(4)保持倾斜夹度θ(5)，以保证磨削刃能参与加工。

2.根据权利要求1所述的虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

步骤21、自由曲面模型的建立采用Z-map模型，得到三维离散的点云,其任意一曲面上刀切点(9)记为P₀(x₀,y₀,z₀)，求得该点的曲面上切点法矢量(4)为N(x_n,y_n,z_n),当假设包绕着圆柱形砂轮的虚拟球刀模型与被加工曲面的切点进行切削，这可求得刀具轨迹控制点(8)为:

步骤22、调动机床的一个旋转C轴(10)，让虚拟球刀模型轴线在工件坐标XOY平面(11)上绕刀具轨迹控制点(8)旋转一定的角度，使得刀轴矢量(3)与曲面切点法线矢量(4)在空间上的倾斜夹角θ(5)，以保证被虚拟球刀模型(6)包绕的圆柱形砂轮(1)的磨削刃参与加工，因为调动的是旋转C轴(10)，因此刀轴矢量(3)可以表示为T(x_t,y_t,0)，根据以上条件，刀轴矢量(3)与曲面切点法线矢量(4)满足以下方程：

其中，T表示刀轴矢量(3)，N表示曲面切点法矢量(4)，因此已知曲面切点法线矢量(4)及设定的倾斜夹角θ(5)，则可求得刀轴矢量(3)；

步骤23、通过求得的刀具轨迹控制点(8)所形成的刀具轨迹点云，以及求得的刀轴矢量(3)，便可以规划用于曲面磨削的四轴刀具轨迹。

3.根据权利要求1所述的虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法，其特征在于：所述工件为硬脆性材料。

4.根据权利要求1所述的虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法，其特征在于：所述圆柱形砂轮(1)为金刚石圆柱形砂轮，其基体为金属基，磨料粒度为480～4800目。

5.根据权利要求1所述的虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法，其特征在于，步骤3中，所述磨削加工采用四轴联动轴向数控磨削加工方式。