[发明专利]随动磨削刀具轨迹及圆弧拼接数控程序创成和加工方法

说明书

本发明公开一种具有非圆轮廓曲线回转体的随动磨削刀具轨迹及其光滑圆弧拼接数控程序创成和加工方法，创成方法包括：首先，进给控制曲线由切线进刀、螺旋进刀、光磨、切线退刀4部分光滑连接构成；其次，以非圆轮廓曲线为基础构建扩展的数控刀具轨迹，最后将由进给控制曲线和和扩展的数控刀具轨迹叠加形成随动磨削刀具轨迹，在满足一阶连续性的前提下将随动磨削刀具轨迹采用直线和圆弧分段拼合，将直线和圆弧的参数按照数控程序格式化输出得到非圆随动磨削数控程序。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：进给参数可调，加工质量高、精度高，代码由硬件执行具有加工速度快、可靠性高等特性。

技术领域

本发明属于机械工程领域，特别涉及一种具有非圆轮廓曲线回转体的随动磨削刀具轨迹及其光滑圆弧拼接数控程序创成和加工方法。

背景技术

横剖面中具有非圆轮廓曲线的回转体在工业中广泛应用，例如汽车油泵中的凸轮，汽车发动中的配气凸轮及曲轴等，这类零件通常为整台设备的关键零件之一，其制造精度对整台设备的性能具有重大影响。这类回转体表面的共性特征在于：当零件绕其回转中心旋转时，其横剖面曲线轮廓的极径为其极角的非线性函数，显然普通的内外圆磨床上难以完成这类零件的加工。从加工的原理上，当采用回转体刀具的外圆加工这类零件时，例如用半径为R的砂轮外圆磨削这类非圆轮廓曲线，在直角坐标系中，砂轮中心的轨迹为非圆轮廓曲线的法向R等距线，称为直角坐标系刀具轨迹。当采用砂轮的径向进给运动匹配工件的旋转运动完成这类在横剖面中具有非圆轮廓曲线的回转体的磨削时，称为随动磨削。随动磨削时，将直角坐标系中刀具轨迹转换到其极坐标系中，得到工件的旋转角度和对应等的砂轮中心距离工件回转中心距离，称这种在极坐标系描述的工件旋转和砂轮进给之间的非线性曲线称为随动磨削刀具轨迹。通常数控系统不能直接识别随动磨削刀具轨迹，必须将其转换成数控系统能够识别的格式。

对于这类横剖面具有非线性轮廓的回转体表面精密加工，早期主要采用仿形磨削进行加工，这种加工方法存在其加工精度主要取决于母凸轮及机床的精度，柔性较差难以适应产品更换的缺陷。随着数控技术的发展，为了满足这类零件的加工出现了数控凸轮磨床，如德国JUNKER、美国LANDIS、日本TOYADA等机床，这些机床具有高精度、高效率及具备柔性加工的特点，然而未见公开的文献描述其内部核心技术：随动磨削刀具轨迹的创成方法。对于成熟的数控系统，如：西门子、法兰克等均提供了一种称为曲线表的编程方式来解决具有非圆轮廓曲线零件的数控加工，曲线表编程方式可用于随动磨削，但曲线表功能通常不是数控系统的基本模块，需要机床制造商要付出额外费用。由于曲线表编程方式的内部工作机制及其参数的选择没有完全公开，这将导致应用曲线表编程方式难以在高精度和高效率之间进行平衡。

公开日为2009年9月2日的中国专利申请公布第CN101518888A号，公开了一种曲轴连杆颈的随动磨削数控加工程序的生成方法，其基于仿形思想采用测量装置得到曲轴连杆颈数控随动磨削刀具轨迹曲线，该方法存在仿形装置的制造误差及测量误差，难以实现对高精度曲轴磨削的数控编程需求，难以满足一般性非圆轮廓曲线随动磨削的编程需求。随动磨削是在砂轮的径向进给运动配合工件旋转的工艺过程中完成的，目前公开文献缺少紧密结合随动磨削工艺过程的随动磨削数控编程方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有非圆轮廓曲线回转体的随动磨削刀具轨迹及其光滑圆弧拼接数控程序创成和加工方法，以解决上述技术问题。本发明具体包括：提出进给控制曲线创成方法，实现对非圆随动磨削中砂轮和工件之间相对运动的工艺过程进行描述；基于待加工非圆轮廓曲线生成扩展曲线，以进给控制曲线和扩展的理论刀具轨迹曲线为基础，两者叠加得到随动磨削刀具轨迹曲线；基于数控系统自带的直线和圆弧插补指令，将随动磨削刀具轨迹采用圆弧段或直线段分段进行光滑拼接，并将拼接得到的直线段和圆弧段参数按照数控系统的格式进行格式化输出，得到相应非圆轮廓曲线的随动磨削数控程序。本发明可应用于非圆轮廓曲线回转体表面的随动磨削中，如盘状凸轮、曲轴等的随动磨削中。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：