CN102350509A - 一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法 - Google Patents

一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102350509A
CN102350509A CN2011102396917A CN201110239691A CN102350509A CN 102350509 A CN102350509 A CN 102350509A CN 2011102396917 A CN2011102396917 A CN 2011102396917A CN 201110239691 A CN201110239691 A CN 201110239691A CN 102350509 A CN102350509 A CN 102350509A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chipload
cutter
feed
cutter location
coordinate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011102396917A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102350509B (zh
Inventor
周晓勤
罗丹
林洁琼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd.
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN 201110239691 priority Critical patent/CN102350509B/zh
Publication of CN102350509A publication Critical patent/CN102350509A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102350509B publication Critical patent/CN102350509B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明涉及一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法,属于复杂光学精密制造领域,根据目标光学曲面,分别创建第一次走刀的待加工表面和期望创成的光学曲面,以“等切屑载荷”为目标生成第一次走刀的刀位路径;对第一次走刀获得的已加工表面进行在机或机下实测,分别创建第二次走刀的待加工表面和期望创成的光学曲面,以“等切屑载荷”为目标生成第二次走刀的刀位路径;在这两次走刀中生成的刀位路径皆利用两自由度快速刀具伺服的往复运动以及高精密数控车床主轴、x轴和z轴的非往复运动同步实现。优点是:通过相继两次走刀即可消除切削力扰动所致的面形误差;不必依赖于昂贵的多轴超精密车床即可切削创成复杂光学曲面。

Description

一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法
技术领域
本发明属于复杂光学精密制造领域,特别是涉及一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法。
背景技术
复杂光学曲面包括两个方面的内涵:其一是指回转对称、且轴截面曲线非单调的非球光学曲面;其二是指没有回转对称性的光学曲面。
复杂曲面光学零件在航天航空、国防和科学仪器等许多重要的工业领域以及民用光电产品中皆有十分广泛的应用需求,如何高效、低成本地创成具有复杂几何特征和高质量要求的光学曲面已成为推动这些领域发展的关键之一。迄今为止,复杂光学曲面的创成方法主要涉及:复制成形、磨削、研抛、飞切和车削等。在这些创成方法中,利用快速刀具伺服(以下简称FTS)或慢速溜板伺服(以下简称S3)的车削被普遍认为是一种最有发展前途的复杂光学曲面创成方法。该方法的基本特征是:将工件安装在主轴前端,刀具沿车床x轴作非往复的恒径向进给,利用单自由度的FTS或S3驱动刀具相对于加工表面沿着z轴作往复直线运动,以切削创成所期望的光学曲面。为叙述方便,在后续内容中,将该方法简称为恒径向进给车削方法。
然而,利用恒径向进给车削方法创成复杂光学曲面,不可避免地存在着非常大的切屑载荷扰动并依赖于刀触点或刀位点的坐标,这必将导致切削力的明显扰动。在复杂光学曲面车削系统中,FTS装置或S3运动轴皆是刚性较为薄弱的环节,因此在扰动切削力的作用下必将严重影响所获得的面形精度。在现有的利用FTS或S3车削中,为了消除切削力扰动所致的面形误差,往往需进行多次重复误差校正车削,这降低了切削效率,而且多次重复误差校正未必是误差收敛的。
发明内容
本发明针对复杂光学曲面创成,提出一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法
本发明的目的是:针对复杂光学曲面创成,提出一种利用两自由度FTS的等切屑载荷车削方法,以使在车削过程中对于所有的刀位点获得一致性的切屑载荷,从而抑制切屑载荷扰动所致的面形误差,亦即切削力扰动所致的面形误差。
本发明的特征主要是:
(1)根据目标光学曲面,分别创建第一次走刀的待加工表面和期望创成的光学曲面,以“等切屑载荷”为目标生成第一次走刀的刀位路径;
(2)对第一次走刀创成的已加工表面进行在机或机下实测,分别创建第二次走刀的待加工表面和期望创成的光学曲面,以“等切屑载荷”为目标生成第二次走刀的刀位路径;
(3)为两次走刀生成的“等切屑载荷”刀位路径皆利用两自由度快速刀具伺服的两个往复运动以及高精密数控车床的主轴、x轴和z轴的非往复运动实现。
