[发明专利]一种高阶切触包络式磨抛加工方法及其应用

说明书

本发明属于智能磨抛加工制造技术领域，具体涉及一种高阶切触包络式磨抛加工方法及其应用。所述方法包括：S1对工件曲面进行识别，选择凸曲面区域；S2对凸曲面区域进行曲面划分，得到多个扇形柱面及其加工位姿、包络角α和磨抛量；S3使其中一个扇形柱面与砂带接触并调整到其对应的加工位姿，工件与砂带之间的包络弧段的角度等于其包络角α；S4实时测量砂带与扇形柱面之间的接触力并反馈给控制单元，直至该扇形柱面的去除量等于磨抛量；S5重复步骤S3和S4，直至遍历所有扇形柱面，完成对工件的磨抛加工。本发明还公开了相应的应用。本发明的加工方法，实现对工件的高阶切触包络式磨抛加工，加工精度高，质量好，效率高。

技术领域

本发明属于智能磨抛加工制造技术领域，更具体地，涉及一种高阶切触包络式磨抛加工方法及其应用。

背景技术

随着科学技术的发展，复杂曲面在航空航天、汽车、船舶等领域的应用日益广泛。这些曲面不能由初等解析曲面组成，难以获得自由复杂曲面的精确解析解，因此复杂曲面的精加工是亟待解决的制造难题。

如图2所示，一阶切触时具有公共切平面；二阶切触时具有相同的曲率；三阶切触时具有相同的曲率和曲率导数，在磨削加工领域中尚无借助切触阶数的评价标准对磨抛加工的刀路进行规划的研究。砂带磨抛按基本结构形式，可以分为闭式和开式。这两类基本形式又均可分为接触轮式、压磨板式、自由式等磨抛形式。砂带磨抛加工至今仍广泛使用接触轮轮式磨抛。接触轮式磨抛加工适应性强、刀位规划简单，可以加工任意复杂曲面，但是加工性能较差，加工精度和效率比较低。而自由式磨抛加工不仅能改善磨削性能，而且可以在工件进给过程中通过调整工件的位姿、控制砂带的顺应包络，使得在接触的带状区域内砂带包络曲面充分逼近理论设计曲面，从而显著提高给定精度下的加工带宽，在加工凸曲面时能充分发挥自由式砂带磨抛的潜力。

如图3所示，接触轮式磨抛与工件为线切触，在刀触点处的切触阶可以通过非球头刀宽行五轴数控加工自由曲面的三阶切触法理论与方法达到三阶切触，并在两刀触点之间通过力控进行柔顺过渡。同时采用变步长的刀路点规划方法，使刀触点分布均匀，进一步提高磨削过程的性能，如图4所示。但现有技术中线接触抛磨加工方法存在如下不足：(1)虽然现有技术中采用多种办法对接触轮式磨抛进行性能提高，但其线接触的本质决定了其加工性能较差，加工精度和效率比较低；(2)接触轮式磨抛与工件为线切触，其磨抛力的测量及反馈变化频率较高，对磨抛装置的控制系统要求比较高，工件磨抛表面的平顺性比较差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种高阶切触包络式磨抛加工方法及其应用，通过对工件表面进行识别和划分，获得扇形柱面及其加工位姿、包络角和磨抛量等参数，实时测量砂带与工件之间的接触力，并控制工件的进给速度和驻留时间，实现对工件的高阶切触包络式磨抛加工，加工精度高，质量好，效率高。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种高阶切触包络式磨抛加工方法，包括如下步骤：

S1识别工件曲面上的凸曲面，并将该凸曲面作为磨抛加工区域；

S2对所述磨抛加工区域进行曲面划分，得到多个扇形柱面，并获得各个扇形柱面的加工位姿、包络角α和磨抛量；

S3机械手夹持工件运动，使工件中的一个扇形柱面调整到该扇形柱面对应的加工位姿，并使得砂带对该扇形柱面形成包络，其中，该扇形柱面与砂带之间的包络弧段的角度等于其包络角α；

S4转动砂带，实时测量砂带与所述扇形柱面之间的接触力并反馈给控制单元，控制单元根据磨抛量及测量的接触力，实时调整砂带的张力及转速，使其接触力维持在恒定范围内对所述扇形柱面进行磨抛加工，并控制所述扇形柱面的进给速度和驻留时间，直至该扇形柱面的去除量等于磨抛量，进入下一个扇形柱面的磨抛加工；

S5重复步骤S3和S4，直至遍历所有扇形柱面，完成对工件的磨抛加工。

进一步的，步骤S1中，识别工件曲面上的凸曲面具体包括如下步骤：