CN103692305A - 加工异形轧辊的区间均匀磨削方法 - Google Patents

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    • B24B5/00—Machines or devices designed for grinding surfaces of revolution on work, including those which also grind adjacent plane surfaces; Accessories therefor
    • B24B5/36—Single-purpose machines or devices
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Abstract

本发明公开一种加工异形轧辊的区间均匀磨削方法，主要针对现有异形轧辊磨削方法精度低而设计。本发明，基于所述轧辊的加工曲线的凹凸性，将所述加工曲线分为若干段凹凸性一致的加工区间。凸曲线砂轮由该加工区间的起点做平动并逆时针转动至该加工曲线的终点；凹曲线砂轮由该加工区间的起点做平动并顺时针转动至该加工曲线的终点。所述砂轮的每个加工区域分别对所述加工区间对应的加工弧线段进行磨削加工。本发明，加工精度高、适用具有普遍性。

Description

加工异形轧辊的区间均匀磨削方法
技术领域
本发明涉及一种加工异形轧辊的区间均匀磨削方法。 
背景技术
加工异型轧辊，选择不同的磨削控制方法直接影响着轧辊精度和生产效率。轧辊不但型面复杂，精度要求高，而且要在热处理后的高硬度下实现精加工，为解决这一问题出现了CNC包络法磨削工艺。CNC包络法磨削工艺砂轮需采用平行砂轮，砂轮开面为圆弧形状，即砂轮圆弧半径等于砂轮厚度。该工艺只需根据数学方法计算出理论曲线的等距线方程，再计算每一段插补圆弧的位置点，只要两轴联动即可确保砂轮的回转中心的轨迹与轧辊轮廓曲线的等距线相重合。 
德国勇克公司开发出来的快速点磨削技术是一种先进的外圆磨削工艺。在利用此方法磨削加工轧辊外圆时，砂轮轴线与轧辊轴线不再是平行的，而是在水平和垂直方向均形成一定的夹角，形成砂轮与轧辊间点接触。因此在理论上，相对比与普通砂轮磨削，点磨削即使只使用两轴联动便可以加工各种复杂的曲线。 
砂轮法向磨削法是上海交通大学基于快速点磨削技术发展而来。砂轮法向磨削法首先在数控轴中增加一个工作台滑座的回转轴，使轧辊轮廓相对于砂轮轴线位置可变。 
以上轧辊加工方法中主要有以下问题： 
包络法磨削轧辊过程中，轧辊与砂轮的接触点在砂轮圆弧上始终在变化，导致砂轮所受轴向磨削力方向不断变化，砂轮会产生轴向的变形，导致加工精度降低。另外当轧辊曲线曲率比较大时，磨削点的变化容易造成砂轮对轧辊的 干涉，无法实现轧辊的精密磨削。 
快速点磨削技术由于CBN砂轮造价的昂贵和快速磨削技术的限制，现在该技术还无法大规模的展开应用。 
砂轮法向磨削法由于砂轮与轧辊的接触点始终处于砂轮的径向轴定点，从而导致砂轮该部分磨损严重，而砂轮的磨损状况直接影响磨削加工质量。另外，快速点磨削技术和法向跟踪磨削方法不适用普通砂轮。 
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种成本节约、轧辊削磨精度高、工艺简单、普遍性高的加工异形轧辊的区间均匀磨削方法。 
为达到上述目的，本发明加工异形轧辊的区间均匀磨削方法，所述方法包括： 
基于所述轧辊的加工曲线的凹凸性，将所述加工曲线分为若干段凹凸性一致的加工区间； 
判断所述轧辊上待加工区间相对于砂轮所在位置的凹凸性， 
若加工区间相对于所述砂轮所在位置呈凸曲线，则砂轮由该加工区间的起点做平动并逆时针转动至该加工曲线的终点； 
若加工区间相对于所述砂轮所在位置呈凹曲线，则砂轮由该加工区间的起点做平动并顺时针转动至该加工曲线的终点； 
其中，每段加工区间的加工方法包括：基于加工步长将加工区间等分为n个等长的加工弧线段，同样将砂轮的磨削角将砂轮的磨削圆弧划分为n个和所述加工弧线段一一对应的加工区域，以使所述砂轮的每个加工区域分别对所述加工区间对应的加工弧线段进行磨削加工。 
进一步地，将加工曲线划分为凹凸性一致的加工区间的方法为通过微分方程计算曲线的拐点，所述拐点为曲线凹凸区间的分界点。 
优选地，所述砂轮为平行砂轮，所述砂轮的开面为圆弧形状，所述砂轮的圆弧半径等于砂轮的厚度。 
本发明加工异形轧辊的区间均匀磨削方法，与为解决此问题而提出的数控包络磨削法、快速点磨削技术和砂轮法向跟踪磨削法相比，本发明所提出的区间均匀接触磨削法在工艺上更为合理，既克服了数控包络磨削法的砂轮磨削点位置过于偏离有效磨削范围的缺点，又解决了砂轮法向跟踪磨削法的磨削点拘泥于一点带来的砂轮磨损严重的问题，同时采用的四轴三联动数控系统相对便于推广。这对于解决高精度复杂型面轧辊的加工，提高钢管的产品质量有重要意义。 
附图说明
图1是本发明加工异形轧辊的区间均匀磨削方法的实施例的砂轮动作示意图； 
图2是本发明加工异形轧辊的区间均匀磨削方法的实施例的加工示意图； 
图3为本发明加工异形轧辊的区间均匀磨削方法的实施例的砂轮的截面示意图； 
图4是本发明加工异形轧辊的区间均匀磨削方法的实施例的砂轮磨削角划分示意图。 
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。 
本发明加工异形轧辊的区间均匀磨削方法，所述方法包括： 
基于所述轧辊的加工曲线的凹凸性，将所述加工曲线分为若干段凹凸性一致的加工区间； 
判断所述轧辊上待加工区间相对于砂轮所在位置的凹凸性， 
若加工区间相对于所述砂轮所在位置呈凸曲线，则砂轮由该加工区间的起 点做平动并逆时针转动至该加工曲线的终点； 
若加工区间相对于所述砂轮所在位置呈凹曲线，则砂轮由该加工区间的起点做平动并顺时针转动至该加工曲线的终点； 
其中，每段加工区间的加工方法包括：基于加工步长将加工区间等分为n个等长的加工弧线段，同样将砂轮的磨削角将砂轮的磨削圆弧划分为n个和所述加工弧线段一一对应的加工区域，以使所述砂轮的每个加工区域分别对所述加工区间对应的加工弧线段进行磨削加工。 
进一步地，将加工曲线划分为凹凸性一致的加工区间的方法为通过微分方程计算曲线的拐点，所述拐点为曲线凹凸区间的分界点。 
如图1至4所示，该方法首先对轧辊轮廓曲线加工区间进行划分。通过微分方程求得曲线的拐点，进行曲线段凸凹性的判断；以曲线凸凹分界点为区间边界点，将曲线划分为若干段，使每段曲线具有凸凹一致性。实现了砂轮与轧辊之间的接触点始终被控制在给定的砂轮接触区间角范围内。以图1所示的轧辊曲线为例，假设该曲线有两段组成，凸凹分界点为T，P1、P2分别为曲线的起点和终点；β1、β2分别为第一段曲线与第二段曲线加工区间内曲线端点处法线间夹角；α1、α2分别为第一段曲线与第二段曲线加工区间内砂轮的摆动角度。加工时首先调整砂轮角度进行对刀，使设定的砂轮接触区间左侧磨削点与曲线的起点P1重合，由此进行磨削加工。在三轴联动下，当加工第一段曲线时，砂轮做平动并逆时针转动直至加工到曲线T处，此时砂轮接触区间右侧磨削点与曲线的拐点T点重合；当加工第二段曲线时，砂轮做平动并顺时针转动直至加工到曲线P2处，此时砂轮接触区间左侧磨削点与曲线的终点P2点重合。 
砂轮则需采用平行砂轮，砂轮开面为圆弧形状，即砂轮圆弧半径等于砂轮厚度。设砂轮的回转中心为C，砂轮的圆弧中心为B,砂轮磨削角为2θ。 
在同一凹凸区间内，按加工步长划分成n个等长的弧线段，等待磨削加工，从而形成了n+1个点，分别命名为P0、P1、P2……Pn-1、Pn。然后再将砂轮磨 削角2θ划分为n等份，每份对应的角度为△α，因此砂轮参与磨削圆弧也被划分为n个区域，共有n+1个点，分别命名为Ps0、Ps1、Ps2……Ps(n-1)、Ps(n)，并且在加工过程中，这些点与轧辊上为P0、P1、P2……Pn-1、Pn一一对应重合。进而可求出砂轮圆弧中心点B的坐标，再由轧辊轮廓曲线特征与砂轮在加工过程中的几何关系，计算砂轮径向轴在每一时刻与绝对坐标轴之间的角度，列出砂轮回转中心的绝对位置方程。 
由于轧辊轮廓曲线和砂轮圆弧都是等分的，等长的砂轮工作圆弧相应加工了对应等长度的轧辊轮廓曲线，即在同一加工精度条件下，砂轮的磨损程度也是均匀的。并且在加工过程中，砂轮与轧辊处于点磨削状态。 
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。 

