一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法技术

一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，本发明专利技术涉及球头砂轮精密修整方法。本发明专利技术是要解决球头砂轮修整成本高，且难以获得较高的面型精度和尺寸精度的问题而提出的一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法。该方法基于碟片形电镀金刚石修整轮磨损量低的特点，设定修整轨迹实现球头砂轮的在位修整，通过对初步修整后球头砂轮面形轮廓的检测及双圆弧拟合得到面形误差方向及大小，最后在精密修整阶段对误差进行补偿，从而修整出表面为标准球面且目标半径为r的球头砂轮，本发明专利技术应用于球头砂轮精密修整领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及砂轮修整、误差判断及补偿方法，特别涉及一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法。
技术介绍
金刚石砂轮具有磨削效率高、加工质量好、使用寿命长等特点，是硬脆材料的理想的加工工具。其中金刚石球头砂轮的尺寸小，参与磨削面积大，尤其适用于大陡度非球内表面及复杂自由曲面的磨削，在光学、航空航天等领域有着广泛应用。在使用金刚石球头砂轮进行磨削的过程中，球头砂轮的面形精度会直接影响工件的面形精度，因此在磨削前必须对其进行在位精密修整。用于修整金刚石球头砂轮的的方法有很多，具有代表性的有：①采用旋转绿碳化硅碟片修整，该方法碳化硅的磨损快，难以获得较高的面型精度和尺寸精度；②车削法使用类似车削加工的方式，修整工具多为金刚石金属笔，成本比较高；③硬质合金挤压修整，成本较低，修整效率也较高，多用于粗磨时的砂轮修整，不能用于超精密加工领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决球头砂轮修整成本高，且难以获得较高的面型精度和尺寸精度的问题而提出的一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法。上述的专利技术目的是通过以下技术方案实现的：步骤一、将修整轮和激光测微仪安装在机床的x轴上，使修整轮回转轴线平行于机床的y轴，激光测微仪的激光光束平行于机床的z轴；球头砂轮安装在z轴上，球头砂轮回转轴线平行于z轴；步骤二、粗对刀，确定修整轮和球头砂轮的位置关系，确定修整运动起始点位置(x0,y0,z0)；步骤三、对球头砂轮进行粗修整；使用千分尺测量修整轮的半径R，球头砂轮修整的目标半径为r，以(x0,y0,z0)位置为起始点，以R+r为半径，使机床x轴和z轴联动进行圆弧插补对球头砂轮进行修整；其中，粗修整过程参数为：修整轮转速为1500～6000rpm、球头砂轮转速为500～3000rpm、修整轮对球头砂轮单次修整深度为1～5μm、修整轮修整过程中的进给速率为5～20mm/min。步骤四、粗修整后，基于双圆弧拟合方法对球头砂轮的面型误差进行计算得到x方向对刀的偏心误差Δx以及球头砂轮的半径误差Δr；步骤五、根据偏心差值Δx修正修整运动的起始位置为(x0+Δx,y0,z0)，修整出的球头砂轮表面为标准球面；根据球头砂轮的半径误差值Δr修正修整轨迹半径为R+Δr+r，则修整得到目标半径为r的球头砂轮。专利技术效果本专利技术利用碟片形电镀金刚石修整轮修整球头砂轮，工艺简单，成本低，使用方便。本专利技术可用于金刚石球头砂轮在位精密修整及面型补偿，具体应用于精密超精密加工领域。本专利技术的目的是提供一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，本专利技术的技术核心是基于碟片形电镀金刚石修整轮磨损量低的特点，设定修整轨迹实现球头砂轮的在位修整，通过对初步修整后球头砂轮面形轮廓的检测及双圆弧拟合得到面形误差方向及大小，最后在精密修整阶段对误差进行补偿。本专利技术易于实现，修整效率较高、精度高、实用性强，通过该方法可以得到高面型精度、高尺寸精度的金刚石球头砂轮。本专利技术的具体优点为：1)本专利技术所述的一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，具有较高的修整精度。