專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)變換的數(shù)控砂輪磨削加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械加工處理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)變換的數(shù)控砂輪磨削加工方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)控的砂輪磨削加工過(guò)程中，常見(jiàn)的加工方式包括機(jī)械靠模仿形磨削加工、無(wú)靠模的全數(shù)控磨削、實(shí)時(shí)插補(bǔ)技術(shù)、砂輪修整和補(bǔ)償?shù)取Ｈ欢?，?duì)于現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)控磨削方式，仍然存在著以下缺陷由于數(shù)控磨床自身運(yùn)動(dòng)學(xué)特性以及幾何誤差，容易引起砂輪在磨削過(guò)程中磨削點(diǎn)的實(shí)際軌跡與理想軌跡之間產(chǎn)生較大的偏差，并直接導(dǎo)致被加工工件的幾何精度及尺寸精度降低的問(wèn)題。申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810072430. 9的專(zhuān)利文獻(xiàn)中，公開(kāi)了一種楔形非球面的磨削 加工方法，該方法通過(guò)采用金剛石圓弧砂輪加工工具，利用工件固定工具三軸聯(lián)動(dòng)的加工方式，提出了適用于楔形非球面加工的表面點(diǎn)測(cè)量及加工軌跡規(guī)劃方法。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010208907.9的專(zhuān)利文獻(xiàn)中，提到了一種基于砂輪包絡(luò)廓形的復(fù)雜曲面數(shù)控磨削方法，其利用數(shù)控運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償砂輪幾何誤差，以便對(duì)復(fù)雜曲面執(zhí)行精密加工。申請(qǐng)?zhí)枮镃N200510026590. 6的專(zhuān)利文獻(xiàn)中，提到了一種復(fù)雜曲線(xiàn)磨削過(guò)程中的砂輪法向跟蹤方法
坐寸o然而，上述方法均沒(méi)有考慮數(shù)控磨床基于本身運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及幾何誤差的偏差對(duì)被加工件的幾何精度和尺寸精度影響。因此，不能夠有效解決磨削點(diǎn)運(yùn)動(dòng)偏差的問(wèn)題，存在進(jìn)一步改進(jìn)以便提高磨削加工質(zhì)量的必要。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和技術(shù)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)變換的數(shù)控砂輪磨削加工方法，其能夠在對(duì)加工路徑的校正過(guò)程中較大程度地解決數(shù)控磨床的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性以及幾何誤差所造成的不利影響，相應(yīng)降低磨削點(diǎn)運(yùn)動(dòng)偏差，提高磨削加工質(zhì)量。按照本發(fā)明，提供了一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)變換的數(shù)控砂輪磨削加工方法，該方法包括(I)為待加工的工件生成初始砂輪加工路徑，并對(duì)該初始砂輪加工路徑執(zhí)行離散化處理以產(chǎn)生多個(gè)離散點(diǎn)；(2)在砂輪架驅(qū)動(dòng)軸的移動(dòng)范圍內(nèi)選擇多個(gè)非線(xiàn)性的位置點(diǎn)并進(jìn)行幾何精度檢測(cè)，根據(jù)這些位置點(diǎn)構(gòu)成三維空間并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由此生成多個(gè)立方體網(wǎng)格單元；(3)找到分別包含各個(gè)所述離散點(diǎn)的立方體網(wǎng)格單元，然后計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)在其所處立方體網(wǎng)格單元中的體積誤差矢量；(4)利用步驟(3)所算出的體積誤差矢量，對(duì)各個(gè)離散點(diǎn)依照其所對(duì)應(yīng)的體積誤差矢量執(zhí)行三維空間的轉(zhuǎn)換，由此生成經(jīng)過(guò)補(bǔ)償修正后的新的多個(gè)離散點(diǎn)；(5)利用步驟(4)所生成的新的多個(gè)離散點(diǎn)，通過(guò)擬合方式生成新的砂輪加工路徑，并利用該加工路徑對(duì)待加工工件執(zhí)行磨削處理，由此完成整個(gè)磨削加工過(guò)程。