[发明专利]一种使用多种成型砂轮加工钻头槽型的方法

权利要求书

1.一种使用多种成型砂轮加工钻头槽型的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、确定待加工的砂轮，并以参数形式确定；

所述待加工的砂轮分为两段圆弧成型砂轮、两段圆弧一段直线成型砂轮、三段圆弧成型砂轮，三种类型砂轮廓形由相应的砂轮轴截面廓形参数决定；

S2、初始成型砂轮槽型确定及摆正角计算

砂轮位姿是指砂轮在建模坐标系中的空间位置(x,y,z)及砂轮转角(B,C)，其中，砂轮磨削端面上的砂轮圆圆心确定砂轮空间位置(x,y,z)；砂轮转角B角指砂轮绕Y轴转角，砂轮转角C角指砂轮绕Z轴转角；

槽型计算的主要参数输入，包括刀具直径toolD、芯厚直径coreD、螺旋角helixAgl、间隙角gapAgl、偏移量offset、磨削前延rontL、磨削后延backL；

以棒料中心为坐标原点，棒料中心轴线与Z轴重合，Y轴竖直向上，X轴水平向右，Z方向由右手定则确定，建立建模坐标系，计算出砂轮磨削端砂轮圆心位置(x,y,z)及砂轮转角(B,C)；

S3、轨迹规划

按照切削刃长度将轨迹点按刃线螺旋线离散处理；

切削刃长cutedgeLen，离散点个数n，每段步长导程第i点对应的棒料轴转角C_i，经过轨迹规划后输出轨迹点位姿，经过机床后置处理单元处理后以NC形式在软件界面显示，数控系统按此轨迹加工棒料。

2.根据权利要求1所述使用多种成型砂轮加工钻头槽型的方法，其特征在于，步骤S1中成型砂轮，参数化包括：

针对两段圆弧成型砂轮，廓形参数有：磨削端圆弧半径R₁、非磨削端圆弧半径R₂、磨削端圆弧宽度A、两圆弧交接处磨削端圆弧切线角c、两圆弧交接处非磨削端圆弧切线角a、砂轮直径D、砂轮宽度E；

针对两段圆弧一直线成型砂轮，廓形参数有：磨削端圆弧半径R₁、中间圆弧半径R₂、两圆弧交接处磨削端圆弧切线角a₁、两圆弧交接处中间圆弧切线角a₂、圆弧直线交界处直线处切线角a₃、磨削端圆弧宽度A₁、中间圆弧宽度A₂、砂轮宽度E、砂轮直径D；

针对三段圆弧成型砂轮，廓形参数有：磨削端圆弧半径R₁、非磨削端圆弧半径R₂、中间圆弧半径R₃、磨削端圆弧宽度A₁、非磨削端圆弧宽度A₂、两圆弧交接处磨削端圆弧切线角a₁、两圆弧交接处非磨削端圆弧切线角a₂、磨削端圆弧与中间圆弧交界处中间圆弧处切线角a₃、磨削端圆弧与中间圆弧交界处直径D₁、非磨削端圆弧与中间圆弧交界处直径D₂、砂轮宽度E、砂轮最高点直径D；

建立砂轮轴截面廓形二维坐标系，砂轮杆方向为X轴，正方向指向磨削端，垂直砂轮杆方向为Y轴，正方向向上，坐标原点建立在砂轮杆中心轴上且在砂轮宽度中点处，由磨削端圆弧所在圆与非磨削端圆弧所在圆相交得到中间圆弧圆心的交点有两个，Y分量较小的一个为中间圆弧圆心center；

对于两段圆弧、两段圆弧一直线成型砂轮，center＝(0,0)。

3.根据权利要求1所述使用多种成型砂轮加工钻头槽型的方法，其特征在于步骤S2中，根据成型砂轮界面参数及开槽界面参数可确定初始砂轮位置及摆正角，步骤包括：

S21、砂轮磨削端圆心坐标：

corepoint＝(-offset,coreD/2,0) (2)

砂轮转角B₀为

B₀＝helixAgl+gapAgl (3)

由B₀可得到砂轮的法向量wheelnormalVect(X轴单位向量I绕Y轴转B₀角得到),

由砂轮几何参数界面传入算法中砂轮的相关参数计算砂轮二维坐标系下砂轮最高点的圆心坐标center，那么最高点距离砂轮边缘的距离为：

三段圆弧成型砂轮

两段圆弧成型砂轮distanceL＝A

两段圆弧一直线成型砂轮distanceL＝A₁

砂轮圆心坐标:

三段圆弧成型砂轮

(x₀,y₀,z₀)＝corepoint+(center(2)+R₃)*J-r0Dir*wh eelnormalVect*distanceL

两段圆弧成型砂轮、两段圆弧一直线成型砂轮

(x₀,y₀,z₀)＝corepoint+D*J-r0Dir*wheelnormalVect*distanceL (4)

其中I,J,K为X,Y,Z轴单位向量，r0Dir为控制砂轮使用那一端作为磨削端的参数；

经上述计算，砂轮圆心坐标(x₀,y₀,z₀)和砂轮转角(B₀,0)得求，从而钻头槽型确定，钻头槽型是砂轮在(x₀,y₀,z₀,B₀,0)位姿下干涉棒料形成的；为了让钻头槽型与钻头的其他工序周刃起点位置一致，需要将钻头开槽的周刃起点Z＝0处的切点摆正，摆正后恰好在Y轴上，此时Z轴需旋转一个转角C₀，计算C₀的过程就是确定刃线摆正旋转角的过程；

由于成型砂轮的砂轮磨削端圆弧比普通砂轮的砂轮圆弧大，此时砂轮与棒料接触的切点tangentpoint点位置即可能在成型砂轮磨削端砂轮圆的端面上也可能在磨削端圆弧上，为了确定tangentpoint坐标，采取的计算方法是，沿着砂轮轴向按照砂轮厚度将砂轮分成若干砂轮截面圆，由于B₀确定了砂轮面与刀具轴的夹角，从而确定砂轮圆截面截棒料的截型，截形有两情况，直槽时为直线，非直槽情况为椭圆，求当前砂轮宽widradius_i处砂轮截面到棒料截型的最短距离distance_i和交点point_i1,point_i2；其中，交点有两个，根据刀具切削方向左切还是右切选择使用的交点point_i；用此距离与当前厚度砂轮半径做差，差值最小点且小于规定误差的对应交点即为要求的切点tangentpoint，此时求出的切点不一定在建模坐标系XOY平面上，

当切点在XOY平面上，

当切点不在建模坐标系XOY平面上，根据切点在刃线上列方程组，空间点绕Z轴旋转θ角公式：

通过Y轴的刃线转θ角后参数方程：

其中，θ方向由右手定则判断，由切点tangentpoint在转过C₀后的刃线上，有方程组

f(C₀,tangentpoint(3))-tangentpoint＝0 (7)

解方程组(7)得到C₀；

砂轮转C₀摆正，那么棒料转-C₀摆正，再由(4)得到砂轮的初始位姿；

(x,y,z,B,C)＝(x₀,y₀,z₀,B₀,-C₀) (9)。