本发明通过如下的步骤实施:
(1)创建第一次走刀的初始待加工表面和期望创成的曲面:
根据预先设计的光学曲面,通过分配加工余量分别获得第一次走刀的期望创成曲面                                                
Figure 317459DEST_PATH_IMAGE001
和第二次走刀的期望创成表面初值
Figure 143201DEST_PATH_IMAGE002
,在工件的柱坐标系
Figure 69569DEST_PATH_IMAGE003
中将分别沿径向和周向作等步距离散化,通过拟合创建回转对称的最适非球面,作为第一次走刀的初始待加工表面
Figure 237562DEST_PATH_IMAGE004
(2)生成工件第1转的刀位路径:
Figure 504595DEST_PATH_IMAGE005
是平均切屑载荷,是切屑载荷的扰动幅值,根据预先设定的切屑载荷扰动范围
Figure 919844DEST_PATH_IMAGE007
,确定第1转的最大径向进给量
Figure 709946DEST_PATH_IMAGE008
,根据
Figure 198696DEST_PATH_IMAGE008
确定刀位点的径向步距
Figure 732445DEST_PATH_IMAGE009
Figure 786989DEST_PATH_IMAGE010
是每一转的等角步距数,则第1转第j个刀位点的转角坐标和径向坐标分别为:
Figure 951254DEST_PATH_IMAGE011
Figure 973306DEST_PATH_IMAGE012
,遍历,即可生成第1转的刀位路径;
(3)生成工件第k转的刀位路径:
根据预先设定的切屑载荷扰动范围
Figure 554963DEST_PATH_IMAGE007
,由第k转第j-1个刀位点的坐标
Figure 549464DEST_PATH_IMAGE015
,以“等切屑载荷”为控制目标获得第k转第j个刀位点的坐标
Figure 175748DEST_PATH_IMAGE016
,遍历
Figure 673726DEST_PATH_IMAGE014
,以获得第k转的刀位路径,逐转求解即可生成工件各转的刀位路径;
(4)生成各运动轴第一次走刀所需的期望运动:
将工件各转的刀位路径
Figure 710952DEST_PATH_IMAGE017
分解为单调的趋势成分和扰动成分
Figure 871992DEST_PATH_IMAGE019
,在车床的CNC指令驱动下沿x轴和z轴实现非往复直线运动
Figure 4902DEST_PATH_IMAGE018
,在两自由度FTS的驱动下沿x轴和z轴作往复直线运动
Figure 213029DEST_PATH_IMAGE019
(5)创建第二次走刀的待加工表面和期望创成曲面:
在第一次走刀之后,对已加工表面
Figure 182122DEST_PATH_IMAGE020
进行在机或机下实测,通过二维小波分解及重构,或者其它多分辨率分解及重构方法,以剔除
Figure 868318DEST_PATH_IMAGE020
中不重复的随机误差,分别得到一个包含确定性误差的曲面和一个单纯的确定性误差曲面,将
Figure 458197DEST_PATH_IMAGE021
作为第二次走刀的初始待加工表面,则第二次走刀的期望创成曲面为:
Figure 213663DEST_PATH_IMAGE023
(6)生成各运动轴第二次走刀的期望运动:
在步骤(5)的基础上,重复步骤(2)~(4),得到第二次走刀所需的“等切屑载荷”刀位路径
Figure 71898DEST_PATH_IMAGE016
Figure 136675DEST_PATH_IMAGE014
Figure 283622DEST_PATH_IMAGE024
,分解获得单调的趋势成分
Figure 842779DEST_PATH_IMAGE018
和扰动成分,利用所生成的各运动轴之期望运动进行第二次走刀。
本发明所述的生成以“等切屑载荷”为目标的刀位路径,主要涉及如下的同步操作:
(1)动态修改待加工表面
将初始待加工表面
Figure 723645DEST_PATH_IMAGE025
在工件的笛卡尔坐标系
Figure 820914DEST_PATH_IMAGE026
中分别沿x轴和y轴进行等距细分,令第k转第j个刀位点是当前的刀位点,获得在
Figure 388161DEST_PATH_IMAGE025
上由第j-1个刀位点到第j个刀位点之间刀尖轮廓所扫掠到的网格点,根据
Figure 14315DEST_PATH_IMAGE025
上的这些网格点和关联的刀尖轮廓点即可动态修改
Figure 667013DEST_PATH_IMAGE025
(2)求解瞬态切屑载荷
Figure 828959DEST_PATH_IMAGE027
将初始待加工表面在工件的笛卡尔坐标系
Figure 313347DEST_PATH_IMAGE026
中分别沿x轴和y轴进行等距细分,令第k转第j个刀位点是当前的刀位点,在工件的坐标平面
Figure 453342DEST_PATH_IMAGE028
上搜索以当前刀位点为中心的邻域,获得上与当前刀位点相邻的若干个网格点,根据这些网格点求解
Figure 184985DEST_PATH_IMAGE025
与前刀面实际接触区域的边界点,根据这些接触区域的边界点求解材料去除量在刀具基面上的投影即可获得瞬态切屑载荷
Figure 152941DEST_PATH_IMAGE027
(3)获得等切屑载荷的刀位点:
是等角步距,
Figure 22994DEST_PATH_IMAGE029
是径向试算步距,则第k转第j个刀位点的转角坐标为:
Figure 153761DEST_PATH_IMAGE030
,第j个刀位点的径向坐标初值为:
