一种叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法技术

本发明专利技术公开了一种叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法，其包括如下步骤：步骤一，建立刀触点坐标系ξ

【技术实现步骤摘要】
一种叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法
本专利技术涉及叶片类零件的磨削加工，具体涉及一种叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法。
技术介绍
曲率突变的叶片类零件磨削加工时，法矢方向与刀轴矢量方向重合时磨削效果最好。但对于曲率突变的复杂曲面类零件，如果控制刀轴矢量与曲面法矢重合进行磨削加工，则会导致在磨削过程中因刀轴矢量突变过快产生零件边缘过切现象，与其他部位产生干涉，以及高档数控磨削设备运动轴超出运动线程。目前对曲率突变的叶片类零件边缘磨削一般采用分段磨削方式。在分段磨削过程中转角衔接处因调整速度变换刀轴位姿产生尖角现象，使其磨削边缘曲线不光滑，即容易产生废品零件；而且突变有时会因曲率突变过大产生干涉而不能加工。CN108415374A公开了一种基于机床旋转进给轴运动学特性的刀轴矢量光顺方法，该方法根据曲面几何特征，以等残余高度为约束生成加工刀轨。建立工件坐标系与机床坐标系的坐标转换关系，将刀触点对应的刀轴矢量序列转换为机床旋转进给轴的转角序列，并根据机床旋转进给轴角度变化确定待优化区间。基于四元数方法，计算待优化区间内刀触点对应的刀轴矢量坐标，并通过最小二乘拟合方法对优化后的机床旋转进给轴转角曲线光顺，对优化后的刀轴矢量进行干涉检查及调整。该方法有效减少加工过程中机床旋转进给轴的运动突变，实现平稳加工，提高了表面加工质量。其应用对象为五轴数控机床，由于刀具运动变化会严重的影响各轴的运动状态，所以建立数学模型时，需要约束各轴的运动状态和刀具突变引起的加工不连续问题，即需要将旋转工作台A的转轴与机床坐标系的X轴平行，旋转工作台C的转轴与机床坐标系的Z轴平行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法，其能够实现刀具在磨削过程中平缓加工，避免叶片类零件的曲率突变处出现过切或干涉现象，保证表面加工质量。本专利技术所述的叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法，其包括如下步骤：步骤一，建立刀触点坐标系ξ(L)和工件坐标系ξ(w)，ξ(L)＝[Pc；e1(L),e2(L),e3(L)]，Pc为当前时刻刀具与被加工曲面上刀触轨迹r(t)的接触点，e1(L)为刀触轨迹在切削点Pc处的单位切矢，e3(L)为被加工曲面r(u，v)在切削点Pc处的单位法矢量，e2(L)为矢量e1(L)和e3(L)的矢量积，刀轴矢量在工件坐标系中表示为：式中，α为刀具与工件接触面的后跟角，β为刀具与工件接触面的侧偏角；步骤二，将刀触点离散化处理，得到第i个刀触点处刀轴矢量与第i+1个刀触点处刀轴矢量的夹角θi,i+1，根据公式计算得到刀触点i和刀触点i+1之间的运动角速度ωi,i+1；步骤三，建立优化目标函数：式中，ωi,i+1为刀触点i和刀触点i+1之间的运动角速度，为刀具在刀触点和之间的运动距离，为刀触点处的进给速度，CS为刀处点处的可行加工空间。根据优化目标函数求出满足最小角速度的刀轴矢量姿态，解出数控磨床各轴的运动关系。进一步，所述步骤二中第i个刀触点处刀轴矢量与第i+1个刀触点处刀轴矢量的夹角θi,i+1的计算公式为：式中，θi,i+1为第i个刀触点处的刀轴矢量与i+1个刀触点处的刀轴矢量的夹角，为第i个刀触点处的刀轴矢量，αi为第i个刀触点处刀具与工件接触面的后跟角，βi为第i个刀触点处刀具与工件接触面的侧偏角，为第i+1触点处的刀轴矢量，αi+1为第i+1个刀触点处刀具与工件接触面的后跟角，βi+1为第i+1个刀触点处刀具与工件接触面的侧偏角。进一步，所述步骤二中刀触点i和刀触点i+1之间的运动角速度ωi,i+1为：式中，ωi,i+1为刀触点i和刀触点i+1之间的运动角速度，αi为第i个刀触点处刀具与工件接触面的后跟角，βi为第i个刀触点处刀具与工件接触面的侧偏角，αi+1为第i+1个刀触点处刀具与工件接触面的后跟角，βi+1为第i+1个刀触点处刀具与工件接触面的侧偏角，为刀具在刀触点和之间的运动距离，为刀触点处的进给速度。进一步，该方法适用于七轴六联动的数控砂带磨床。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：1、本专利技术根据特定的优化目标函数得到求出满足最小角速度的刀轴矢量，进而解出数控磨床各轴的运动关系，调整了曲率突变处的刀轴位姿突变分配到曲率平缓变化部分，实现了刀轴在曲率突变处的平滑过渡，保证了磨削加工曲线的光顺和加工过程的高效进行。2、本专利技术实现了叶片类曲率突变处的连续磨削，避免了因分段磨削造成的尖角或磨削曲线不光滑，提高了表面加工质量。3、本专利技术减少了刀轴矢量的突变情况，从而能够得到高档数控机床各轴较小的运动范围，减少了各轴由于剧烈运动导致机床的刚性结构不稳定，保证了机床各轴在限程范围内平稳、连续、高效进行磨削加工。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作详细说明。叶片类零件为：航空发动机精锻叶片的进排气边缘，磨削设备为：七轴联动数控砂带磨床，七轴联动数控砂带磨床与调整模块连接，在调整模块内设定该叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法，其包括如下步骤：步骤一，建立刀触点坐标系ζ(L)和工件坐标系ζ(w)，ξ(L)＝[Pc；e1(L),e2(L),e3(L)]，Pc为当前时刻刀具与被加工曲面上刀触轨迹r(t)的接触点，e1(L)为刀触轨迹在切削点Pc处的单位切矢，e3(L)为被加工曲面r(u，v)在切削点Pc处的单位法矢量，e2(L)为矢量e1(L)和e3(L)的矢量积，，e1(L)、e2(L)和e3(L)之间的关系为：r(t)表示刀具与被加工曲面上刀触轨迹r(t)的接触点，r(u，v)表示被加工曲面。刀轴矢量在工件坐标系中表示为：式中，α为刀具与工件接触面的后跟角，β为刀具与工件接触面的侧偏角。步骤二，将刀触点离散化处理，得到第i个刀触点处刀轴矢量与第i+1个刀触点处刀轴矢量的夹角θi,i+1，θi,i+1的计算公式为：式中，θi,i+1为第i个刀触点处的刀轴矢量与i+1个刀触点处的刀轴矢量的夹角，为第i个刀触点处的刀轴矢量，αi为第i个刀触点处刀具与工件接触面的后跟角，βi为第i个刀触点处刀具与工件接触面的侧偏角，为第i+1触点处的刀轴矢量，αi+1为第i+1个刀触点处刀具与工件接触面的后跟角，βi+1为第i+1个刀触点处刀具与工件接触面的侧偏角。根据公式计算得到刀触点i和刀触点i+1之间的运动角速度ωi,i+1；所述公式为：式中，ωi,i+1为刀触点i和刀触点i+1之间的运动角速度，αi为第i个刀触点处刀具与工件接触面的后跟角，βi为第i个刀触点处刀具与工件接触面的侧偏角，αi+1为第i+1个刀触点处刀具与工件接触面的后跟角，βi+1为第i+1个刀触点处刀具与工件接触面的侧偏角，为刀具在刀触点和之间的运动距离，为刀触点处的进给速度。步骤三，建立优化目标函数：式中，ωi,i+1为刀触点i和刀触点i+1之间的运动角速度，为刀具在刀触点和之间的运动距离，为刀触点处的进给速度，CS为刀处点处的可行加工空间。根据优化目标函数求出满足最小角速度的刀轴矢量姿态，解出七轴联动数控砂带磨床各轴的运动关系，具体求解过程为：首先通过优化目标函数解出满足条件的刀轴矢量变化角：然后确定该变化角下的刀轴矢量为：再通过刀触点坐标系ξ(L)和工件坐标系ξ(w)的变换关系，得到刀轴矢量在刀触点坐标系ξ(L)的解为：将优化后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，建立刀触点坐标系ξ

