CN106141852A - 数控斜轴磨床的控制方法及数控斜轴磨床 - Google Patents

Abstract

数控斜轴磨床的控制方法,数控斜轴磨床的第一加工轮(40)由V和W两个伺服轴驱动，另外设备还具有一个改变第一加工轮修整轨迹的靠模(50)。带动第二加工轮(20)移动的MU轴与带动工件(10)移动的MZ轴之间具有倾斜角。第一加工轮具有一个修整坐标系，该修整坐标系具有平行于MU轴的V轴，和垂直于V轴的W轴。靠模有一条直角边平行于W轴，靠模的形边与这条直角边的夹角为安装角。控制方法包括构建虚拟修整坐标系，该虚拟坐标系具有V1轴，和正交于V1轴的W1轴，虚拟坐标系的坐标原点与修整坐标系的原点重合，且V1轴与V轴的夹角为安装角；将第二加工轮的轮廓线在虚拟坐标系中的坐标参数，变换为第二加工轮的轮廓线在修整坐标系中的坐标参数。

Description

数控斜轴磨床的控制方法及数控斜轴磨床

技术领域

本发明涉及一种数控设备的控制技术，尤其涉及一种用于数控斜轴磨床的控制方法和使用该控制方法的数控斜轴磨床。

背景技术

数控磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。常见的数控磨床有数控曲轴磨床、数控连杆磨床、数控凸轮磨床、数控曲轴端面磨床、数控齿轮磨床、数控离心磨床等类型。

数控曲轴端面磨床有一种特殊结构称为数控斜轴磨床，其特点是带动磨削第二加工轮的轴与带动工件移动的轴不垂直。此种类型的磨床中，除了磨削工件的第二加工轮外，还设有用于修整第二加工轮轮廓的第一加工轮和靠模。靠模用以改变第一加工轮的运行轨迹。第一加工轮具有一个修整坐标系，这个修整坐标系是控制第一加工轮运行轨迹的参考坐标系。当靠模存在安装角度时，第一加工轮修磨第二加工轮所形成的轮廓线与第二加工轮的设计需要的轮廓线存在偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种数控斜轴磨床及其控制方法，在靠模存在安装角时，使得第一加工轮修磨第二加工轮所形成的轮廓线与第二加工轮的设计需要的轮廓线一致。

本发明提供了一种数控斜轴磨床的控制方法，其中数控斜轴磨床包括一个第一加工轮和一个靠模，带动第二加工轮移动的MU轴与数控斜轴磨床中带动工件移动的MZ轴之间具有一个倾斜角，第一加工轮具有一个修整坐标系，该修整坐标系具有一个平行于MU轴的V轴，和一个垂直于V轴的W轴。靠模具有一条平行于W轴的直角边，和一条倾斜于所述直角边的形边，直角边和形边之间的夹角为一个安装角。控制方法包括构建一个虚拟坐标系，该虚拟坐标系具有一个V1轴，和一个正交于V1轴的W1轴，虚拟坐标系的坐标原点与修整坐标系的原点重合，且V1轴与V轴的夹角为安装角；将第二加工轮的轮廓线在虚拟坐标系中的坐标参数，变换为第二加工轮的轮廓线在修整坐标系中的坐标参数。将第二加工轮的轮廓线在虚拟坐标系下的坐标参数，转换为修整坐标系下的坐标参数，以转换后的坐标参数为基础编写的数控斜轴机床控制程序能够消除第一加工轮的运动轨迹偏差。

在数控斜轴磨床的控制方法的再一种示意性的实施方式中，第二加工轮的轮廓线能够分解为多个相连接的直线段和/或圆弧。通过轮廓线的分解，能够方便的进行虚拟坐标系到修整坐标系的转换。

在数控斜轴磨床的控制方法的另一种示意性的实施方式中，第二加工轮的轮廓线中的圆弧可分解为由多个直线段啮合而成。通过将圆弧的直线啮合，能够方便的实现圆弧的坐标由虚拟坐标系转换到修整坐标系。