Figure 823777DEST_PATH_IMAGE031
,根据刀触点与刀位点之间的映射,获得第j个刀位点的z坐标
Figure 922052DEST_PATH_IMAGE032
根据当前刀位点的坐标初值,求解瞬态切屑载荷
Figure 968505DEST_PATH_IMAGE027
,若
Figure 953779DEST_PATH_IMAGE027
不超出
Figure 794696DEST_PATH_IMAGE007
,则当前的刀位点坐标即为第k转第j个刀位点的坐标,否则需在当前的径向坐标
Figure 130999DEST_PATH_IMAGE033
的邻域内修改,重新求解
Figure 306077DEST_PATH_IMAGE032
Figure 317895DEST_PATH_IMAGE027
,直到
Figure 407074DEST_PATH_IMAGE027
不超出
Figure 998592DEST_PATH_IMAGE007
为止;
遍历
Figure 489617DEST_PATH_IMAGE014
,以获得第k转的刀位路径。
本发明的优点主要在于:
(1)通过两次相继走刀即可抑制切屑载荷对刀位点坐标的依赖,从而消除切削力扰动所致的面形误差;
(2)不必依赖于昂贵的多轴超精密数控车床,仅需将一台两自由度FTS安装在一台两轴高精密数控车床上,通过一个高精密的主轴角编码器触发驱动各运动轴即可实施。
本发明适用于要求高效精密低成本地创成复杂光学曲面的场合。
 
附图说明
图1(a)是利用等切屑载荷车削方法,为第一次走刀所生成的三维刀位路径;
图1(b)是在等切屑载荷车削的第一次走刀中,瞬态切屑载荷对工件转数的依赖特征;
图2(a)是利用恒径向进给车削方法,为第一次走刀所生成的三维刀位路径;
图2(b)是在恒径向进给车削的第一次走刀中,瞬态切屑载荷对工件转数的依赖特征;
图3(a)是利用等切屑载荷车削方法,通过第一次走刀所获得的面形误差;
图3(b)是利用恒径向进给车削方法,通过第一次走刀所获得的面形误差;
图4(a)是利用等切屑载荷车削方法,为第二次走刀所生成的三维刀位路径;
图4(b)是在等切屑载荷车削的第二次走刀中,瞬态切屑载荷对工件转数的依赖特征;
图5(a)是利用恒径向进给车削方法,为第二次走刀所生成的三维刀位路径;
图5(b)是在恒径向进给车削的第二次走刀中,瞬态切屑载荷对工件转数的依赖特征;
图6(a)是利用等切屑载荷车削方法,通过第一次走刀所获得的面形误差;
图6(b)是利用恒径向进给车削方法,通过第一次走刀所获得的面形误差。
 
具体实施方式
(1)根据目标光学曲面,分别创建第一次走刀的待加工表面和期望创成的光学曲面,以“等切屑载荷”为目标生成第一次走刀的刀位路径;
(2)对第一次走刀创成的已加工表面进行在机或机下实测,分别创建第二次走刀的待加工表面和期望创成的光学曲面,以“等切屑载荷”为目标生成第二次走刀的刀位路径;
(3)为两次走刀生成的“等切屑载荷”刀位路径皆利用两自由度快速刀具伺服的两个往复运动以及高精密数控车床的主轴、x轴和z轴的非往复运动实现。
一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法,包括如下步骤:
(1)创建第一次走刀的初始待加工表面和期望创成的表面:
根据预先设计的目标光学曲面,通过分配加工余量分别创建第一次走刀的期望创成曲面
Figure 921604DEST_PATH_IMAGE001
和第二次走刀的期望创成表面初值
Figure 701341DEST_PATH_IMAGE034
,在工件的柱坐标系
Figure 627709DEST_PATH_IMAGE035
中将
Figure 973239DEST_PATH_IMAGE001
分别沿径向和周向作等步距离散化,通过拟合生成回转对称的最适非球面,作为第一次走刀的初始待加工表面
Figure 795702DEST_PATH_IMAGE036
(2)生成工件第1转的刀位路径:
Figure 593894DEST_PATH_IMAGE005
是平均切屑载荷,是切屑载荷的扰动幅值,根据预先设定的切屑载荷扰动范围
Figure 274722DEST_PATH_IMAGE037
,确定第1转的最大径向进给量
Figure 268086DEST_PATH_IMAGE038
,根据
Figure 553573DEST_PATH_IMAGE038
确定刀位点的径向步距是每一转的等角步距数,则第1转第j个刀位点的转角坐标和径向坐标分别为:
Figure 328183DEST_PATH_IMAGE041
Figure 400044DEST_PATH_IMAGE042
,顺次遍历
Figure 777936DEST_PATH_IMAGE043
,即可生成第1转的刀位路径
Figure 909840DEST_PATH_IMAGE044
是第1转第j个刀位点的z坐标;
(3)生成工件第k转的刀位路径:
根据预先设定的切屑载荷扰动范围
Figure 530626DEST_PATH_IMAGE037
,由第k转第j-1个刀位点的坐标
Figure 763024DEST_PATH_IMAGE046
,以“等切屑载荷”为控制目标获得第k转第j个刀位点的坐标
Figure 65829DEST_PATH_IMAGE047
,遍历,以生成第k转的刀位路径
Figure 430131DEST_PATH_IMAGE048
,逐转求解即可生成工件各转的刀位路径;
(4)分别生成车床和快速刀具伺服第一次走刀的期望运动:
将工件各转的刀位路径分解为单调的趋势成分
Figure 36748DEST_PATH_IMAGE050
和扰动成分,在车床的CNC指令驱动下沿x轴和z轴作非往复的直线运动
Figure 692037DEST_PATH_IMAGE050
,在两自由度快速刀具伺服的驱动下沿x轴和z轴作往复直线运动
Figure 430186DEST_PATH_IMAGE051