实验结果显示修整后直径30mm、粒度3000#的树脂结合剂金刚石球头砂轮的尺寸误差小于10μm，通过该方法修整直径10-50mm的金刚石球头砂轮，修整后金刚石球头砂轮面形误差可小于5μm，且修整后的金刚石球头砂轮表面具有均匀的磨粒突出高度，有利于金刚石砂轮在磨削中获得较小的表面粗糙度。2)本专利技术所述的一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，成本低且修整效率高。对修整轴的精度及碟片形电镀金刚石修整轮的尺寸精度要求低，易于实现在位修整。3)本专利技术所述的一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，通过双圆弧拟合，能够准确的找到半球砂轮粗修整后的误差方向及大小，理论上一次补偿就能得到理想的圆弧精度和尺寸精度。该方法比旋转绿碳化硅碟片修整迭代补偿次数少，效率高，相比金刚石笔车削修整法成本低，又比硬质合金挤压修整精度高，因此在超精密磨削加工中有重要意义。附图说明图1为具体实施方式一提出的y方向对刀过程图；其中，1为碟片形电镀金刚石修整轮；2球头砂轮；图2为具体实施方式四提出的x方向对刀原理图；其中，1碟片形电镀金刚石修整轮；2球头砂轮；图3(a)为具体实施方式一提出的基于碟片形电镀金刚石砂轮的球头砂轮修整示意图；其中，1为碟片形电镀金刚石修整轮；2为球头砂轮；图3(b)为具体实施方式一提出的基于碟片形电镀金刚石砂轮的球头砂轮检测示意图；其中，3为激光测微仪；图4(a)为具体实施方式一提出的基于双圆弧拟合的误差补偿方法“未到心”示意图；图4(b)为具体实施方式一提出的基于双圆弧拟合的误差补偿方法“过心”示意图；图4(a)和(b)中1为理想砂轮轮廓(A'B'C')，圆心在O点，2为激光测微仪检测到的实际砂轮轮廓(ABC)，3为采用圆弧(DE,GF)拟合的两段轮廓图；图5(a)为实施例提出的理想半径r＝15mm球头砂轮修整误差分析及补偿过程中的粗修整后砂轮轮廓图；图5(b)为实施例提出的理想半径r＝15mm球头砂轮修整误差分析及补偿过程中的左侧轮廓拟合结果图；图5(c)为实施例提出的理想半径r＝15mm球头砂轮修整误差分析及补偿过程中的右侧轮廓拟合结果图；图5(d)为实施例提出的理想半径r＝15mm球头砂轮修整误差分析及补偿过程中的补偿修整后的砂轮轮廓图；图5(e)为实施例提出的理想半径r＝15mm球头砂轮修整误差分析及补偿过程中的补偿修整后的面型误差分布图；具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，具体是按照以下步骤进行的：步骤一、设与机床主轴回转轴线平行的方向为z轴，在机床的水平面上与z轴垂直的轴线为x轴，从而建立坐标系xyz；将修整轮和激光测微仪安装在机床的x轴上，使修整轮回转轴线平行于机床的y轴，激光测微仪的激光光束平行于机床的z轴；球头砂轮安装在z轴上，球头砂轮回转轴线平行于z轴；其中，x直线轴与z直线轴可联动实现圆弧插补；步骤二、粗对刀，确定修整轮和球头砂轮的位置关系，确定修整运动起始点位置(x0,y0,z0)；步骤三、对球头砂轮进行粗修整；使用千分尺测量修整轮的半径R，球头砂轮修整的目标半径为r，以(x0,y0,z0)位置为起始点，以R+r为半径，使机床x轴和z轴联动进行圆弧插补对球头砂轮进行修整，修整轨迹如图3中虚线所示；其中，粗修整过程参数为：修整轮转速为1500～6000rpm、球头砂轮转速为500～3000rpm、修整轮对球头砂轮单次修整深度为1～5μm、修整轮修整过程中的进给速率为5～20mm/min。步骤四、粗修整后，基于双圆弧拟合方法对球头砂轮的面型误差进行计算得到x方向对刀的偏心误差Δx以及球头砂轮的半径误差Δr；步骤五、根据偏心差值Δx修正修整运动的起始位置为(x0+Δx,y0,z0)，修整出的球头砂轮表面为标准球面；根据球头砂轮的半径误差值Δr修正修整轨迹半径为R+Δr+r，则修整得到目标半径为r的球头砂轮；修整运动为修整轮相对半球砂轮的圆弧插补运动；修整轨迹为修整轮相对半球砂轮的圆弧插补运动轨迹。