在数控斜轴磨床的控制方法的又一种示意性的实施方式中，数控斜轴磨床用于加工曲轴或凸轮轴的端面。

在数控斜轴磨床的控制方法的又一种示意性的实施方式中，第一加工轮(40)为金刚轮。

在数控斜轴磨床的控制方法的又一种示意性的实施方式中，第二加工轮(20)为砂轮。

在数控斜轴磨床的控制方法的又一种示意性的实施方式中，倾斜角的范围为大于-90°且小于0°，或者大于0°且小于90°。

在数控斜轴磨床的控制方法的又一种示意性的实施方式中，安装角的范围为大于-90°且小于0°，或者大于0°且小于90°。

本发明还公开了使用上述控制方法的数控斜轴磨床。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1用于说明数控斜轴磨床的结构；

图2用于说明砂轮的轮廓线的变换；

图3用于说明图2中圆弧C2的线段啮合。

标号说明

10 回转夹具

20 第二加工轮

30 工件

40 第一加工轮

42 基准面

50 靠模

52 形边

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的位置关系，而非限定它们的绝对位置。

在本文中，“平行”、“垂直”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。

在本文中，“MU轴”、“MZ轴”、“V轴”、和“W轴”为数控磨床中涉及的标准术语，其详细的定义可参见数控磨床的说明书或帮助文档。

图1用于说明数控斜轴磨床的结构。如图1所示，斜轴磨床包括一对回转夹具10、一个第二加工轮20、、一个第一加工轮40、和一个靠模50。在数控斜轴磨床一种示意性实施方式中，第一加工轮40为金刚轮，且第二加工轮20为砂轮。下文以第一加工轮40为金刚轮，且第二加工轮20为砂轮为例进行说明，但并不以此为限定。

待加工的工件30夹持在回转夹具10之间，在数控斜轴磨床一种示意性实施方式中，代加工的工件30为发动机的曲轴，且数控斜轴磨床用于曲轴端面的磨削加工。

斜轴磨床具有一个MZ轴。沿MZ轴，工件30能够由回转夹具10带动而移动。MU轴是带动砂轮20和金刚轮40同步前后移动的伺服轴。对于斜轴磨床而言，MU轴倾斜于MZ轴，且它们之间具有一个倾斜角β，倾斜角β的取值范围为-90°＜β＜0°，或者0°＜β＜90°。

金刚轮40用于修整砂轮20的轮廓，即需要控制金刚轮40的运行轨迹使之与砂轮20的轮廓线重合。砂轮20用于加工工件30，且砂轮20的轮廓即砂轮20与工件接触端面的轮廓线。

金刚轮40具有一个修整坐标系，且修整坐标系为笛卡尔直角坐标系。修整坐标系包括正交的V轴和W轴，V轴是带动金刚轮前后移动的伺服轴，W轴是带动金刚轮左右移动的伺服轴。V轴平行于MU轴，且W轴垂直于MU轴。

靠模50可以提高工件30磨削的平行度。如图1所示，靠模50为一个直角三角形，但不局限于此，靠模还可以依据需要变换为其他形状。靠模50安装时，它的一条直角边平行于W轴，靠模的形边52为直角三角形的斜边。形边52和直角边的夹角为一个安装角α，安装角α的取值范围为-90°＜α＜0°，或者0°＜α＜90°。与金刚轮40相连接的基准面42抵靠于形边52。如图1中虚线所示，基准面42沿形边52运动时，带动金刚轮40运动。用于控制金刚轮40运行轨迹的运行坐标系为V轴和W轴限定的修整坐标系，且修整坐标系为笛卡尔直角坐标系。

数控斜轴磨床的控制方法包括如下步骤。

首先，构建一个虚拟坐标系。这个虚拟坐标系具有一个V1轴和一个W1轴，且W1轴垂直于V1轴。构建的虚拟坐标系的坐标原点与修整坐标系的坐标原点重合。另外，V1轴与V轴的夹角为安装角α，且W1轴与W轴的夹角为安装角α，即虚拟坐标系是修整坐标系旋转α角度得到。

而后，将砂轮的轮廓线(即金刚轮的运动轨迹)在虚拟坐标系中的坐标参数，转换为砂轮的轮廓线在修整坐标系中的坐标参数。

图2用于说明砂轮的轮廓线(即金刚轮的运动轨迹)的变换，图2为图1中II部分的局部放大图，且砂轮的整体轮廓线可以此类推。如图2所示，砂轮的轮廓线可以分解为直线段L1、圆弧C2、和直线段L3，圆弧C2的两端分别连接于直线段L1和直线段L3。直线段L1由a点和b点限定。直线段L3由c点和d点限定。圆弧C2由b点和c点限定。