(5)创建第二次走刀的待加工表面和期望创成曲面:
在第一次走刀之后,对所获得的已加工表面
Figure 825527DEST_PATH_IMAGE020
进行在机或机下实测,通过二维小波分解及重构,或者其它多分辨率分解及重构方法,以剔除
Figure 281916DEST_PATH_IMAGE020
中不重复的随机误差,分别得到一个包含确定性误差的曲面和一个单纯的确定性误差曲面
Figure 364458DEST_PATH_IMAGE022
,将
Figure 914388DEST_PATH_IMAGE052
作为第二次走刀的初始待加工表面,则第二次走刀的期望创成曲面为:
Figure 107341DEST_PATH_IMAGE053
(6)分别生成车床和快速刀具伺服各运动轴第二次走刀的期望运动:
在步骤(5)的基础上,重复步骤(2)~(4),得到第二次走刀的“等切屑载荷”刀位路径
Figure 135340DEST_PATH_IMAGE054
Figure 848081DEST_PATH_IMAGE055
,通过分解以获得单调的趋势成分
Figure 834492DEST_PATH_IMAGE050
和扰动成分
Figure 999894DEST_PATH_IMAGE051
,利用所获得的各运动轴之期望运动进行第二次走刀。
本发明生成以“等切屑载荷”为目标的刀位路径,涉及的同步操作如下:
(1)动态修改待加工表面
Figure 566004DEST_PATH_IMAGE025
将初始待加工表面
Figure 149563DEST_PATH_IMAGE025
在工件的笛卡尔坐标系
Figure 306875DEST_PATH_IMAGE056
中分别沿x轴和y轴进行等距细分,令第k转第j个刀位点是当前的刀位点,获得在
Figure 428415DEST_PATH_IMAGE025
上由第j-1个刀位点到第j个刀位点之间刀尖轮廓所扫掠到的网格点,根据
Figure 329375DEST_PATH_IMAGE025
上的这些网格点和关联的刀尖轮廓点即可动态修改
Figure 16708DEST_PATH_IMAGE025
(2)求解瞬态切屑载荷
Figure 594189DEST_PATH_IMAGE027
将初始待加工表面
Figure 203025DEST_PATH_IMAGE025
在工件的笛卡尔坐标系
Figure 642097DEST_PATH_IMAGE056
中分别沿x轴和y轴进行等距细分,令第k转第j个刀位点是当前的刀位点,在工件的坐标平面
Figure 183936DEST_PATH_IMAGE057
上搜索以当前刀位点为中心的邻域,获得
Figure 151892DEST_PATH_IMAGE025
上与当前刀位点相邻的若干个网格点,根据这些网格点求解
Figure 779183DEST_PATH_IMAGE025
与前刀面实际接触区域的边界点,根据这些接触区域的边界点求解材料去除量在刀具基面上的投影即为瞬态切屑载荷
Figure 772678DEST_PATH_IMAGE027
(3)生成等切屑载荷的刀位点:
Figure 169024DEST_PATH_IMAGE042
是等角步距,
Figure 307881DEST_PATH_IMAGE058
是径向试算步距,则第k转第j个刀位点的转角坐标为:
Figure 422468DEST_PATH_IMAGE059
,第j个刀位点的径向坐标初值为:
Figure 468921DEST_PATH_IMAGE060
,根据刀触点与刀位点之间的映射,获得第j个刀位点的z坐标
Figure 969042DEST_PATH_IMAGE061
根据当前刀位点的坐标初值,求解瞬态切屑载荷
Figure 809959DEST_PATH_IMAGE027
,若
Figure 880683DEST_PATH_IMAGE027
不超出
Figure 465248DEST_PATH_IMAGE037
,则当前的刀位点坐标即为第k转第j个刀位点的坐标,否则需在当前的径向坐标
Figure 836186DEST_PATH_IMAGE033
的邻域内修改,重新求解
Figure 156757DEST_PATH_IMAGE061
Figure 279434DEST_PATH_IMAGE027
,直到
Figure 504879DEST_PATH_IMAGE027
不超出
Figure 422020DEST_PATH_IMAGE037
为止;
遍历
Figure 732915DEST_PATH_IMAGE043
,以获得第k转的刀位路径。
下面结合附图进一步说明本发明。
将一台两自由度FTS安装在一台两轴高精密数控车床上。两自由度FTS既可以是x轴和z轴的往复直线运动,也可以是z轴的往复直线运动和B轴的往复摆动。两轴高精密数控车床既可以是x轴和z轴的非往复直线运动,也可以是z轴的非往复直线运动和B轴的非往复转动。工件安装在主轴前端的夹具上,一个高精密角编码器安装在主轴尾端产生高分辨率脉冲作为驱动的基准。工件各转的刀位路径
Figure 920269DEST_PATH_IMAGE017
分解为单调的趋势成分
Figure 265800DEST_PATH_IMAGE018
和扰动成分
Figure 88262DEST_PATH_IMAGE019
,以
Figure 886454DEST_PATH_IMAGE018
作为高精密数控车床的主轴、x轴和z轴的驱动指令,以
Figure 616513DEST_PATH_IMAGE019
作为FTS的两个快速往复运动轴的驱动指令。
获得工件各转刀位路径的实施步骤具体如下。
(1)根据实际允许的面形误差,受控切屑载荷的扰动范围设定为:
Figure 285392DEST_PATH_IMAGE062
式中,
Figure 560646DEST_PATH_IMAGE005