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(I)中，所述初始砂輪加工路徑包括砂輪的移動(dòng)命令、砂輪的初始加工位置、砂輪的終止加工位置等在內(nèi)的相關(guān)信息。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(3)中，通過(guò)迭代算法來(lái)找出分別包含各個(gè)所述離散點(diǎn)的立方體網(wǎng)格單元。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(3)中，當(dāng)離散點(diǎn)處于立方體網(wǎng)格單元的表面時(shí)，通過(guò)直接測(cè)量的方式獲得其在X、Y、Z軸方向上的體積誤差矢量；當(dāng)離散點(diǎn)處于立方體網(wǎng)格單元的內(nèi)部時(shí)，其具體計(jì)算過(guò)程如下(a)獲得各個(gè)離散點(diǎn)的坐標(biāo)值(xpi，ypi, Zpi),同時(shí)在該離散點(diǎn)所位于的立方體網(wǎng)格單元上選取一個(gè)立方體頂點(diǎn)作為計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，并分別獲取該頂點(diǎn)的坐標(biāo)值(xei, yci, zei),其中i = 1，2，3，. .，m，m等于對(duì)初始砂輪加工路徑執(zhí)行離散化處理所獲得離散點(diǎn)的總數(shù)；(b)利用下列表達(dá)式，分別計(jì)算出與所述離散點(diǎn)相關(guān)的中間變量無(wú)量綱參數(shù)ri、Si和\，其中dx、dy、dz分別表示離散點(diǎn)所處的立方體網(wǎng)格單元在X、Y、Z軸方向上的長(zhǎng)度r4= (xpi-xci)/dxSi=(ypi-yci)/dyti= (zpi-zci)/dz(c)將步驟(b)所算出的中間變量ri、Si和\代入到下列表達(dá)式中，由此分別獲得各個(gè)離散點(diǎn)與其所處立方體網(wǎng)格單元各個(gè)頂點(diǎn)的方向參數(shù)Ii1I8 Ii1=(I-ITi) (I-Si) (1-ti)Vri(I-Si)(Hi)ha^Sid-tj)Ii4=(I-ITi) Si (1-t)K5=(ITi) (I-Si)Ii6=Iri (I-Si) hK8=(ITi) Sjti(d)將所獲得的各個(gè)方向參數(shù)h^h8代入到下列表達(dá)式中，由此計(jì)算得出該離散點(diǎn)
在X、Y、Z軸方向上的體積誤差矢量E (Xi, Yi, Zi)，其中Ek也即E^E8為各個(gè)離散點(diǎn)與其所處
立方體網(wǎng)格單元各個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)差值矢量
權(quán)利要求
1.一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)變換的數(shù)控砂輪磨削加工方法，該方法包括 (O為待加工的工件生成初始砂輪加工路徑,并對(duì)該初始砂輪加工路徑執(zhí)行離散化處理以產(chǎn)生多個(gè)離散點(diǎn)； (2)在砂輪架驅(qū)動(dòng)軸的移動(dòng)范圍內(nèi)選擇多個(gè)非線(xiàn)性的位置點(diǎn)，根據(jù)這些位置點(diǎn)構(gòu)成三維空間并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由此生成多個(gè)立方體網(wǎng)格單元； (3)找到分別包含各個(gè)所述離散點(diǎn)的立方體網(wǎng)格單元，然后計(jì)算各個(gè)離散點(diǎn)在其所處立方體網(wǎng)格單元中的體積誤差矢量； (4)利用步驟(3)所算出的體積誤差矢量，對(duì)各個(gè)離散點(diǎn)依照其所對(duì)應(yīng)的體積誤差矢量執(zhí)行三維空間的轉(zhuǎn)換，由此生成經(jīng)過(guò)補(bǔ)償修正后的新的多個(gè)離散點(diǎn)； (5)利用步驟(4)所生成的新的多個(gè)離散點(diǎn)，通過(guò)擬合方式生成新的砂輪加工路徑，并 利用該加工路徑對(duì)待加工工件執(zhí)行磨削處理，由此完成整個(gè)磨削加工過(guò)程。
2.如權(quán)利要求I所述的數(shù)控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述初始砂輪加工路徑包括砂輪的移動(dòng)命令、砂輪的初始加工位置、砂輪的終止加工位置等在內(nèi)的相關(guān)信息。
