CN101462248B - 一种基于标准工件的砂带修型磨削加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于标准工件的砂带修型磨削加工方法，该方法由一套包括轨迹规划模块、标定模块、在线校准模块、测量单元、过程控制模块、执行单元和磨削单元的砂带修型磨削加工系统，根据输入的标准工件的CAD模型，采用在线校准和智能过程控制的方法，调节加工路径位姿，有效补偿各种误差，并最终生成标准的磨削程序，从而实现对复杂型面工件的自动化修型磨削加工，不仅大大提高了产品质量，而且大大提高了生产率。本发明解决了在修型磨削中使用砂带磨削过程复杂，磨削量精确控制困难的难题，可广泛应用于各种高尺寸精度和具有复杂型面工件的修型磨削加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种砂带修型磨削加工方法，特别是一种基于标准工件的砂带修型磨削加工方法。
背景技术
在各种切削加工工艺中，磨削加工当属应用范围最广、技术难度最高的一种加工工艺。原因在于无论是金属材料还是非金属材料，凡属高硬度、高韧性的难加工材料，尤其是极端环境条件下应用的特种材料，一般唯有磨削加工能够胜任而别无它法，因此磨削加工工艺在机械加工领域中占有非常重要的地位。
磨削方式主要分为砂轮磨削和砂带磨削。砂带磨削是根据工件形状，用高速运动的砂带及相应的接触方式对工件表面进行磨削的一种新工艺，有“万能磨削”之称。对于复杂型面工件外表面(例如叶片等)的精加工，目前常用的加工方法主要为砂带磨削。这种加工工艺在航空航天、国防、电力、船舶、医疗等领域具有重要且广泛的应用背景，例如，航空发动机、大型汽轮机、燃气轮机、船舶推进器、风力发电机叶片以及航天器舱体外衬耐高温陶瓷材料等的精加工均采用这种加工工艺。砂带磨削在民用产品中应用也很广泛，例如各种贵重艺术装饰品、人造关节、家庭装饰用品(水暖件、灯具等)、乐器和家用电器(手机、MP3、数码相机等的外壳)的表面加工等。
修型磨削加工(conformance grinding)指自动化系统对复杂型面工件外表面进行砂带磨削加工使之达到设计尺寸公差和表面质量的一种精加工过程。复杂型面工件外表面的修型磨削加工在航空航天、国防、电力、船舶、医疗等国民经济重要领域具有广阔的应用前景。在全球范围内，叶片加工精度问题已成为叶片加工行业的关注焦点，修型磨削是有效解决叶片等复杂型面加工精度问题的关键技术。
目前对于复杂型面的磨削，无论是利用专用磨削机床、数控磨削机床还是机器人磨削，磨削过程中都没有针对磨削量的过程控制，磨削过程主要针对工件的表面粗糙度。与一般的复杂型面磨削系统不同，修型磨削系统除能够保证被加工工件表面粗糙度外，更重要的是在磨削过程中系统需通过路径规划、标定、过程建模、过程参数控制等实现给定磨削量的磨削，使被加工工件通过磨削加工达到设计尺寸公差。因此开发针对复杂型面工件外表面的修型磨削加工系统对提升我国的高精度磨削加工能力、推动国家航空航天领域相关技术发展、促进国家制造业装备的产业升级具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于标准工件的砂带修型磨削加工方法，能够对待加工工件实现自动修型磨削。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于标准工件的砂带修型磨削加工方法，其包括以下步骤：1)设置一包括轨迹规划模块、标定模块、在线校准模块、测量单元、过程控制模块、执行单元和磨削单元的砂带修型磨削加工系统；2)将标准工件的CAD模型输入轨迹规划模块，轨迹规划模块生成初始磨削加工程序并输入标定模块；3)标定模块将初始磨削加工程序转换成执行单元可执行的磨削加工程序，并输入在线校准模块；4)在线校准模块校准标定模块输入的磨削加工程序中标准工件的CAD模型与实际工件存在的偏差及标定精度，生成标准的磨削加工程序，并输入过程控制模块；5)测量单元通过在线检测磨削轮与待加工工件之间的接触量，判断待加工工件是否存在磨削量，并将判断结果反馈给过程控制模块；6)过程控制模块根据测量单元反馈的判断结果规划待加工工件的磨削参数，并根据该磨削参数控制执行单元及磨削单元的下一步动作及参数调整；7)执行单元执行标准的磨削加工程序，生成修型磨削加工轨迹，同时磨削单元实现过程控制模块规划好的磨削参数，最终实现待加工工件的自动修型磨削过程。
