一种机械加工方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种对零件机械加工过程进行控制的方法和装置。所述机械加工方法首先确定待加工零件的目标形状，随后确定加工刀具在加工进给方向所限定的平面内截面的二维尺寸，并且根据加工零件目标轮廓曲线和加工刀具的形状和尺寸，计算和推导所述加工刀具的实际加工轨迹。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对零件机械加工过程进行控制的方法和装置，以及采用这种方法进行加工的控制设备。具体地说，本专利技术涉及一种对加工过程中预先设计的加工曲线进行调整的方法和装置。
技术介绍
随着机械工业水平和加工技术的不断进步，已经可以制造出各种精密的零部件。作为一种精细机械加工方式，磨削加工可以获得很高的制造精度，但在某些情况下，常规磨削加工获得的精度还不能满足应用中的要求。例如在冶金和造纸等领域中，需要通过轧制机中上下工作的轧辊对所加工的各种材料进行挤压操作，经由轧制机的挤压来生产不同厚度和宽度的产品，如各种类型规格的钢板、铝板、铝箔和纸张。由于这些板状产品的均匀度和厚度完全取决于挤压工艺和进行挤压操作的设备，进行轧制操作的轧辊本身必须具有良好的机械精度。由轧辊挤压零件半成品以获得目标形状和规格的板材，被加工零件在受到挤压的过程中按照预先设计的目标形状产生机械形变。在给被加工零件造成机械形变的同时，存在的反作用力给执行挤压加工的轧辊带来不利影响，使轧辊出现一定程度的弹性变形和热膨胀变形。为保证所加工零件的精度，必须保证轧辊本身保持原有形状和精度，因此需要消除反作用力给轧辊造成的变形。通常根据不同的轧辊材质，将其表面设计并加工成不同的曲线线形(即辊形)，特别设计的辊形有助于释放挤压零件过程中给轧辊带来的反作用力，并消除轧辊自身的变形。轧辊辊形的精度越高，加工得到的度公差越小，零件表面质量也越高。因此，对于轧辊本身的加工和去变形过程就需要具有更高的精度要求，轧辊辊面曲线的线形设计和线形精度决定了成品零件的质量。常见的轧辊辊形有直辊，中凸辊，中凹辊，连续可变凸度(CVC Continuous Variable Crown)曲线辊，以及任意曲线辊等。通过机床砂轮和零件在径向和纵向做插补运动而形成辊面曲线，曲线的精度取决于辊形曲线磨削轨迹精度和机械精度。现有设计和加工工艺中，以砂轮磨具上磨削区域的中点为设计基准点，按所需的目标辊形曲线设计数控轧辊磨具的运动轨迹。在现有技术中，将加工刀具的整个加工表面理想化地简化为一个点，按照这样的简化，零件的目标形状与加工刀具的运动轨迹完全一致。但在实际加工过程中，加工表面是一区域，零件的目标形状是由加工区域中上变化的多个加工点形成的。因此，用刀具加工面中点代替整个加工面的简化设计使得实际加工出的轧辊线形与预先设计的线形存在差异，如本专利技术图1所示。上述原因造成的辊形曲线设计目标形状与实际加工曲线形状间的差异被称为轮廓误差，最大的轮廓误差通常在0.02毫米左右。这样的误差使得加工出的轧辊很难满足特定领域对高精度的性能要求。因此，就需要一种改进的加工和设计工艺，降低上述轮廓误差并提高轧辊的线形精度。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的之一是提供一种改进的机械加工控制方法，用于解决现有技术的上述问题，使加工所得的零件具有低轮廓误差。依照本专利技术的其他方面，还可以提供一种控制机械加工过程的装置，用于提高所加工零件的轮廓精度。依照本专利技术的一种机械加工方法，包括以下步骤：首先，确定待加工零件需要被加工出的预定目标形状。其次，测量或获得所述加工刀具在其自身插补进给方向所限定的主平面内的二维尺寸。再次，根据零件的目标形状和加工刀具的二维尺寸，推导计算所述加工刀具的实际加工运动轨迹曲线，该轨迹可以使得实际加工出零件的形状与预先设计目标设计更为接近。最后，控制所述加工刀具按照计算出的运动轨迹运动。将加工过程中刀具与零件接触起加工作用的全部区域投影在所述主平面上，形成一条刀具和零件的加工接触线。所述计算出的加工运动轨迹曲线是该加工接触线的中点在加工过程中的运动轨迹。为计算运动轨迹曲线，要从零件的目标形状曲线上抽取多个采样点，并在所述加工刀具与零件的实际接触点位于该采样点位置时，对每一采样点逐个计算该接触点与接触线中点间的距离，作为将轮廓曲线上的采样点移动到调整后曲线的调整距离。从零件的目标形状曲线上抽取并进行计算的采样点越多，拟合出的运动轨迹曲线越平滑。