是瞬态切屑载荷的均值,
Figure 846134DEST_PATH_IMAGE006
是容许的切屑载荷扰动幅值。
(2)求解第1转的刀位点集
Figure 114304DEST_PATH_IMAGE063
。根据恒径向进给车削方法,第1转第j个刀位点
Figure 637690DEST_PATH_IMAGE064
可表达为:
Figure 598692DEST_PATH_IMAGE065
                                                       (1)
式中,
Figure 895867DEST_PATH_IMAGE067
Figure 70497DEST_PATH_IMAGE013
是转角步距,
Figure 936822DEST_PATH_IMAGE068
是第1转的x轴进给量。
Figure 196902DEST_PATH_IMAGE068
的选择需确保在第1转中切屑载荷的最大值也不超过预先设定的值。
Figure 275716DEST_PATH_IMAGE069
表示由刀位点的x和y坐标到z坐标
Figure 358390DEST_PATH_IMAGE071
的映射。
(3)求解第k转的刀位点集。令表示第k转第j个刀位点,则问题归结为给定前
Figure 606334DEST_PATH_IMAGE074
转的刀位点集
Figure 329309DEST_PATH_IMAGE075
和第k转第个刀位点
Figure 719019DEST_PATH_IMAGE077
,以求解当前的刀位点。当
Figure 836196DEST_PATH_IMAGE078
,第1个刀位点按如下方式给出:
Figure 292585DEST_PATH_IMAGE079
                                                                                                       (2)
Figure 798784DEST_PATH_IMAGE080
,按如下方式试算
Figure 860281DEST_PATH_IMAGE073
Figure 675790DEST_PATH_IMAGE081
                   (3)
式中,
Figure 619476DEST_PATH_IMAGE082
是一个沿极坐标半径方向的试算值。
由式(3)得到
Figure 647475DEST_PATH_IMAGE073
,然后求解试算刀位点的瞬态切屑载荷
Figure 360216DEST_PATH_IMAGE083
Figure 330315DEST_PATH_IMAGE084
,则
Figure 230137DEST_PATH_IMAGE073
即为所求解的刀位点;否则根据式(3)再次试算;直到满足
Figure 327406DEST_PATH_IMAGE085
为止。
在此以环曲面为例评价等切屑载荷车削方法。环曲面的方程可写为:
Figure 160233DEST_PATH_IMAGE086
                                                       (4)
式中,
Figure 520807DEST_PATH_IMAGE087
Figure 439085DEST_PATH_IMAGE088
。其它计算参数如下:
刀尖圆弧半径为
Figure 90777DEST_PATH_IMAGE089
;主轴转速为
Figure 512531DEST_PATH_IMAGE090
;口径
Figure 309586DEST_PATH_IMAGE091
为了揭示切削力扰动所致的面形误差,假定FTS是一个单自由度弱刚度的动力学系统,所涉及的动力学参数如下:
固有频率1000Hz;等价刚度
Figure 154231DEST_PATH_IMAGE093
N/mm;阻尼比
图1(a)示出了利用等切屑载荷车削方法,为第一次走刀所生成的三维刀位路径;图1(b)示出了在等切屑载荷车削的第一次走刀中,瞬态切屑载荷对工件转数的依赖特征。图2(a)示出了利用恒径向进给车削方法,为第一次走刀所生成的三维刀位路径;图2(b)示出了在恒径向进给车削的第一次走刀中,瞬态切屑载荷对工件转数的依赖特征。比较图1和2可见,本专利所述方法,“等切屑载荷车削”,所导致的切屑载荷最大扰动仅为“恒径向进给车削”的7%;而且在等切屑载荷车削中,切屑载荷虽有扰动,但切屑载荷的均值具有平稳性,而在恒径向进给车削中,切屑载荷的均值具有明显的非平稳性。这表明,等切屑载荷车削方法大大削弱了切屑载荷对刀位点坐标的依赖性。
图3(a)示出了利用等切屑载荷车削方法,通过第一次走刀所获得的面形误差;图3(b)示出了利用恒径向进给车削方法,通过第一次走刀所获得的面形误差。比较图3(a)和图3(b)可见,利用等切屑载荷车削方法大大削弱了面形误差对刀位点坐标的明显依赖性。
图4(a)示出了利用等切屑载荷车削方法,为第二次走刀所生成的三维刀位路径;图4(b)示出了在等切屑载荷车削的第二次走刀中,瞬态切屑载荷对工件转数的依赖特征。图5(a)示出了利用恒径向进给车削方法,为第二次走刀所生成的三维刀位路径;图5(b)示出了在恒径向进给车削的第二次走刀中,瞬态切屑载荷对工件转数的依赖特征。比较图4和5可见,在等切屑载荷车削中,通过第二次走刀,瞬态切屑载荷的扰动得到了进一步的抑制;在恒径向进给车削中,通过第二次走刀,瞬态切屑载荷的扰动虽有减小,但有十分明显的扰动。
图6(a)示出了利用等切屑载荷车削方法,通过第二次走刀所获得的面形误差;图6(b)示出了利用恒径向进给车削方法,通过第二次走刀所获得的面形误差。比较图6(a)和图6(b)可见,利用等切屑载荷车削方法,通过第二次走刀即可基本上消除切屑载荷扰动,也就是切削力扰动所致的面形误差;但在恒径向进给车削中,即使通过第二次走刀仍然难以消除切屑载荷扰动所致的面形误差。