所述轨迹规划模块为一离线编程软件模块，其生成初始磨削加工程序的步骤如下：①输入标准工件的CAD模型；②选择CAD模型上的曲面；③在选定的曲面上按要求生成曲线；④在生成的曲线上生成加工点，得到一条加工程序；⑤用同样的方法，生成多条加工程序。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明基于标准工件的CAD模型，采用在线校准和智能过程控制的方法，调节加工路径位姿，有效补偿各种误差，并最终生成标准的磨削程序，不仅实现了对复杂型面工件的自动化修型磨削加工，而且大大提高了产品质量。2、本发明采用一套由轨迹规划模块、标定模块、在线校准模块、测量单元、过程控制模块、执行单元和磨削单元等自动化设备组成的修型磨削系统，从而大大提高了生产率。本发明解决了在修型磨削中使用砂带磨削过程复杂，磨削量精确控制困难的难题，可广泛应用于各种高尺寸精度和具有复杂型面工件的修型磨削加工。
附图说明
图1是本发明的结构及流程示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括轨迹规划模块1、标定模块2、在线校准模块3、测量单元4、过程控制模块5、执行单元6和磨削单元7。
轨迹规划模块1是在ABB仿真软件RobotStudio的基础上开发的用于磨削抛光的离线编程模块，它根据输入的标准工件的CAD模型，在电脑上生成初始磨削加工程序，并输入标定模块2。生成磨削加工程序主要步骤如下：1)输入标准工件的CAD模型；2)选择CAD模型上的曲面；3)在选定的曲面上按要求(生成曲线的数目、方式)生成曲线；4)在生成的曲线上生成加工点，便会得到一条加工程序；5)用同样的方法，可以生成多条加工程序。
标定模块2为一在线标定软件模块(已申请专利，公开号为：CN101097131)。轨迹规划模块1生成的程序只是根据标准工件的CAD模型生成的初始磨削加工程序，还没有建立与执行单元6的关系。通过标定模块2的标定过程，可以将根据标准工件的CAD模型生成的初始磨削加工程序转换成执行单元6可执行的磨削加工程序，并输入在线校准模块3。
在线校准模块3校准标定模块2生成输入的磨削加工程序中标准工件的CAD模型与实际工件存在的偏差及标定精度，生成标准的磨削加工程序，并输入过程控制模块5。标准的磨削程序是指当运行此程序对标准工件进行磨削加工时，工件与磨削轮有接触但没有磨削量。
测量单元4为一在线测量模块，测量单元4通过在线检测磨削轮与待加工工件之间的接触量，判断待加工工件是否存在磨削量，并将判断结果反馈给过程控制模块5。当磨削轮与待加工工件之间还有接触量时，便认为还有待磨削的量，需要进一步磨削。
过程控制模块5在磨削过程中根据测量单元4反馈的判断结果规划待加工工件的磨削参数(如磨削机速度、接触力等)，并根据该磨削参数控制执行单元6及磨削单元7的下一步动作及参数调整。
执行单元6可以是机器人，也可以是数控机床，执行单元6执行标准的磨削加工程序，生成修型磨削加工轨迹。
磨削单元7为一具有力控制系统的砂带磨削机，它可以实现过程控制模块5规划好的磨削参数，最终实现待加工工件的自动修型磨削过程。
本发明在使用过程中，当用标准工件来进行磨削时，工件与磨削轮有接触但没有磨削量；但当更换为待加工工件时，由于有加工余量，此时运行标准的磨削程序，工件与磨削轮会有磨削量，从而将多余的磨削量去掉，直到没有磨削量为止，便得到合格的产品。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (2)
1.一种基于标准工件的砂带修型磨削加工方法，其包括以下步骤：
1)设置一包括轨迹规划模块、标定模块、在线校准模块、测量单元、过程控制模块、执行单元和磨削单元的砂带修型磨削加工系统；
2)将标准工件的CAD模型输入轨迹规划模块，轨迹规划模块生成初始磨削加工程序并输入标定模块；
3)标定模块将初始磨削加工程序转换成执行单元可执行的磨削加工程序，并输入在线校准模块；
4)在线校准模块校准标定模块输入的磨削加工程序中标准工件的CAD模型与实际工件存在的偏差及标定精度，生成标准的磨削加工程序，并输入过程控制模块；
5)测量单元通过在线检测磨削轮与待加工工件之间的接触量，判断待加工工件是否存在磨削量，并将判断结果反馈给过程控制模块；
6)过程控制模块根据测量单元反馈的判断结果规划待加工工件的磨削参数，并根据该磨削参数控制执行单元及磨削单元的下一步动作及参数调整；
7)执行单元执行标准的磨削加工程序，生成修型磨削加工轨迹，同时磨削单元实现过程控制模块规划好的磨削参数，最终实现待加工工件的自动修型磨削过程。
2.如权利要求1所述的一种基于标准工件的砂带修型磨削加工方法，其特征在于：所述轨迹规划模块为一离线编程软件模块，其生成初始磨削加工程序的步骤如下：
①输入标准工件的CAD模型；
②选择CAD模型上的曲面；
③在选定的曲面上按要求生成曲线；
④在生成的曲线上生成加工点，得到一条加工程序；
⑤用步骤①～④的方法，生成多条加工程序。
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