在一种优选实施方式中，加工刀具是用于进行磨削加工的砂轮，加工的设备是磨床。在计算上述调整距离的过程中，需要计算所述零件的目标形状曲线上采样点位置的斜率K1，以及所述加工接触线上采样点位置的斜率K2。在不同情况下，调整距离也不同：|K1|＜|K2|时，调整距离随采样点位置的改变而变化；但是|K1|＞|K2|时，调整距离不随采样点位置的改变变化。该加工刀具在主平面上截面的宽度越大，调整距离越大。依照本专利技术的另一方面，还提供一种机械加工控制装置，其包括：设计单元，用于确定待加工零件的目标形状曲线。该装置还包括刀具尺寸确定单元，用于确定加工刀具在加工进给方向限定的主平面内的二维尺寸。该装置还包括计算单元，用于根据所述零件的目标形状曲线和加工刀具二维尺寸计算加工刀具的加工运动轨迹曲线，以及用于控制加工刀具按照该运动轨迹运动的控制单元。依照本专利技术的另一方面，还提供一种机床加工控制装置，包括：用于获得被加工零件和加工刀具的形状和尺寸参数的输入输出单元、用于根据所述输入输出单元获得的形状和尺寸参数计算所述加工刀具的加工运动曲线的计算单元、用于按照所述计算单元计算出的加工曲线控制机床上所安装的刀具的控制单元。在该机床加工控制装置中，计算单元按照本专利技术所阐述的方法计算刀具加工曲线。附图说明本专利技术提出的机械加工方法和机械加工装置的优点、特征以及详细结构和工作过程，将参照下列附图进行详细说明：图1是按照现有技术的加工曲线和实际加工得到的零件形状的对比图；图2是依照本专利技术方法得到的运动轨迹以及待加工零件目标形状之间的对比；图3是说明按本专利技术方法推导实际加工轨迹的示意图；图4是依照本专利技术的机械加工方法流程图；以及图5是依照本专利技术的机械加工控制装置的示意图。具体实施方式下面以对轧辊进行磨削加工为例，对本专利技术的内容进行详细说明。图1示出了磨具按照现有技术的设计曲线加工零件后，实际磨削曲线(零件加工出的形状)与零件原始设计形状之间的差异。图1中的U轴表示加工平面的纵向进给方向，Z轴表示加工平面的横向进给方向。图1中，磨具在该U-Z加工平面上的横截面用G表示，曲线A表示预先为磨具G设计的、与待加工零件轮廓形状一致的运动曲线。在整个磨具G中，起到磨削加工作用的是磨削表面S，该磨削表面在U-Z平面上投影为一条曲线s，曲线s的几何中心点表示为T。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械加工方法，包括以下步骤：
设计步骤(S402)：确定待加工零件的目标形状；
其特征在于所述加工方法还包括
刀具确定步骤(S403)：在加工进给方向限定的进给平面(U-Z)内，确定所
述加工刀具的二维尺寸；
计算步骤：根据所述目标形状和所述加工刀具的二维尺寸，计算所述加
工刀具的运动轨迹；以及
加工控制步骤(S408)：控制所述加工刀具按照所述运动轨迹运动，并对
所述零件进行加工。
2.根据权利要求1所述的机械加工方法，其中：
所述加工刀具对零件起加工作用的表面在所述进给平面(U-Z)上投影为
一加工接触线，所述运动轨迹是该加工接触线中点在加工过程中的运动轨
迹；以及
所确定的加工刀具二维尺寸包括刀具在所述进给平面上截面的宽度，和
所述加工接触线圆弧的半径。
3.根据权利要求2所述的机械加工方法，其中所述计算步骤中包括：
从所述目标形状上抽取一采样点；
所述加工刀具与零件的接触点处于该采样点位置时，计算所述接触点与
加工接触线中点分别在所述刀具的两个进给方向(U，Z)上的距离，作为调整
距离。
4.根据权利要求3所述的机械加工方法，其中所述计算步骤还包括：
调整距离计算步骤(S405)：分别计算目标形状上多个采样点与相应接触
线中点之间的距离作为调整距离；以及
拟合步骤(S407)：基于所述多个采样点位置以及相应调整距离确定所述
接触线中点的位置，从而拟合出所述运动轨迹。
5.根据权利要求3或4所述的机械加工方法，其中该计算步骤还包括：
斜率计算步骤(S404)，用于计算所述目标形状曲线上采样点位置的斜率
K1和所述加工接触线上采样点位置的斜率K2；并且
在|K1|＜|K2|的情况下，计算得到的所述调整距离随采样点位置的变
化而变化；
在|K1|＞|K2|的情况下，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉彧，
申请(专利权)人：西门子工厂自动化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：