在虚拟坐标系中，a点的坐标为(-a，0)，b点的坐标为(-b，0)。转换时，将直线段L1分别向修整坐标系的W轴和V轴投影，在修整坐标系中，a点的坐标变为(-a·cosα，-a·sinα)；b点的坐标变为(-b·cosα，-b·sinα)。由此直线段L1在虚拟坐标系中的坐标参数转为直线段L1在修整坐标系中的坐标参数。同理可得到直线段L3中c点和d点在修整坐标系中的坐标。

参见图1，数控斜轴模床的控制方法中，构建的虚拟坐标系为不存在靠模安装角下，W轴和V轴限定的坐标系，而修整坐标系为存在靠模安装角下，W轴和V轴限定的坐标系。将砂轮20的轮廓线在虚拟坐标系下的坐标参数，转换为修整坐标系下的坐标参数，能够反映出金刚轮40沿W轴移动时，其在V轴上的位置变化，从而能够准确地控制金刚轮的运行轨迹与预想的设计轨迹匹配，避免出现偏差。

从另一方面讲，对于具有倾斜安装的靠模50的数控斜轴模床，如果不采用上述控制方法，由于靠模50中安装角的存在，当移动W轴时，基准面42沿形边52运动，金刚轮40会产生V轴方向的机械位置变动，即金刚轮40的运行坐标系变为一个笛卡尔斜角坐标系，且这个笛卡尔斜角坐标系由W轴和发生偏转的V轴限定。当数控斜轴磨床的数控程序控制金刚轮40在W轴移动时，金刚轮40同时在V轴发生位移，由此导致金刚轮40的运行轨迹偏离设计的轨迹。

图3用于说明图2中圆弧C2的线段啮合。如图3所示，圆弧C2由直线段D1、直线段D2、和直线段D3啮合而成，可以通过增加啮合直线段的数量来调整圆弧线段的粗糙度。另外，通过前述直线段的坐标转换方法，将直线段D1、直线段D2、和直线段D3的坐标参数由虚拟坐标系转换为修整坐标系。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.数控斜轴磨床的控制方法，其中所述数控斜轴磨床包括一个第一加工轮(40)、一个第二加工轮(20)、和一个靠模(50)，带动所述第二加工轮(20)和所述第一加工轮(40)同步移动的MU轴与所述数控斜轴磨床带动工件(10)移动的MZ轴之间具有一个倾斜角，所述第一加工轮(40)具有一个修整坐标系，该修整坐标系具有一个平行于MU轴的V轴，和一个垂直于所述V轴的W轴，所述靠模(50)具有一条平行于W轴的直角边，和一条倾斜于所述直角边的形边，所述直角边和所述形边之间的夹角为一个安装角，其特征在于所述控制方法包括：

构建一个虚拟坐标系，该虚拟坐标系具有一个V1轴，和一个正交于所述V1轴的W1轴，所述虚拟坐标系的坐标原点与修整坐标系的原点重合，且所述V1轴与所述V轴的夹角为所述安装角；

将所述第二加工轮(20)的轮廓线在所述虚拟坐标系中的坐标参数，变换为所述第二加工轮(20)的轮廓线在所述修整坐标系中的坐标参数。

2.如权利要求1所述的数控斜轴磨床的控制方法，其特征在于所述第二加工轮(20)轮廓线能够分解为多个相连接的直线段和/或圆弧。

3.如权利要求2所述的数控斜轴磨床的控制方法，其特征在于所述第二加工轮(20)的轮廓线中的圆弧可由多个直线段啮合而成。

4.如权利要求1所述的数控斜轴磨床的控制方法，其特征在于所述数控斜轴磨床用于加工曲轴或凸轮轴的端面。

5.如权利要求1所述的数控斜轴磨床的控制方法，其特征在于所述第一加工轮(40)为金刚轮。

6.如权利要求1所述的数控斜轴磨床的控制方法，其特征在于所述第二加工轮(20)为砂轮。

7.如权利要求1所述的数控斜轴磨床的控制方法，其特征在于所述倾斜角的范围为大于-90°且小于0°，或者大于0°且小于90°。

8.如权利要求1所述的数控斜轴磨床的控制方法，其特征在于所述安装角的范围为大于-90°且小于0°，或者大于0°且小于90°。

9.数控斜轴磨床，其特征在于它使用了如权利要求1至8任意一项所述的数控斜轴磨床的控制方法。