[发明专利]基于摇篮式五轴数控机床的杯形圆弧砂轮的在位修整方法

说明书

本发明公开了一种基于摇篮式五轴数控机床的杯形圆弧砂轮的在位修整方法，该修整方法用于超精密磨削中，目的是解决目前杯形圆弧砂轮不易修整的难题。该修整方法包括：将修整砂轮安装在数控机床的转台上，将待修整的杯形圆弧砂轮安装在机床主轴上；通过圆弧包络修整轨迹实现修整砂轮与待修整杯形圆弧砂轮内圆弧和外圆弧间歇修整对磨；通过已标定的激光位移传感器对砂轮进行在位测量。本发明修整方法对摇篮式五轴加工机床的杯形圆弧砂轮进行在位修整，解决了杯形圆弧砂轮因圆弧易干涉难修整的问题，该修整方法降低了砂轮磨损对工件高精度要求的影响，减少补偿加工次数，实现确定性加工，提高整个工件的加工效率和加工质量。

技术领域

本发明属于精密加工技术领域，特别涉及一种基于摇篮式五轴数控机床的杯形圆弧砂轮的在位修整方法。

背景技术

硬脆性材料具有高强度、高硬度、高耐磨性等优异性能，被广泛应用于光学、机械等国防、民用领域中。但该类材料脆性大、断裂韧性低，弹性极限与强度极限非常接近，当材料承受的载荷稍微超过弹性极限时就会发生断裂破坏。脆性材料的加工一般采用磨削的方式，磨削加工工序包含粗磨和精磨。硬脆材料的磨削主要使用的是金刚石磨粒砂轮，数控机床的砂轮由于磨削力的存在会导致磨削区域产生高温，并且砂轮在加工过程中由于挤压磨损会导致较多的磨粒磨损、脱落，使得工件表面发生高温烧伤、更多划痕，工件表面的正确的几何形状会丧失，不能满足加工精度的要求，并且砂轮表面磨粒不规则的分布引起周期性的修整会使得加工效率降低。杯形圆弧砂轮因其加工效率高被广泛应用于硬脆材料的加工。球面及非球面等光学元件的加工过程中，杯形圆弧砂轮的端面圆弧会被逐渐磨损，影响光学元件的加工精度，需要多次补偿才能达到元件磨削的高精度要求。与传统碟形圆弧砂轮修整方法相比，杯形圆弧砂轮旋转圆弧极易干涉，目前尚未有高效可行的杯形圆弧砂轮修整方法。

发明内容

针对现有领域中的空白，本发明提供了一种基于摇篮式五轴数控机床的杯形圆弧砂轮的在位修整方法，目的旨在解决杯形圆弧砂轮修整的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

基于摇篮式五轴数控机床的杯形圆弧砂轮的在位修整方法，包括如下步骤：

1)将待修整的杯形圆弧砂轮安装至五轴数控机床的刀具轴上，刀具轴运动由数控系统控制，进行XYZ三个方向的直线运动以及绕着刀具轴线的转动，将连接修整砂轮的夹具安装到数控机床的转台上，修整砂轮能够随转台进行YZ平面上的摆动及自转；

2)对刀，机床通过自身具有的测头测量出修整砂轮高度，在理论模型中输入参数进行对刀，或者通过接近对刀，使用塞尺进行修整砂轮与杯形圆弧砂轮对刀；修整砂轮通过轨迹包络实现对杯形圆弧砂轮的修整，在一个程序循环内首先对杯形圆弧砂轮内圆弧进行往复摆动修整N次，然后杯形圆弧砂轮平移其砂轮中径距离后，继续对杯形圆弧砂轮外圆弧修整N次，外圆弧修整后重新开始内圆弧修整，进行下个循环的修整，根据杯型圆弧砂轮磨损情况，设定对其修整循环次数；

3)利用已经标定的激光位移传感器测量杯形圆弧砂轮的修整面型，若面型精度达到设定精度要求后，停止修整。

本发明进一步的改进在于，修整砂轮的轨迹是通过修整砂轮包络杯形圆弧砂轮生成加工代码，修整砂轮摆动轨迹从0°摆动至90°，该轨迹在修整砂轮选用后即确定，杯形圆弧砂轮的轨迹通过二维运动与修整砂轮同步运动完成包络轨迹运动。

本发明进一步的改进在于，在一个修整循环内，该修整方法对杯形圆弧砂轮的内圆弧和外圆弧间歇修整。

本发明进一步的改进在于，杯形圆弧砂轮的中径尺寸因加工件的尺寸不同而尺寸范围为10～250mm；针对不同大小的杯形圆弧砂轮修整，修整砂轮与台面工装的连接轴长度不同，避免修整中与杯形圆弧砂轮干涉；对于大砂轮修整，连接轴采用阶梯轴提高修整砂轮刚性，修整砂轮通过阶梯轴与夹具相连接，夹具与转台通过螺旋安装。

本发明进一步的改进在于，所述的修整砂轮为圆柱形砂轮，通过旋转外圆面对杯形圆弧砂轮进行修整，材料是SiC。