[发明专利]一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法和装置

权利要求书

1.一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤1：测量平面修整砂轮半径；

步骤11：三轴联动数控机床包括X、Y和Z轴，将位移传感器固定在机床主轴上，并利用机床手轮移动机床X轴和Z轴，将所述位移传感器移动到所述平面修整砂轮圆周面最高点处，移动机床Z轴，使位移传感器读数为0，记录当前的机床坐标值（x₁，z₁）；

步骤12：移动机床X轴，移动距离范围为30mm~80mm，移动机床Z轴使位移传感器读数为0，记录当前的机床坐标值（x₂，z₂）；

步骤13：根据两次机床坐标值计算平面修整砂轮半径，计算公式如下：

；

步骤2：根据平面修整砂轮半径对机床进行修整，实现平面修整砂轮和杯型圆弧砂轮的对刀；

采用分中法对刀，分别对机床Y轴方向、X轴方向和Z轴方向进行对刀；其中对刀过程具体为：

步骤21：Y方向对刀；令杯型圆弧砂轮与平面修整砂轮低速自转，利用机床手轮移动机床Y轴，使杯型圆弧砂轮圆弧面与平面修整砂轮一端面接触，将此时机床Z轴和Y轴坐标设置为0；保持机床X轴不动，移动机床Z轴，使杯型圆弧砂轮高于平面修整砂轮后，移动机床Y轴，使杯型圆弧砂轮越过平面修整砂轮，且远离平面修整砂轮另一端面3mm~5mm；再移动机床Z轴到0，然后保持机床X轴和Z轴坐标不动，移动机床Y轴使杯型砂轮圆弧面与平面修整砂轮另一端面接触，此时机床Y轴坐标为y₃，将机床Y坐标设置为y₃/2；

步骤22：X方向对刀；令杯型圆弧砂轮与平面修整砂轮低速自转，将机床Y轴移动到0坐标位置，利用机床手轮移动机床X轴，使杯型圆弧砂轮圆弧面与平面修整砂轮圆周面一侧接触，将此时机床X轴坐标设置为0；然后保持机床Y轴不动，移动机床Z轴，使杯型圆弧砂轮高于平面修整砂轮后，移动机床X轴，使杯型圆弧砂轮越过平面修整砂轮，且远离平面修整砂轮圆周面另一侧3mm~5mm；再移动机床Z轴至原位置，保持机床Y轴和Z轴坐标不动，移动机床X轴使杯型砂轮圆弧面与平面修整砂轮圆周面另一侧接触，此时机床X轴坐标为x₃，将机床X坐标设置为[x₃/2+(D/2-r_w)]，x₃≤0，或者设置为[x₃/2-(D/2-r_w)]，x₃0，其中D和r_w分别为杯型圆弧砂轮直径和圆弧修整半径；

步骤23：Z方向对刀；令杯型圆弧砂轮与平面修整砂轮低速自转，将机床X轴和Y轴移动到0坐标位置，利用机床手轮移动机床Z轴，使杯型圆弧砂轮底面与平面修整砂轮圆周面接触，将此时Z轴坐标设置为r_w+r_gc；

步骤3：设定修整参数，机床根据修整参数利用所述平面修整砂轮采用轮廓复印原理对所述杯型圆弧砂轮进行修整；

控制杯型圆弧砂轮在机床XZ平面做圆弧插补往复运动，同时在Y向做往复运动，完成对杯型圆弧砂轮的修整，其中圆弧插补运动轨迹如下式所示：

式中：i为当前修整细分数；j为当前修整次数；h为平面修整砂轮宽度；d_p为修整进给量；m为修整细分数；

步骤31：对三轴联动数控机床设置参数；在机床数控程序中输入平面修整砂轮半径r_gc、杯型圆弧砂轮圆弧半径r_w、杯型圆弧砂轮圆弧包角、平面修整砂轮转速n_gc、杯型圆弧砂轮转速n_w、进给速度v、修整细分数m、修整进给量d_p和修整次数n；

步骤32：按照设定参数计算所述杯型圆弧砂轮的圆弧插补运动轨迹，运行机床数控程序，令杯型圆弧砂轮和平面修整砂轮自转，控制机床X轴、Y轴和Z轴按照圆弧插补运动轨迹进行移动实现初始修整；

在初始修整的同时，进行修整液循环过滤，运行机床数控程序，控制修整液循环过滤系统工作，水泵将修整液存储罐里含有矿物油的过滤水泵出，经过过滤器过滤后喷淋到杯型圆弧砂轮和平面修整砂轮表面的接触位置，再经由接水盘自然回流到修整液存储罐中；

步骤33：对杯型圆弧砂轮形貌进行在位监测；

令杯型圆弧砂轮低速自转，采用机床主轴上的位移传感器沿Z轴方向低速进给，测量获得杯型圆弧砂轮表面三维形貌，并计算杯型圆弧砂轮轮廓偏差；

步骤34：根据杯型圆弧砂轮轮廓偏差对所述杯型圆弧砂轮进行补偿修整；

若杯型圆弧砂轮轮廓偏差大于2μm，则将杯型圆弧砂轮轮廓偏差作为补偿量叠加到圆弧插补运动轨迹中，直至杯型圆弧砂轮轮廓偏差小于或等于2μm，补偿修整运动轨迹如下式所示：

式中：k为预先设定的修整系数，取值在0~1之间；为杯型圆弧砂轮圆弧包角；i为当前修整细分数；m为修整细分数。

2.根据权利要求1所述的一种杯型圆弧砂轮高效精密在位修整方法，其特征在于，采用的装置包括三轴联动数控机床、砂轮修整器、平面修整砂轮和修整液循环过滤系统；

其中，所述砂轮修整器安装在所述三轴联动数控机床的机床工作台上，所述平面修整砂轮通过法兰固定在砂轮修整器主轴上，杯型圆弧砂轮安装在所述三轴联动数控机床的机床主轴上；所述机床工作台和所述机床主轴上均安装有位移传感器；

所述修整液循环过滤系统包括接水盘、修整液回收管、修整液喷淋管、水泵、过滤器和修整液存储罐；所述修整液回收管一端连通所述接水盘底部，另一端连通所述修整液存储罐的进液口；所述修整液存储罐的出液口通过水泵连接所述过滤器的进液口，所述过滤器的出液口连通所述修整液喷淋管的一端，所述修整液喷淋管的另一端固定在所述接水盘上方开口；所述接水盘包绕所述平面修整砂轮和所述杯型圆弧砂轮。