Claims (3)

1.一种加工异形轧辊的区间均匀磨削方法，其特征在于，所述方法包括：
基于所述轧辊的加工曲线的凹凸性，将所述加工曲线分为若干段凹凸性一致的加工区间；
判断所述轧辊上待加工区间相对于砂轮所在位置的凹凸性，
若加工区间相对于所述砂轮所在位置呈凸曲线，则砂轮由该加工区间的起点做平动并逆时针转动至该加工曲线的终点；
若加工区间相对于所述砂轮所在位置呈凹曲线，则砂轮由该加工区间的起点做平动并顺时针转动至该加工曲线的终点；
其中，每段加工区间的加工方法包括：基于加工步长将加工区间等分为n个等长的加工弧线段，同样将砂轮的磨削角将砂轮的磨削圆弧划分为n个和所述加工弧线段一一对应的加工区域，以使所述砂轮的每个加工区域分别对所述加工区间对应的加工弧线段进行磨削加工。
2.根据权利要求1所述的加工异形轧辊的区间均匀磨削方法，其特征在于，将加工曲线划分为凹凸性一致的加工区间的方法为通过微分方程计算曲线的拐点，所述拐点为曲线凹凸区间的分界点。
3.根据权利要求1所述的加工异形轧辊的区间均匀磨削方法，其特征在于：所述砂轮为平行砂轮，所述砂轮的开面为圆弧形状，所述砂轮的圆弧半径等于砂轮的厚度。
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