【技术特征摘要】
1.一种叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，建立刀触点坐标系ξ(L)和工件坐标系ξ(w)，ξ(L)＝[Pc；e1(L),e2(L),e3(L)]，Pc为当前时刻刀具与被加工曲面上刀触轨迹r(t)的接触点，e1(L)为刀触轨迹在切削点Pc处的单位切矢，e3(L)为被加工曲面r(u，v)在切削点Pc处的单位法矢量，e2(L)为矢量e1(L)和e3(L)的矢量积，刀轴矢量在工件坐标系中表示为：式中，α为刀具与工件接触面的后跟角，β为刀具与工件接触面的侧偏角；步骤二，将刀触点离散化处理，得到第i个刀触点处刀轴矢量与第i+1个刀触点处刀轴矢量的夹角θi,i+1，根据公式计算得到刀触点i和刀触点i+1之间的运动角速度ωi,i+1；步骤三，建立优化目标函数：式中，ωi,i+1为刀触点i和刀触点i+1之间的运动角速度，为刀具在刀触点和之间的运动距离，fpi为刀触点处的进给速度，CS为刀处点处的可行加工空间。根据优化目标函数求出满足最小角速度的刀轴矢量姿态，解出数控磨床各轴的运动关系。2.根据权利要求1所述的叶片类零件磨削加工刀轴位姿的调整方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明德，杨文科，李芋林，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50