Claims (3)

1.一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法,其特征在于:
(1)根据目标光学曲面,分别创建第一次走刀的待加工表面和期望创成的光学曲面,以“等切屑载荷”为目标生成第一次走刀的刀位路径;
(2)对第一次走刀创成的已加工表面进行在机或机下实测,分别创建第二次走刀的待加工表面和期望创成的光学曲面,以“等切屑载荷”为目标生成第二次走刀的刀位路径;
(3)为两次走刀生成的“等切屑载荷”刀位路径皆利用两自由度快速刀具伺服的两个往复运动以及高精密数控车床的主轴、x轴和z轴的非往复运动实现。
2.一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)创建第一次走刀的初始待加工表面和期望创成的表面:
根据预先设计的目标光学曲面,通过分配加工余量分别创建第一次走刀的期望创成曲面                                                
Figure 2011102396917100001DEST_PATH_IMAGE001
和第二次走刀的期望创成表面初值
Figure 166671DEST_PATH_IMAGE002
,在工件的柱坐标系
Figure 2011102396917100001DEST_PATH_IMAGE003
中将
Figure 239669DEST_PATH_IMAGE001
分别沿径向和周向作等步距离散化,通过拟合生成回转对称的最适非球面,作为第一次走刀的初始待加工表面
Figure 676467DEST_PATH_IMAGE004
(2)生成工件第1转的刀位路径:
Figure 2011102396917100001DEST_PATH_IMAGE005
是平均切屑载荷,
Figure 834915DEST_PATH_IMAGE006
是切屑载荷的扰动幅值,根据预先设定的切屑载荷扰动范围
Figure 2011102396917100001DEST_PATH_IMAGE007
,确定第1转的最大径向进给量
Figure 874416DEST_PATH_IMAGE008
,根据
Figure 474024DEST_PATH_IMAGE008
确定刀位点的径向步距
Figure 2011102396917100001DEST_PATH_IMAGE009
是每一转的等角步距数,则第1转第j个刀位点的转角坐标和径向坐标分别为:
Figure 320943DEST_PATH_IMAGE012
Figure 2011102396917100001DEST_PATH_IMAGE013
,顺次遍历
Figure 632976DEST_PATH_IMAGE014
,即可生成第1转的刀位路径
Figure 2011102396917100001DEST_PATH_IMAGE015
是第1转第j个刀位点的z坐标;
(3)生成工件第k转的刀位路径:
根据预先设定的切屑载荷扰动范围
Figure 583800DEST_PATH_IMAGE007
,由第k转第j-1个刀位点的坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE017
,以“等切屑载荷”为控制目标获得第k转第j个刀位点的坐标
Figure 123366DEST_PATH_IMAGE018
,遍历
Figure 770248DEST_PATH_IMAGE014
,以生成第k转的刀位路径
Figure DEST_PATH_IMAGE019
,逐转求解即可生成工件各转的刀位路径;
(4)分别生成车床和快速刀具伺服第一次走刀的期望运动:
将工件各转的刀位路径分解为单调的趋势成分
Figure DEST_PATH_IMAGE021
和扰动成分
Figure 621847DEST_PATH_IMAGE022
,在车床的CNC指令驱动下沿x轴和z轴作非往复的直线运动
Figure 507763DEST_PATH_IMAGE021
,在两自由度快速刀具伺服的驱动下沿x轴和z轴作往复直线运动
Figure 833702DEST_PATH_IMAGE022
(5)创建第二次走刀的待加工表面和期望创成曲面:
在第一次走刀之后,对所获得的已加工表面
Figure DEST_PATH_IMAGE023
进行在机或机下实测,通过二维小波分解及重构,或者其它多分辨率分解及重构方法,以剔除
Figure 121464DEST_PATH_IMAGE023
中不重复的随机误差,分别得到一个包含确定性误差的曲面
Figure 241867DEST_PATH_IMAGE024
和一个单纯的确定性误差曲面
Figure DEST_PATH_IMAGE025
,将作为第二次走刀的初始待加工表面,则第二次走刀的期望创成曲面为:
Figure 744709DEST_PATH_IMAGE026
(6)分别生成车床和快速刀具伺服各运动轴第二次走刀的期望运动:
在步骤(5)的基础上,重复步骤(2)~(4),得到第二次走刀的“等切屑载荷”刀位路径
Figure DEST_PATH_IMAGE027
Figure 886978DEST_PATH_IMAGE028
,通过分解以获得单调的趋势成分
Figure 443861DEST_PATH_IMAGE021
和扰动成分
Figure 304370DEST_PATH_IMAGE022
,利用所获得的各运动轴之期望运动进行第二次走刀。
3.根据权利要求1或2所述的一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法,其特征在于:生成以“等切屑载荷”为目标的刀位路径,涉及的同步操作如下:
(1)动态修改待加工表面
Figure DEST_PATH_IMAGE029
将初始待加工表面
