CN108345267B - 一种单点金刚石车削中刀具干涉区域确定的方法和相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种单点金刚石车削中刀具干涉区域确定的方法，其特征在于，所述刀具为金刚石刀具，所述金刚石刀具包括前刀面、后刀面和切削刃，所述切削刃为前刀面和后刀面相交的部分，所述后刀面为圆锥形，所述切削刃为扇形，所述方法包括：确定所述切削刃在第一坐标系中的轨迹方程；根据所述切削刃的轨迹方程确定所述后刀面在所述第一坐标系中的曲面方程；根据所述轨迹方程和所述曲面方程确定干涉区域半径在第二坐标系中的关系式。通过本申请提供的实施例可以确定干涉区域的半径，调整切削参量，提高工件表面精度。

Description

一种单点金刚石车削中刀具干涉区域确定的方法和相关装置

技术领域

本申请涉及车削加工技术领域，尤其涉及一种单点金刚石车削中刀具干涉区域确定的方法和相关装置。

背景技术

单点金刚石车削是一种以单晶金刚石作为切削刀具的车削工艺，由于天然金刚石具有纳米级的边缘锋利度和良好的耐磨性，可用于切割超高品质的表面，制备具有纳米级表面光洁度和亚微米级形状精度的旋转对称光学产品，被广泛应用于光学，航空航天，激光，军事装备和通信等领域。

目前，当金刚石刀具前刀面高于工件主轴轴线将导致在该工件表面形成中心圆锥干涉区域，降低工件表面质量和精度。

发明 内容

本申请要解决的技术问题在于，提供一种单点金刚石车削中刀具干涉区域确定的方法，以期减小金刚石刀具在车削过程中形成的干涉区域。

第一方面，本申请实施例提供了一种单点金刚石车削中刀具干涉区域确定的方法，所述刀具为金刚石刀具，所述金刚石刀具包括前刀面、后刀面和切削刃，所述切削刃为前刀面和后刀面相交的部分，所述后刀面为圆锥形，所述切削刃为扇形，所述方法包括：

确定所述切削刃在第一坐标系中的轨迹方程；

根据所述切削刃的轨迹方程确定所述后刀面在所述第一坐标系中的曲面方程；

根据所述轨迹方程和所述曲面方程确定干涉区域半径在第二坐标系中的表达式。

第二方面，本申请实施例提供一种车削方法，所述车削方法根据上述所述的计算方法设置车削过程中的切削参量，所述切削参量用于减小干涉区域，提高工件表面精度。

第三方面，本申请实施例提供了一种车削装置，所述车削装置在车削过程中应用第二方面所述的车削方法。

可见，采用本申请的实施例，具有以下有益效果：

当金刚石刀具的前刀面高于待加工工件主轴轴线时，通过建立数学模型，可确定该金刚石刀具在车削过程中与该待加工工件发生干涉的临界点，确定干涉区域半径，根据该干涉区域半径和加工要求调整车削参量，减小干涉区域，提高待加工工件表面的面形精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A是本申请实施例提供的一种单点金刚石车削中刀具干涉区域确定的方法流程示意图；

图1B是本申请实施例提供的一种金刚石刀具的三维结构示意图；

图1C是本申请实施例提供的一种建立坐标系的方法的示意图；

图1D是本申请实施例提供的一种确定切削刃轨迹方程的示意图；

图2A是本申请实施例提供的一种切分中心圆台区域的示意图；

图2B是本申请实施例提供的弦切角变化的示意图；

图2C是本申请实施例提供的刀具后刀面的斜率变化的示意图；

图2D是本申请实施例提供的干涉区域半径随切削参量变化的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结果或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

首先，金刚石刀具位车削过程中常用的切削刀具。

可选的，当所述金刚石刀具的前刀面低于待加工工件主轴轴线时，则可知该金刚石刀具无法切削到所述待加工工件的中间部分，因此，在所述待加工工件表面形成中心圆柱。

可选的，当所述金刚石刀具的前刀面高于待加工工件主轴轴线时，可知将会导致在所述待加工工件表面形成中心圆锥。进一步地，在形成所诉中心圆锥之前，随着所诉的金刚石刀具的持续进给，刀具后刀面会与切削刃切削工件留下的圆台区域发生干涉，金刚石刀具受到挤压力的作用而被抬起，形成较所诉中心圆锥底面面积更大的刀具干涉区域。可选的，切削刃是一种工具。前后刀面的交线，它担负主要的切削工作也叫主切削刃或主刀刃。

