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专利号: 2021102790067
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种采用平行砂轮磨削圆弧头后刀面的轨迹求解方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立圆弧头立铣刀周刃曲线模型建立以刀具回转轴为Zw轴,以周刃起点所在的端面为XwOwYw平面,圆心为原点Ow的工件坐标系Ow‑XwYwZw;以Zw轴的坐标值z为自变量,则周刃上刀刃点P0坐标表达为:式中Rw为刀具回转半径,Lw为周刃长度, 表示点P0相对于Xw轴绕Zw轴的回转角度;

步骤2:建立圆弧头立铣刀端刃曲线模型建立以Zd轴与Zw轴同轴,以圆弧头端刃底面为XdOdYd平面,其圆心为原点Od的端刃坐标系Od‑XdYdZd;其转换到工件坐标系的变换矩阵Td‑w为:将在端刃坐标系下进行端刃曲线建模描述:(1)圆弧回转面曲线部分

定义为由圆弧回转面与非正交螺旋面求交线获得的曲线P0dP1d;则该段曲线上刀刃点P0坐标表达为:

式中自变量θ为纬度角,R为圆弧中心距,r为端刃圆弧半径, 表示刀刃点P0处回转角;

(2)平面曲线部分

定义为在平面M上的一段圆弧曲线P1dP2d;由公式(3)得圆弧回转面末点P1d的坐标表达式,则该段曲线上刀刃点P0坐标表达为:式中 为表示平面M与Xd轴的夹角,η为直线刃内倾角;

(3)直线刃部分

定义为在平面M上的一直线段P2dP3d;根据公式(4)得到平面曲线末点P2d的坐标表达式和切矢量Fp,引入自变量t,则该段曲线刀刃点P0坐标表达为:PP0_d=PP2_d+t·FP,0≤t≤lh0         (5)式中lh0为端刃直线刃长度;

步骤3:定义后刀面坐标系及转换(1)周刃坐标系

定义为跟随周刃的活动坐标系Om‑XmYmZm;其以周刃曲线上的点P0为坐标原点Om,以点P0对应的回转体母线切线为Zm轴,以点P0对应的圆周切线为Ym轴;则有周刃坐标系转换到工件坐标系的变换矩阵Tm‑w为:式中自变量z的取值范围同公式(1);

(2)圆弧回转面坐标系

定义为跟随圆弧回转面曲线的活动坐标系Omt‑XmtYmtZmt;其以圆弧回转面曲线上的点P0为坐标原点Omt,以点P0对应的回转体母线切线为Zmt轴,以点P0对应的圆周切线为Ymt轴;

则有圆弧回转面坐标系转换到端刃坐标系的变换矩阵Tmt‑d为:式中自变量θ的取值范围同公式(3);

(3)平面曲线坐标系

定义为跟随平面曲线的活动坐标系Ots‑XtsYtsZts;其为将圆弧回转面曲线末点的坐标系Omt‑XmtYmtZmt绕Ymt轴旋转刀刃点P0对应的角度t,然后平移到平面曲线上的P0点得到;其中t的取值范围为[0,η];则有平面曲线坐标系转换到端刃坐标系的变换矩阵Tts‑d为:式中自变量θ的取值范围同公式(4);

(4)直线刃坐标系

定义为跟随直线刃的活动坐标系Oms‑XmsYmsZms;其以直线刃磨削点P0为坐标原点Oms,Zms轴以平行于平面曲线末点的Zts轴,Yms轴平行于平面曲线末点的Yts轴;则有直线刃坐标系转换到端刃坐标系的变换矩阵Tms‑d为:式中自变量t的取值范围同公式(5);

步骤4:定义砂轮磨削姿态

(1)周刃偏心型后刀面的磨削姿态根据周刃偏心型后刀面的磨削原理,令砂轮圆心Og在平面XmZm内,定义砂轮端面在平面XmZm内的投影与Xm轴的夹角为α,α由螺旋角β和周刃后角λm决定;

(2)端刃圆弧回转面后刀面的磨削姿态令砂轮圆心Og在位于平面XmtZmt内,定义砂轮圆周面在平面XmtZmt内的投影与Zmt轴的夹角为纬度角θ,且砂轮端面在平面XmtYmt内的投影与Ymt轴的夹角为圆弧回转面后角λmt;

(3)端刃平面曲线和直线刃后刀面的磨削姿态针对端刃平面曲线后刀面,令砂轮圆心Og位于Zts轴上,并且砂轮端面在平面XtsYts内的投影与Yts轴的夹角为平面曲线后角λts;

同理,针对直线刃后刀面,令砂轮圆心Og位于Zms轴上,并且砂轮端面在平面XmsYms内的投影与Yms轴的夹角为直线刃后角λms;

步骤5:定义后刀面连接处的砂轮过渡设置根据上述磨削姿态定义知,周刃和圆弧回转面后刀面部分砂轮磨削姿态不一致;因此为了保证磨削的连续进行,需要设置砂轮磨削姿态的过渡;周刃末点即为端刃起点,该点处的周刃坐标系与圆弧回转面坐标系重合;因此在此处坐标系下设置过渡方式为砂轮端面在平面XmtZmt内的投影与Xmt轴的夹角逐渐从α变为零,在平面XmtYmt内的投影与Ymt轴的夹角逐渐从零变化到圆弧回转面后角λmt;

步骤6:磨削轨迹计算

砂轮磨削轨迹计算分别在对应的后刀面活动坐标系下进行,包括砂轮端圆中心点坐标Og和砂轮轴矢量Fg的计算;为了便于加工,应用公式(2)(6)(7)(8)(9)将砂轮轨迹转换到工件坐标系下表达;

(1)周刃后刀面

根据磨削姿态定义,并考虑到周刃到圆弧回转面部分后刀面的过渡设置,得到在砂轮端圆中心点Og在周刃坐标系下的坐标表达为:式中Rg为砂轮端圆半径;

其砂轮轴矢量Fg在周刃坐标系下表达为:(2)圆弧回转面部分后刀面

根据砂轮磨削圆弧回转面后刀面姿态定义,则有砂轮端圆中心点Og在圆弧回转面坐标系下表达为:

其砂轮轴矢量Fg在圆弧回转面坐标系下表达为:(3)平面曲线部分后刀面

根据砂轮磨削平面曲线后刀面姿态定义,则有砂轮端圆中心点Og在平面曲线坐标系下表达为:

其砂轮轴矢量Fg在平面曲线坐标系下表达为:(4)直线刃部分后刀面

定义直线刃后刀面的法矢为Fg0;当磨削直线刃部分后刀面时,为了防止砂轮与其它刀刃发生干涉,砂轮绕矢量Fg0旋转砂轮摆角μ;添加砂轮摆角后,砂轮轴矢量不变,同时对砂轮摆角μ进行线性过渡保证连续性,其表达为:则砂轮端圆中心点Og坐标在直线刃坐标系下表达为其砂轮轴矢量Fg在直线刃坐标系下表达为: