[发明专利]一种虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法

说明书

本发明公开了一种虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法，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上的倾斜角；步骤2、规划刀具轨迹，根据曲面切点法线矢量及虚拟球刀模型来确定刀具轨迹，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，按所述刀具轨迹对所述工件进行磨削加工。本发明能将圆柱形或类圆柱形砂轮用于自由曲面的四轴加工，具有刀具轨迹规划简单灵活，加工形状精度高及表明粗糙度低的特点，适用于光学玻璃等硬脆性材料的自由曲面加工。

技术领域

本发明涉及自由曲面的精密磨削技术领域，具体涉及一种虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法，采用圆柱形或类圆柱形金刚石圆柱形砂轮用于曲面精密磨削的四轴刀具轨迹方法。

背景技术

目前，自由曲面的磨削主要是由单点金刚石或者多轴砂轮片进行加工，使用这两种方法进行磨削加工时候，加工效率低，而且刀具磨损快。另外，相关曲面环面砂轮曲面磨削刀具轨迹规划方法已经被提出，但是该方法修整困难，且加工精度较低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法。本发明提供了虚拟球刀半径的设计及金刚石圆柱形砂轮用于曲面四轴加工的轨迹算法模型，主要解决的技术问题是圆柱形砂轮加工倾斜角度的设计方式及四轴刀具轨迹的规划。

本发明所采用的技术方案是：

一种虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法，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上的倾斜角；

步骤2、规划刀具轨迹，根据曲面切点法线矢量及虚拟球刀模型来确定刀具轨迹，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。

进一步地，所述步骤1具体包括：

步骤11、根据圆柱形砂轮的砂轮磨削刃半径rw和需要的刀轴矢量关于曲面切点法线矢量的倾斜夹度θ来设计虚拟球刀模型，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一致；

步骤12、虚拟球刀模型的虚拟球刀模型半径r可表示为：

步骤13、加工时把被虚拟球刀模型包绕的圆柱形砂轮当作球刀来设置刀具轨迹控制点，并绕刀具轨迹控制点旋转，使得刀轴矢量与曲面切点法线矢量保持倾斜夹角θ，以保证磨削刃能参与加工。

进一步地，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记为P₀(x₀,y₀,z₀)，求得该点的曲面上切点法矢量为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为:

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

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