可选的，刀具切削部分主要由刀面和切削刃两部分构成。刀面用字母A与下角标组成的符号标记，切削刃用字母S标记，副切削刃及相关的刀面标记在右上角加一撇以示区别。则刀具的主要构成部分具体为：前面(前刀面)Ar：刀具上切屑流出的表面；后面(后刀面)Aα：刀具上与工件过渡表面相对的刀面；副后面(副后刀面)Aα′：刀具上与工件新形成的表面相对的刀面；主切削刃S：前面与后面形成的交线，在切削中承担主要的切削任务；副切削刃S′：前面与副后面形成的交线，它参与部分的切削任务；刀尖：主切削刃与副切削刃汇交的交点或一小段切削刃。

可选的，在刀具切削的过程中用于构成刀具角度的参考平面主要有：基面、切削平面、正交平面、法平面、假定工作平面和背平面，该五个平面具体为：基面Pr：过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。通常，它平行(或垂直) 于刀具上的安装面(或轴线)的平面。例如：普通车刀的基面Pr，可理解为平行于刀具的底面；切削平面Ps：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。它也是切削刃与切削速度方向构成的平面；正交平面Po：过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr与切削平面Ps的平面；法平面Pn：过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面；假定工作平面Pf：过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于基面Pr的平面；背平面Pp：过切削刃选定点，同时垂直于假定工作平面Pf与基面Pr的平面。

参见图1A，图1A为本申请公开的一种计算刀具干涉区域的方法的流程示意图，如图1A所示，该方法包括：

步骤101：确定所述切削刃在第一坐标系中的轨迹方程。

其中，本申请中所用的刀具为常用的锥形后刀面金刚石刀具，且所述锥形后刀面金刚石刀具的切削刃为扇形，所述锥形后刀面金刚石刀具的后刀面为圆锥形。

参见图1B，图1B为该金刚石刀具的三维结构示意图，如图1B所示，为了表述方便，所述金刚石刀具的刀具后角用δ表示，前刀面用1表示，后刀面用2 表示，切削刃用3表示，刀尖半径用R表示。

可选的，在车削过程中，所述待加工工件通过真空吸盘固定吸附在主轴上，且该主轴以恒定的转速旋转，同时所述金刚石刀具的前刀面高于待加工工件主轴轴线。所述金刚石刀具从所述待加工工件的边界移动到中心，随着该金刚石刀具的持续进给将会在该待加工工件表面形成螺旋刀具路径。显然，当所述金刚石刀具距离该待加工工件的中心区域比较远的时候，后刀面无法接触到该区域，故而不会形成干涉，随着该金刚石刀具的持续进给，后刀面在某个时刻与切削刃切削工件留下的圆台区域发生干涉，所述金刚石刀具受到挤压力的作用而被抬起。进一步地，再随着刀具的进给，刀具后刀面与该区域的干涉越明显，挤压越严重。

可选的，为了表述清楚方便，如图1C所示，用4表示金刚石刀具，5表示金刚石刀具的刀柄，6表示待加工工件，ω表示刀具进给方向，θ表示待加工工件6的旋转方向，进一步地，在该待加工工件6的表面建立两个坐标系，其中，以所述金刚石刀具4的刀尖为原点建立可移动的第一坐标系o′-x′y′z′，其中，x′轴与金刚石刀具4的进给方向相反，z′轴垂直于所述工件表面向上，所述x′轴、y′轴和z′轴两两互相垂直，当然，该第一坐标系随着所述金刚石刀具4的刀尖的移动而移动；另外，以所述待加工工件6的中心为原点建立第二坐标系o-xyz，其中，x轴与金刚石刀具的进给方向相反，z轴垂直于所述工件表面向上，y轴与所述y′轴方向一致，所述x轴、y轴和z轴两两互相垂直。

具体来讲，如图1D所示，所述确定所述切削刃在第一坐标系中的轨迹方程包括：首先确定金刚石刀具4的切削刃3在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的轨迹方程，由所述金刚石刀具的特性可知，所述切削刃为3扇形，且该扇形的半径为R (即图1B中的刀尖半径)，则所述切削刃在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的轨迹方程为x′²+(z′-R)²＝R²，由于在实际切削的过程中我们能用到的切削刃(即图1D中标记的7，代表实际应用到的切削刃)的高度为a_p(即切削深度)，故而所述切削刃7在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的具体的轨迹方程为：

其中，所述x′、y′和z′为所述切削刃7轨迹上任意点(x′，y′，z′)在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标，所述R为刀尖半径，所述a_p为切削深度。

