[发明专利]针对数控刀具螺旋槽磨削工艺的磨损砂轮位姿补偿方法

说明书

本发明公开了一种针对数控刀具螺旋槽磨削工艺的磨损砂轮位姿补偿方法，具体为：首先，根据补偿前加工的螺旋槽轮廓与补偿前砂轮位姿反算出磨损砂轮实际轮廓；然后，基于磨损砂轮实际轮廓重新构建砂轮位姿约束函数：前角约束函数、芯厚约束函数、槽宽约束函数；最后，采用粒子群算法对砂轮补偿位姿进行快速求解。本发明可以实现数控刀具螺旋槽磨削过程中砂轮磨损在机计算并实时补偿，实现数控刀具螺旋槽高效率、高精度加工。

技术领域

本发明属于数控刀具螺旋槽磨削技术领域，尤其涉及一种针对数控刀具螺旋槽磨削工艺的磨损砂轮位姿补偿方法。

背景技术

螺旋槽作为数控刀具的重要结构特征，广泛存在于铣刀、钻头、丝锥等刀具中，对刀具切削性能、整体刚性、断屑、排屑等起着至关重要的作用。

Karpuschewski等以砂轮位姿参数为优化变量，螺旋槽轮廓误差为优化目标函数，采用粒子群算法求解砂轮位姿；李国超等在此基础上提出基于双斜面型砂轮尺寸和位姿组合优化的螺旋槽磨削工艺设计方法，根据螺旋槽形状选用特定砂轮建立螺旋槽结构参数误差以及轮廓误差为优化目标函数，但螺旋槽轮廓计算精度受限于离散步距精度且容易出现求解失败。贾康等针对拉刀螺旋槽前刀面精确高质量磨削，以保证前角、槽底圆弧半径等要素构建磨削工艺约束条件，形成砂轮位姿计算模型及其优化搜索方法；Liu将砂轮磨损圆角进行补偿，采用迭代法求解砂轮磨削位姿；Ren等针对1V1/1A1砂轮的磨削工艺，建立前角、芯厚、槽宽关于砂轮位姿的函数关系式为要素的非线性方程组，通过求解方程组获得砂轮位姿，但存在出现超越方程无解的情况。Nguyen等将砂轮位姿参数定义简化，利用解析几何方法建立螺旋槽结构参数与砂轮位姿的映射关系，该方法相较于其他方法求解效率大幅度提高，但忽视砂轮轮廓端点容易钝化出现圆角导致算法失效。

刀具螺旋槽磨削过程中，砂轮磨损是不可避免的，现有的砂轮磨削轨迹算法研究都未考虑到砂轮实际磨损情况，仅仅将砂轮端面做棱边倒圆处理，忽略了对磨削过程中砂轮磨损情况分析，需要根据工人经验不断调整圆角大小重新计算砂轮磨削位姿，导致算法在实际应用中误差越来越大。因此，对磨损砂轮轮廓计算，并对其磨削位姿进行补偿以满足加工精度要求，具有很强实际工程应用价值。

发明内容

针对立铣刀螺旋槽磨削过程中，由于砂轮不规则磨损导致磨削精度越来越难以满足加工要求的问题，本发明提供一种针对数控刀具螺旋槽磨削工艺的磨损砂轮位姿补偿方法。根据补偿前加工的螺旋槽轮廓与补偿前砂轮位姿反算出磨损砂轮轮廓，然后建立磨损砂轮磨削位姿约束函数，并计算出磨损砂轮补偿位姿。

本发明的一种针对数控刀具螺旋槽磨削工艺的磨损砂轮位姿补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：建立磨削运动关系。

建立工件坐标系O_W-X_WY_WZ_W：坐标原点O_W位于刀具棒料端面圆心，坐标轴Z_W与刀具棒料轴线重合，坐标平面X_WY_W与刀具棒料端面重合。

建立砂轮磨削位姿参数：中心距a_x为两个坐标原点在X_W轴上的距离；偏移距a_y为两个坐标原点在Y_W轴上的距离；安装角α，砂轮绕X_W轴旋转的角度；因此，砂轮坐标系与工件坐标系得变换矩阵如下所示：

砂轮在运动过程沿着Z_W轴前进的同时绕Z_W轴旋转ξ角度，定义螺旋刃线的半径和工件半径相同为R，螺旋角为β，因此，伴随坐标系与工件坐标系关于角度ξ的变换矩阵M_e(ξ)如下式所示：

式中，κ＝R/tanβ。

步骤2：确定补偿前砂轮。