Figure 706532DEST_PATH_IMAGE029
在工件的笛卡尔坐标系
Figure 968886DEST_PATH_IMAGE030
中分别沿x轴和y轴进行等距细分,令第k转第j个刀位点是当前的刀位点,获得在
Figure 696671DEST_PATH_IMAGE029
上由第j-1个刀位点到第j个刀位点之间刀尖轮廓所扫掠到的网格点,根据
Figure 778896DEST_PATH_IMAGE029
上的这些网格点和关联的刀尖轮廓点即可动态修改
(2)求解瞬态切屑载荷
Figure DEST_PATH_IMAGE031
将初始待加工表面
Figure 773714DEST_PATH_IMAGE029
在工件的笛卡尔坐标系
Figure 531454DEST_PATH_IMAGE030
中分别沿x轴和y轴进行等距细分,令第k转第j个刀位点是当前的刀位点,在工件的坐标平面
Figure 241921DEST_PATH_IMAGE032
上搜索以当前刀位点为中心的邻域,获得
Figure 782624DEST_PATH_IMAGE029
上与当前刀位点相邻的若干个网格点,根据这些网格点求解
Figure 753991DEST_PATH_IMAGE029
与前刀面实际接触区域的边界点,根据这些接触区域的边界点求解材料去除量在刀具基面上的投影即为瞬态切屑载荷
Figure 823578DEST_PATH_IMAGE031
(3)生成等切屑载荷的刀位点:
Figure 286921DEST_PATH_IMAGE013
是等角步距,
Figure DEST_PATH_IMAGE033
是径向试算步距,则第k转第j个刀位点的转角坐标为:
Figure 693631DEST_PATH_IMAGE034
,第j个刀位点的径向坐标初值为:
Figure DEST_PATH_IMAGE035
,根据刀触点与刀位点之间的映射,获得第j个刀位点的z坐标
Figure 785084DEST_PATH_IMAGE036
根据当前刀位点的坐标初值,求解瞬态切屑载荷
Figure 759993DEST_PATH_IMAGE031
,若
Figure 976211DEST_PATH_IMAGE031
不超出
Figure 452192DEST_PATH_IMAGE007
,则当前的刀位点坐标即为第k转第j个刀位点的坐标,否则需在当前的径向坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE037
的邻域内修改,重新求解
Figure 462457DEST_PATH_IMAGE031
,直到
Figure 148653DEST_PATH_IMAGE031
不超出
Figure 949119DEST_PATH_IMAGE007
为止;
遍历
Figure 531410DEST_PATH_IMAGE014
,以获得第k转的刀位路径。
CN 201110239691 2011-08-20 2011-08-20 一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法 Active CN102350509B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110239691 CN102350509B (zh) 2011-08-20 2011-08-20 一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110239691 CN102350509B (zh) 2011-08-20 2011-08-20 一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102350509A true CN102350509A (zh) 2012-02-15
CN102350509B CN102350509B (zh) 2013-03-06

Family

ID=45574213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110239691 Active CN102350509B (zh) 2011-08-20 2011-08-20 一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102350509B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108705101A (zh) * 2018-05-07 2018-10-26 天津祥嘉流体控制系统有限公司 三偏心蝶阀活动阀座密封面加工方法
CN109129031A (zh) * 2018-08-28 2019-01-04 天津大学 慢速伺服磨削自由曲面的砂轮路径生成方法
CN109158617A (zh) * 2018-08-28 2019-01-08 天津大学 控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法
CN109176224A (zh) * 2018-08-28 2019-01-11 天津大学 斜轴单点磨削自由曲面的砂轮路径生成方法
CN116339242A (zh) * 2023-05-30 2023-06-27 中科航迈数控软件(深圳)有限公司 一种自由曲面刀具路径生成方法及相关设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070144315A1 (en) * 2005-12-27 2007-06-28 Gardiner Mark E Cutting tool using interrupted cut fast tool servo