可选的，由坐标的平移关系可得所述切削刃7在所述第二坐标系o-xyz中的具体的轨迹方程为：

其中，所述x、y和z为所述切削刃7轨迹上任意点(x，y，z)在所述第二坐标系o-xyz中的坐标，所述l_y为对刀误差，所述l_x为所述切削刃的刀尖与所述第二坐标系原点之间的水平距离。

步骤102：根据所述切削刃的轨迹方程确定所述后刀面在所述第一坐标系中的曲面方程。

可选的，已知该金刚石刀具的后刀面2为圆锥形，根据圆锥体的几何关系、所述切削刃7在第一坐标系o′-x′y′z′中的轨迹方程

和所述切削刃7在所述第二坐标系o-xyz中的方程

确定所述后刀面2在所述第一坐标系中的曲面方程具体为：

其中，所述u、v和w为所述后刀面2上任意点(u，v，w)在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标，所述δ为刀具后角。

步骤103：根据所述轨迹方程和所述曲面方程确定干涉区域半径在第二坐标系中的表达式。

可选的，在根据所述切削刃7的轨迹方程和所述后刀面2的曲面方程确定干涉区域半径在第二坐标系中的表达式之前，将所述工件中心的圆台区域以平行xoy面的方式切分成n个圆面，所述n为正整数；确定所述切削刃所在的平行于所述xoy面的平面在切削过程中与所述n个圆面的n个交点；将所述n个圆面投影到所述xoy面，并确定所述n个交点在所述xoy面中与所述n个圆面的n个弦切角，其中，圆面、交点与弦切角一一对应。

可选的，确定所述金刚石刀具4与所述待加工工件6发生干涉的位置，即确定所述n个交点中所述金刚石刀具4与所述工件发生干涉的临界点i，其中，发生干涉的条件包括所述临界点i的弦切角δ_i等于所述刀具后角δ，可以理解的是，此时弦切角δ_i等于所述刀具后角δ，再随着刀具的进给，所述金刚石刀具4 的后刀面2将会挤压所述中心圆台区域，形成干涉。

可选的，根据弦切角的随着坐标z的变化规律和所述金刚石刀具4的后刀面2与斜率的变化，确定所述金刚石刀具4在所述中心圆台的顶圆处发生干涉。

可选的，在确定所述金刚石刀具4与所述工件在所述圆台区域的顶圆c_p处发生干涉后，则设定所述切削刃轨迹的端点所在的平行于所述xoy面的平面与所述顶圆c_p相交与点p，则确定所述金刚石刀具4与所述工件发生干涉的临界点p 在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标为

在所述第二坐标系o-xyz中的坐标为

可选的，设定所述点p对应的弦切角为δ₁，并将所述后刀面的平面方程对u 求偏导得到偏导式，并将所述点p在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标和所述弦切角δ₁代入该偏导式中确定

再根据所述点p在所述第二坐标系中的坐标确定所述干涉区域的半径

联合上述

则可求解出所述干涉区域半径在所述第二坐标系中的表达式为

举例来说，图2A为所述车削过程沿y轴正方向看去的正视图，如图2A所示，假定n＝3，即将所述中心圆台区域切分成3个圆面，分别为c₁、c₂和c₃。可以理解的是，在车削过程中，当所述金刚石刀具从工件边缘进给到工件中心时，会先在某处发生刀具干涉。发生刀具干涉的位置，不是所有的刀刃都同时发生干涉，而是先在刀刃处(z＝a_p)发生刀具干涉，然后将干涉区域延伸到刀具后刀面和较小z坐标的刀具刃口。这是因为与截面圆c₂和c₃相比，所述中心圆台的顶圆 c₁具有最大曲率和z轴坐标。如图2B所示，图2B为弦切角的示意图，可以看出随着切削深度的增加弦切角α越来越大，如图2B中的α₁>α₂>α₃，也就说明随着切削深度的增加，越容易发生干涉。因此，在中心误差(即y＝l_y)的位置，圆台的顶部圆相对于y轴的负值(α₁)具有最大的斜率，在顶部圆z＝a_p更容易出现刀具干涉。

