[发明专利]一种基于离散点云原理螺旋槽磨削工艺系统建立方法

说明书

本发明公开了一种基于离散点云原理螺旋槽磨削工艺系统建立方法，其包括根据砂轮与工件的几何特征，分别建立砂轮与工件数学模型；将砂轮与工件数学模型分别进行参数数值离散后得到砂轮与工件的离散化模型；根据螺旋刀槽的螺旋角、前角、芯厚设计参数变换得到砂轮位于初始磨削位姿时的离散模型，根据砂轮的磨削位姿离散模型按螺旋运动数学参数模型所规定的路径绕工件轴向做螺旋运动；由砂轮运动轨迹进而可以得到离散砂轮模型的CLSF文件，CLSF文件根据五轴磨床的结构特点进行后置处理后，得到加工代码。本发明实现了螺旋刀槽由建立数学模型到建立仿真磨削模型的全部过程，提供了一种连续的螺旋槽CAD/CAM建模算法。

技术领域

本发明涉及数控磨床领域，尤其涉及一种基于离散点云原理螺旋槽磨削工艺系统建立方法。

背景技术

刀槽是刀具加工中最为重要、关键和耗时的步骤，刀槽的几何特征(螺旋角、芯厚、前角、刀槽数目等)对刀具的切削性能(切削力、切削温度)、排屑能力、刚度以及使用寿命具有较大影响。刀槽磨削过程中，起主要切削作用的刀刃及前刀面也随之产生，此两者对工件表面质量及加工效率起着决定性作用。螺旋槽应用于钻头、铰刀、立铣刀等刀具，相较直槽及斜直槽而言，螺旋刀槽的切削刃长、切削力小、切削稳定性高、加工工件表面粗糙度值小、容屑性能好。因此，对螺旋槽形成原理及参数化建模进行研究是很有必要。

螺旋刀槽一般由砂轮磨制而成，在已知砂轮磨削路径的情况下，螺旋槽的加工成形求解原理有两种：1)正向求解，已知标准砂轮回转面求解螺旋槽曲面；2)反向求解，已知螺旋槽曲面求解成型砂轮回转面。现多采用正向求解，反向求解得到的成型砂轮需进行定制，增加成本，且磨损后修磨困难，不利于标准化生产。正向求解方法又可分为以下三种：①解析法，以齿轮啮合原理为基础，认为螺旋槽是砂轮螺旋运动包络刀具工件(以下简称工件)形成的，求解砂轮与工件的接触线条件后则可根据已知标准砂轮回转面解析式求解得到螺旋槽曲面解析式；②图形法，以离散原理为基础，求解离散化后砂轮与工件的交点即为螺旋槽曲面离散点，将其投影于工件端截面后进行变换处理，获得螺旋槽端截面的边界轮廓点；③布尔运算法，以布尔运算原理为基础，结合以UG等为代表的三维软件进行二次开发，使建立的砂轮三维模型不断沿其磨削路径运动，工件三维模型同时做布尔运算，最终可得到刀槽的三维模型。上述的三种方法各有优缺点，解析法求解出来的螺旋槽曲面为数学解析式，精度高但只适用于砂轮回转面较为简单的情况。图形法及布尔运算法适用于砂轮回转面较为复杂的情况，图形法采用离散点进行迭代求解处理，布尔运算的“减”运算过程是间断不连续的，虽然两者相较解析法而言求解精度稍低，但是可以通过合理的方式提高建模精度，且随着各种刀具产品设计制造愈发复杂且日趋数字化、计算机数据处理能力及运算精度不断提高，图形法及布尔运算法拥有广阔及光明的应用前景。

螺旋刀槽的三维数字模型借助任意三维建模软件都是容易实现的，但关键之处在于保证刀具设计参数与实际参数的误差在合理范围内，在以往的刀槽建模过程中，刀槽的数学模型及虚拟仿真与刀槽实际磨削是互相割裂的，这就导致了磨削刀槽后的实际参数误差较大。

发明内容

本发明提供一种基于离散点云原理螺旋槽磨削工艺系统建立方法，以克服磨削刀槽后的实际参数误差较大的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于离散点云原理螺旋槽磨削工艺系统建立方法，包括如下步骤：

步骤1，根据砂轮与工件的几何特征，在砂轮坐标系中，建立砂轮数学模型；在工件坐标系中，建立工件数学模型；

步骤2，根据砂轮与工件的几何位置关系转换二者的坐标系，以工件坐标系为基准，将砂轮数学模型转换到工件坐标系中，将砂轮数学模型和工件数学模型进行参数数值离散后得到砂轮离散化模型和工件离散化模型；

步骤3，根据工件及砂轮的初始安装位置，基于三维空间旋转变换，根据螺旋刀槽的螺旋角、前角、芯厚设计参数变换得到砂轮初始磨削位姿离散模型；