[发明专利]一种利用未修整近圆弧截面砂轮磨削自由曲面的方法

说明书

本发明公开了一种利用未修整近圆弧截面砂轮磨削自由曲面的方法，它解决了现有技术中砂轮修整耗费大量时间、加工周期长、成本高的问题，具有无需对砂轮进行在位修整、磨削精度得到显著提高的效果；其技术方案为：建立任意形状自由曲面的参数方程，测量未经修整近圆弧砂轮截面形貌并建立其高次曲线参数方程；分别计算任意形状自由曲面参数方程、未经修整近圆弧砂轮截面参数方程的斜率表达式，根据相切原理计算砂轮运动轨迹的参数方程；根据砂轮运动轨迹的参数方程编写数控程序，对自由曲面进行磨削。

技术领域

本发明涉及一种磨削加工方法，尤其涉及一种利用未修整近圆弧截面砂轮磨削自由曲面的方法。

背景技术

在汽车、电子和光学等行业中需要大量的圆柱面、球面、非球面等曲面加工，并且对形状精度和表面质量的要求越来越高。一般采用圆弧截面砂轮对自由曲面进行超精密磨削，然而目前圆弧截面砂轮制备后，形面精度较差，截面形状与理想圆弧相差较大。因此传统自由曲面磨削加工前，都要对圆弧截面砂轮进行在位精密修整，使其达到较高的精度要求，再利用相切原理对自由曲面进行磨削。因此，砂轮修整过程要耗费大量时间，导致自由曲面工件加工周期长，成本高。对于特征尺寸在1mm以下的微自由曲面，需要使用比特征尺度更小的微细圆弧砂轮进行磨削。微细砂轮制造成本高、难度大，几乎无法进行在位高精度修整。

但是目前有关自由曲面磨削的研究，其关键技术都集中在圆弧或高次曲线截面砂轮的精密成形修整，依赖砂轮的修整精度对自由曲面进行超精密磨削。而利用未经修整近圆弧截面砂轮直接对自由曲面进行精密成形磨削的研究还未见报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种利用未修整近圆弧截面砂轮磨削自由曲面的方法，其具有无需对砂轮进行在位修整、磨削精度得到显著提高的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种利用未修整近圆弧截面砂轮磨削自由曲面的方法，建立任意形状自由曲面的参数方程，测量未经修整近圆弧砂轮截面形貌并建立其高次曲线参数方程；分别计算任意形状自由曲面参数方程、未经修整近圆弧砂轮截面参数方程的斜率表达式，根据相切原理计算砂轮运动轨迹的参数方程；根据砂轮运动轨迹的参数方程编写数控程序，对自由曲面进行磨削。

进一步的，任意形状自由曲面的参数方程表示为：

其中，t表示自由曲面任一点与原点的连线与y轴之间的夹角，R表示顶点半径，K表示圆锥系数。

进一步的，使用高精度激光位移传感器，逐点扫描砂轮截面，测量未经修整近圆弧砂轮截面形貌，计算砂轮截面轮廓的频谱包络曲线，提取砂轮表面形貌的主要频率的最高点，将高点进行平滑连接，得到频谱包络线。

进一步的，未经修整近圆弧砂轮截面的高次曲线参数方程表示为：

其中，θ表示高次曲线任一点与原点的连线与y轴之间的夹角，r表示半径。

进一步的，根据砂轮截面测量结果，利用最小二乘法将r拟合成高次多项式函数r(θ)，并对r(θ)进行求导得到r’(θ)。

进一步的，对砂轮截面的拟合方程求导，计算砂轮截面方程的斜率表达式k_θ。

进一步的，对自由曲面的参数方程求导，计算自由曲面的斜率表达式k_t。

进一步的，砂轮运动轨迹的参数方程为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用未经修整近圆弧截面砂轮对自由曲面进行高精度精密磨削，无需对砂轮进行在位修整，解决了传统自由曲面磨削加工存在的砂轮修整耗费大量时间、加工周期长、成本高等问题；