[发明专利]一种多轴联动砂带磨削加工中的路径规划方法

说明书

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，具体涉及一种砂带磨削加工的路径规划方法，可用于多轴联动数控砂带磨削机床中对复杂型面的抛磨加工。 

背景技术

诸如叶片之类的复杂薄壁类零件型面为空间自由曲面，曲率变化大，在数控铣削加工后易发生变形，导致磨削加工余量分布不匀。业内通常使用磨削加工来保证加工余量的均匀性。但是，随着叶片尺寸和体积的不断增大，采用手工抛磨越来越困难，效率低下，加工质量难于保证——传统的手工抛磨已经逐渐成为制约叶片行业快速发展的瓶颈，迫切需求采用多轴联动数控抛磨来解决叶片型面精加工问题。叶片砂带磨削编程是指根据加工区域特性，融合叶片砂带磨削工艺规划，然后生成磨削加工轨迹并输出控制机床姿态的刀位文件。通常在多轴砂带磨床中称砂带轮远离工件的方向为Z向，与Z轴对应的旋转轴为C轴。砂带磨削工艺要求控制砂带接触轮轴线的方向随着被加工表面曲率变化，并保证C轴回转中心和被加工面的法向重合。因此，叶片数控砂带磨削必须采用至少六坐标联动方式，才能达到较好的磨削效果。 

现有的六轴联动砂带磨削加工软件中，刀具轨迹的规划大多是采用等参数线的规划方式：在待加工曲面对应的参数域中，选择等U参数线或者等V参数线方式规划出一系列的初始点，并将相邻两条参数线起始点以直 线相连，由此即可获得一条连续的参数域的刀具路径。将参数域刀具路径投影到模型空间就得到了实际的加工轨迹。这种基于等参数线生成刀具轨迹的方法简单实用，广泛的应用于各种数控加工编程软件。 

然而这种路径存在一个缺点，即相邻两条参数线过渡时，从第一条参数线的末尾点到第二条参数线的起始点，进给速度方向会有两次突变，数控系统不得不降低此处附近进给速度，使得砂带与型面的接触时间变长。砂带磨削时，磨削量与砂带和型面的接触时间成正比，同样的切削条件下，接触时间越长，磨削量越大。因此，这种路径规划的方法，容易在过渡的时候由于磨削量大于其他部位的磨削量发生过切，而发生过切会影响表面质量，对叶片型面流线造成破坏，影响叶片的性能。 

发明内容

本发明提出了一种多轴联动数控砂带磨削路径规划方法，目的在于通过规划出“Z”字型的参数域刀具轨迹，再将轨迹投影到模型空间，得到最终的加工刀具轨迹，从而有效的降低相邻参数线之间由于速度突变导致的过切，获得较好的速度变化曲线，以提高复杂曲面型面磨削质量。 

为实现上述目的，本发明所提出的具体技术方案如下： 

一种多轴联动砂带磨削轨迹规划方法，包括如下计算步骤： 

（1）提取被加工曲面的等参数线 

根据图形学理论获得被加工曲面上符合工艺要求的若干条等参数线，获取每条参数线的起始点和结束点的(U,V)坐标。 

（2）规划过渡路径 

在两条相邻参数线之间，根据第一条参数线的结束点和第二条参数线 起始点的(U,V)坐标在参数域内连成一条直线，然后根据加工步距在该直线上按加工方向顺序插值得到离散的刀触点，即得到两条相邻参数线之间的过度路径。在每两条参数线之间插入规划好的过度路径，得到参数域内完整的刀具路径。 

（3）将参数域中的初始刀触点投影到待加工曲面上 

将参数域中的刀具轨迹离散。根据参数域与待加工曲面的点对应关系，将参数域中规划出的初始刀触点映射到待加工曲面上，得到刀触点。 

（4）计算每个刀触点对应的刀位点、刀轴矢量和接触轮轴线矢量 

根据砂带磨削的加工需求，计算出每个刀触点对应的刀位点、刀轴矢量和接触轮轴线矢量，得到多轴联动数控砂带磨削的所有刀位数据。 

本发明的砂带磨削的轨迹规划方法，在路径规划阶段，构建“Z”字型的初始路径，并将路径离散后投影到待加工曲面上，再根据曲面特性和接触轮的尺寸，计算出控制砂带磨削的刀位点、法向矢量和接触轮轴线矢量。 

本发明采用“Z”字型的初始路径，只需要一次速度突变来改变进给方向的轨迹，从而减小由于进给速度不均匀导致的过切，提高叶片表面磨削质量。此外，该方法能够方便地集成至多轴联动数控砂带磨削自动编程系统的路径规划中，计算速度快，算法稳定可靠，可用于六轴联动数控砂带磨削机床，减少数控砂带磨削加工过程中由于速度突变导致的过切。 

附图说明

图1为现有技术中的进行路径规划时参数域中规划的初始刀具路径示意图； 

图2为采用本发明的方法进行路径规划时参数域中规划的初始刀具路 径示意图。 

具体实施方式