3.如權(quán)利要求I或2所述的數(shù)控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(3)中，通過(guò)迭代算法來(lái)找出分別包含各個(gè)所述離散點(diǎn)的立方體網(wǎng)格單元。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的數(shù)控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(3)中，當(dāng)離散點(diǎn)處于立方體網(wǎng)格單元的表面時(shí)，通過(guò)直接測(cè)量的方式獲得其在X、Y、Z軸方向上的體積誤差矢量；當(dāng)離散點(diǎn)處于立方體網(wǎng)格單元的內(nèi)部時(shí)，其具體計(jì)算過(guò)程如下 (a)獲得各個(gè)離散點(diǎn)的坐標(biāo)值(xpi，ypi,zpi),同時(shí)在該離散點(diǎn)所處的立方體網(wǎng)格單元上選取一個(gè)立方體頂點(diǎn)作為計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，并分別獲取該頂點(diǎn)的坐標(biāo)值(χ?！?yci, Zei),其中i =·1，2，3，. .，m，m等于對(duì)初始砂輪加工路徑執(zhí)行所述離散化處理所獲得離散點(diǎn)的總數(shù)； (b)利用下列表達(dá)式，分別計(jì)算出與所述離散點(diǎn)相關(guān)的中間變量無(wú)量綱參數(shù)ri、Si和\，其中dx、dy、dz分別表示離散點(diǎn)所處的立方體網(wǎng)格單元在X、Y、Z軸方向上的長(zhǎng)度 Ti= (xpi-xci)/dx Si=(ypi-yci)/dy tf (Zpi Zci) /dz (c)將步驟(b)所算出的中間變量ri、Si和\代入到下列表達(dá)式中，由此分別獲得各個(gè)離散點(diǎn)與其所處立方體網(wǎng)格單元各個(gè)頂點(diǎn)的方向參數(shù)Ii1Ii8 Ii1=(I-Iri) (I-Si) (1-ti)K2^i(I-Si) (1-ti)hs^iSid-tj) Ii4=(I-Iri) Si (1-ti) Ii5=(I-Iri) (I-Si) h h6=ri (I-S^ti h7_risiti h8= (I-ITi) Siti (d)將所獲得的各個(gè)方向參數(shù)IllI8代入到下列表達(dá)式中，由此計(jì)算得出各個(gè)離散點(diǎn)在X、Y、Z軸方向上的體積誤差矢量E (Xi，yi，Zi)，其中Ek也即E^E8為各個(gè)離散點(diǎn)與其所處立方體網(wǎng)格單元各個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)差值矢量
5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的數(shù)控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(4)中，采用遞歸算法來(lái)執(zhí)行對(duì)各個(gè)離散點(diǎn)的所述補(bǔ)償修正過(guò)程。
6.如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的數(shù)控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(4)后，通過(guò)壓縮算法對(duì)所生成的新的多個(gè)離散點(diǎn)執(zhí)行剔除處理，以淘汰冗余點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)控砂輪磨削加工方法，其特征在于，對(duì)于所述剔除處理以淘汰冗余點(diǎn)的過(guò)程，其中 當(dāng)多個(gè)離散點(diǎn)被擬合為線(xiàn)性路徑時(shí)，通過(guò)以下表達(dá)式來(lái)計(jì)算確定最小二乘法公式
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)變換的數(shù)控砂輪磨削加工方法，包括生成初始砂輪加工路徑并執(zhí)行離散化處理以產(chǎn)生多個(gè)離散點(diǎn)；在砂輪架驅(qū)動(dòng)軸的移動(dòng)范圍內(nèi)選擇位置點(diǎn)，并根據(jù)這些位置點(diǎn)網(wǎng)格劃分生成多個(gè)立方體網(wǎng)格單元；找到分別包含各個(gè)離散點(diǎn)的立方體網(wǎng)格單元，然后計(jì)算離散點(diǎn)在所處網(wǎng)格單元中的體積誤差矢量；利用體積誤差矢量對(duì)各個(gè)離散點(diǎn)執(zhí)行轉(zhuǎn)換，由此生成新的多個(gè)離散點(diǎn)；通過(guò)擬合方式生成新的砂輪加工路徑并執(zhí)行相應(yīng)的磨削處理。本發(fā)明中還公開(kāi)了對(duì)計(jì)算體積誤差矢量和點(diǎn)壓縮處理方式的改進(jìn)。通過(guò)本發(fā)明，能夠有效降低由于數(shù)控磨床運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及幾何誤差所引起的實(shí)際磨削軌跡與理想磨削軌跡之間的偏差，相應(yīng)提高加工的幾何精度和尺寸精度。
文檔編號(hào)B24B51/00GK102785166SQ20121024936
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者張國(guó)軍, 張尚, 彭碧, 李明震, 柳懿麟, 邵新宇, 黃禹 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)