[发明专利]超声直刃刀的结构改进和磨削轨迹创新设计方法及系统

权利要求书

1.超声直刃刀的结构改进和磨削轨迹创新设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在分析超声直刃刀刀体结构的基础上提出刀刃圆滑过渡的模型；

步骤二，在直刃刀刀具根部中心建立工件坐标系XYZ，在此坐标系下建立刀刃圆滑过渡的模型，包括平行刀刃曲线、圆弧刀刃曲线和端部直刃曲线的数学模型；

步骤三，验证刀刃曲线是否圆滑过渡，检验刀刃曲线模型的正确性；

步骤四，根据超声直刃刀的加工工艺建立基于磨削动点P的局部坐标系X_LY_LZ_L；

步骤五，依据砂轮磨削姿态计算砂轮中心在局部坐标系下的位置，包括砂轮中心位置和砂轮轴矢量；

步骤六，通过坐标转换得到砂轮中心在工件坐标系下的表达式，得到砂轮关于超声刀刀刃圆滑过渡的磨削轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种超声直刃刀的结构改进和磨削轨迹创新设计方法，其特征在于：步骤一中，超声直刃刀刀体结构形状：上下、左右各自对称，单侧两条刀刃线的夹角为170°，且相应的刃面之间没有圆滑过渡。

3.根据权利要求1或2所述的一种超声直刃刀的结构改进和磨削轨迹创新设计方法，其特征在于：步骤二中，建立工件坐标系固定于工件上，坐标轴X与工件的轴线重合，坐标轴Y、Z的方向采用右手定则确定，该坐标系用于描述刀具的几何参数以及刀具的几何形状；基于工件坐标系建立的圆滑过渡的刀刃曲线如下：

(1)平行刀刃曲线:

(2)圆弧刀刃曲线：

(3)端部直刃曲线：

定义圆弧过渡之后的刀具几何参数:L1为平行刀刃长度，L₁＝H₁-c；R_t为圆弧刀刃的自定义半径；c为R_t的正弦值，c＝R_t·tan(α/2)；θ为刀具圆弧段对应的圆心角，即圆弧刃的切线与X轴方向的夹角，0≤θ≤10°；L2为工件坐标系原点到圆弧刀刃端点的直线距离，L₂＝H₁+c·cos(α)；α为端部直线刀刃曲线与X轴之间的夹角，即端部两直刃夹角的一半，α＝10°；a为刀尖宽度的一半，a＝b/2-(L-H₁)·tan(α)。

4.根据权利要求3所述的一种超声直刃刀的结构改进和磨削轨迹创新设计方法，其特征在于：步骤三中，在Matlab中验证刀刃曲线是否圆滑过渡，检验刀刃曲线模型的正确性。

5.根据权利要求4所述的一种超声直刃刀的结构改进和磨削轨迹创新设计方法，其特征在于：步骤四中，定义磨削动点P为砂轮磨削面边缘一点，基于磨削动点P建立局部坐标系X_LY_LZ_L，局部坐标系是由工件坐标系经过旋转变换和平移变换得到；局部坐标系的原点O位于刀刃线上，过该点作刀刃的切平面，该平面一定经过砂轮的中心，且砂轮直径在切平面面上的半径即为砂轮的真实半径R_g；定义刀刃曲线的切线方向为坐标系X_L，坐标轴Y_L是在刀刃曲线的法线方向上，坐标轴Z_L是在刃面上；局部坐标系用于确定砂轮加工刀具不同部位的相对位置，并用来求解磨削刃面时砂轮的磨削轨迹，该坐标系随着刀刃曲线上的磨削点一起运动。

6.根据权利要求5所述的一种超声直刃刀的结构改进和磨削轨迹创新设计方法，其特征在于：步骤五中，磨削加工超声刀具所用的砂轮为CBN碗型砂轮，磨削方法是用碗型砂轮的大端面磨削加工刃面，上下两刃面自然形成刀刃；定义砂轮中心为砂轮磨削面的几何中心,通过具体的磨削工艺方法，定义砂轮磨削刃面的姿态，基于此磨削姿态求解砂轮中心在法截面坐标系下的位置。