CN102069419A (zh) * 2010-12-19 2011-05-25 吉林大学 一种主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070144315A1 (en) * 2005-12-27 2007-06-28 Gardiner Mark E Cutting tool using interrupted cut fast tool servo
CN102069419A (zh) * 2010-12-19 2011-05-25 吉林大学 一种主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108705101A (zh) * 2018-05-07 2018-10-26 天津祥嘉流体控制系统有限公司 三偏心蝶阀活动阀座密封面加工方法
CN109129031A (zh) * 2018-08-28 2019-01-04 天津大学 慢速伺服磨削自由曲面的砂轮路径生成方法
CN109158617A (zh) * 2018-08-28 2019-01-08 天津大学 控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法
CN109176224A (zh) * 2018-08-28 2019-01-11 天津大学 斜轴单点磨削自由曲面的砂轮路径生成方法
CN109158617B (zh) * 2018-08-28 2020-03-06 天津大学 控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法
CN109129031B (zh) * 2018-08-28 2020-05-05 天津大学 慢速伺服磨削自由曲面的砂轮路径生成方法
CN109176224B (zh) * 2018-08-28 2020-05-05 天津大学 斜轴单点磨削自由曲面的砂轮路径生成方法
CN116339242A (zh) * 2023-05-30 2023-06-27 中科航迈数控软件(深圳)有限公司 一种自由曲面刀具路径生成方法及相关设备
CN116339242B (zh) * 2023-05-30 2023-08-18 中科航迈数控软件(深圳)有限公司 一种自由曲面刀具路径生成方法及相关设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN102350509B (zh) 2013-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109158617B (zh) 控制点驱动投影生成自由曲面车削刀具路径的方法
CN102269984B (zh) 五轴联动数控加工的后置处理方法
CN102069419B (zh) 一种主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法
CN102350509B (zh) 一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法
CN100533316C (zh) 一种金刚石超精密车床自由曲面加工路径生成方法
CN109702567A (zh) 一种圆弧头立铣刀圆弧刃前刀面的磨削轨迹求解方法
CN103713576B (zh) 多轴铣削加工工件表面形貌建模方法
CN102621929B (zh) 双转台五轴联动数控机床的夹具高度及加工路径优化方法
CN109062140A (zh) 一种五轴侧铣加工过程中瞬时未变形切屑厚度计算方法
CN104460516A (zh) 一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法
CN104210302A (zh) 三维立体雕刻机、方法及系统
CN101870073B (zh) 基于工艺系统刚度特性的多轴数控加工刀具运动规划方法
CN104462775B (zh) 一种五轴加工中心铣削力计算方法
CN109597357B (zh) 一种面向叶片旋铣工艺的数控编程方法及装置
CN102423818A (zh) 一种利用成形砂轮磨削面齿轮的方法
CN104460515A (zh) 一种基于后置处理五轴刀具长度补偿方法
CN103048947A (zh) 五坐标联动机床数控程序后置处理方法
CN101791810B (zh) 极坐标数控木工篓铣机
CN105549535A (zh) 五轴摇篮式数控机床未变形切屑的三维几何建模方法
CN104400649A (zh) 一种回转类零件圆弧修整算法及其控制系统
CN104714475A (zh) 一种高效曲面直接数控加工方法
CN102049703A (zh) 一种复杂结构零件车铣加工的空间坐标变换方法
CN104249250A (zh) 一种车铣复合机
JP6008294B2 (ja) 旋削による非円形加工方法
CN103659484A (zh) 一种细长轴类零件的母线磨削法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210623

Address after: 215500 5th floor, building 4, 68 Lianfeng Road, Changfu street, Changshu City, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: Changshu intellectual property operation center Co.,Ltd.

Address before: 130022 No. 5988 Renmin Street, Jilin, Changchun

Patentee before: Jilin University