本实施方式效果：1)本实施方式所述的一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，具有较高的修整精度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，其特征在于，该方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、将修整轮和激光测微仪安装在机床的x轴上，使修整轮回转轴线平行于机床的y轴，激光测微仪的激光光束平行于机床的z轴；球头砂轮安装在z轴上，球头砂轮回转轴线平行于z轴；步骤二、粗对刀，确定修整轮和球头砂轮的位置关系，确定修整运动起始点位置(x0,y0,z0)；步骤三、对球头砂轮进行粗修整；使用千分尺测量修整轮的半径R，球头砂轮修整的目标半径为r，以(x0,y0,z0)位置为起始点，以R+r为半径，使机床x轴和z轴联动进行圆弧插补对球头砂轮进行修整；其中，粗修整过程参数为：修整轮转速为1500～6000rpm、球头砂轮转速为500～3000rpm、修整轮对球头砂轮单次修整深度为1～5μm、修整轮修整过程中的进给速率为5～20mm/min；步骤四、粗修整后，基于双圆弧拟合方法对球头砂轮的面型误差进行计算得到x方向对刀的偏心误差Δx以及球头砂轮的半径误差Δr；步骤五、根据偏心差值Δx修正修整运动的起始位置为(x0+Δx,y0,z0)，修整出的球头砂轮表面为标准球面；根据球头砂轮的半径误差值Δr修正修整轨迹半径为R+Δr+r，则修整得到目标半径为r的球头砂轮。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，其特征在于，该方法具体是按照以下步骤进行的：步骤一、将修整轮和激光测微仪安装在机床的x轴上，使修整轮回转轴线平行于机床的y轴，激光测微仪的激光光束平行于机床的z轴；球头砂轮安装在z轴上，球头砂轮回转轴线平行于z轴；步骤二、粗对刀，确定修整轮和球头砂轮的位置关系，确定修整运动起始点位置(x0,y0,z0)；步骤三、对球头砂轮进行粗修整；使用千分尺测量修整轮的半径R，球头砂轮修整的目标半径为r，以(x0,y0,z0)位置为起始点，以R+r为半径，使机床x轴和z轴联动进行圆弧插补对球头砂轮进行修整；其中，粗修整过程参数为：修整轮转速为1500～6000rpm、球头砂轮转速为500～3000rpm、修整轮对球头砂轮单次修整深度为1～5μm、修整轮修整过程中的进给速率为5～20mm/min；步骤四、粗修整后，基于双圆弧拟合方法对球头砂轮的面型误差进行计算得到x方向对刀的偏心误差Δx以及球头砂轮的半径误差Δr；步骤五、根据偏心差值Δx修正修整运动的起始位置为(x0+Δx,y0,z0)，修整出的球头砂轮表面为标准球面；根据球头砂轮的半径误差值Δr修正修整轨迹半径为R+Δr+r，则修整得到目标半径为r的球头砂轮。2.根据权利要求1所述一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，其特征在于：步骤一所述修整轮为碟片形电镀金刚石砂轮，粒径可选90～300μm。3.根据权利要求1或2所述一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，其特征在于：步骤一所述球头砂轮为树脂结合剂金刚石砂轮，粒径1～60μm。4.根据权利要求3所述一种基于双圆弧拟合误差补偿的球头砂轮精密修整方法，其特征在于：步骤二中粗对刀，确定修整轮和球头砂轮的位置关系，确定修整运动起始点位置(x0,y0,z0)具体过程为：首先确定球头砂轮轴向最高点位在y方向的位置：沿y方向调整修整轮相对球头砂轮的位置，使球头砂轮轴向最高点位于碟片形修整轮上下底面之间的任意y方向位置坐标为y0；在y0位置上，沿x方向移动修整轮，z方向移动球头砂轮，分别在x轴正方向与x轴负方向相同的z坐标位置上使修整轮与球头砂轮表面接触，记录两次对应的x轴坐标x0r和x0l，则确定修整轮回转轴线与球头砂轮回转轴线相交的x0位置坐标为：x0＝(x0r+x0l)/2在x0和y0位置上，沿z方向移动球头砂轮，使球头砂轮与修整轮表面接触，记z轴方向的坐标为z0。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金虎，郭兵，赵清亮，张春雨，杨冰，顾兴士，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23