可选的，随着z坐标的增加，刀具的后刀面2的斜率越小，如图2C所示，图2C为车削过程中的虚拟平面的正视图，图2C中的虚拟平面具体为ap₁、ap₂和 ap₃。可见，所述刀具的后刀面2与切削深度较小的虚拟平面(即图2C中的ap₂和 ap₃)在交点处具有较大的斜率，如图2C中的δ₂和δ₃，而与具有较大切削深度的虚拟平面(即图2C中的ap₁)与刀具后刀面2在交点具有较小的斜率，如图2C中的δ₁。因此，在更大的切削深度下，刀具干涉更容易发生。联系两者，对于金刚石刀具和圆形平台，刀具干涉首先发生在z＝ap处，可知刀具后刀面与圆形平台之间的刀具干涉将首先发生在切削刃与平面(z＝ap)的交点处，然后刀具干涉区域延伸到刀具后刀面和较小z坐标的刀具刃口。特别是，α₁＝δ₁是发生刀具干涉的关键条件。由于给定切削深度δ₁为一定值，所以刀具干涉的发生取决于α₁，当α₁大于δ₁时发生刀具干涉，否则不会发生刀具干涉。

由上述可知，所述金刚石刀具与切削刃切削所诉工件留下的中心圆台区域的顶圆c_p处发生干涉，且将该金刚石刀具的切削刃所在的平行于xoz面的平面与所述顶圆c_p相交与p点，且可知该p点与顶圆c_p的弦切角为δ₁，根据弦切角可以求出

且该p点为所述切削刃的端点，则可知该p点在第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标为

在所述第二坐标系o-xyz中的坐标为

将公式

求v对u的偏导可得

另外将

v＝0，

代入该偏导式中可得

再由该p点在第二坐标系中的坐标

可得

故可得

由于所述干涉区域半径

故

可选的，根据干涉区域半径的表达式

可在MATLAB中作出如图2D所示的变化曲线图，可以看出，所述金刚石刀具的干涉区域的半径r随着切削深度a_p和对刀误差l_y的增大而增大，随着刀具后角δ的增大而减小，但是随着刀尖半径R的增大，该刀具的干涉区域的半径会先减小后增大。

可以看出，通过在工件表面和刀具切削刃尖端建立坐标系的方式，确定干涉区域的半径与切削深度、对刀误差、刀具后角以及刀尖半径的关系，根据推导出的关系式，调整切削参量，减小干涉区域，从而满足车削过程中需要加工出高质量和高精度工件的需求，同时，还可以根据预先设定的切削参数，推断出在车削过程中能否车削出满足精度需求的工件。

本申请还公开了一种车削方法，所述车削方法根据上述的计算干涉区域的方法调整车削过程中的切削参量，以便于减小干涉区域，提高工件表面精度。其中，所述计算干涉区域的具体方法包括：

如步骤101所述，先确定所述切削刃在第一坐标系中的轨迹方程。

如图1B所示，所述金刚石刀具的刀具后角用δ表示，前刀面用1表示，后刀面用2表示，切削刃用3表示，刀尖半径用R表示。

可选的，如图1C所示，用4表示金刚石刀具，5表示金刚石刀具的刀柄，6 表示待加工工件，ω表示刀具进给方向，θ表示待加工工件6的旋转方向，进一步地，在该待加工工件6的表面建立两个坐标系，其中，以所述金刚石刀具4 的刀尖为原点建立可移动的第一坐标系o′-x′y′z′，其中，x′轴与金刚石刀具4的进给方向相反，z′轴垂直于所述工件表面向上，所述x′轴、y′轴和z′轴两两互相垂直，当然，该第一坐标系随着所述金刚石刀具4的刀尖的移动而移动；另外，以所述待加工工件6的中心为原点建立第二坐标系o-xyz，其中，x轴与金刚石刀具的进给方向相反，z轴垂直于所述工件表面向上，y轴与所述y′轴方向一致，所述x轴、y轴和z轴两两互相垂直。

具体来讲，如图1D所示，首先确定金刚石刀具4的切削刃3在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的轨迹方程，其中，所述切削刃为3扇形，且该扇形的半径为R (即图1B中的刀尖半径)，则所述切削刃在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的轨迹方程为x′²+(z′-R)²＝R²，由于在实际切削的过程中我们能用到的切削刃(即图1D中的7，代表实际应用到的切削刃)的高度为a_p(即切削深度)，故而所述切削刃 7在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的具体的轨迹方程为：

其中，所述x′、y′和z′为所述切削刃7轨迹上任意点(x′，y′，z′)在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标，所述R为刀尖半径，所述a_p为切削深度。

可选的，由坐标的平移关系可得所述切削刃7在所述第二坐标系o-xyz中的具体的轨迹方程为：

其中，所述x、y和z为所述切削刃7轨迹上任意点(x，y，z)在所述第二坐标系o-xyz中的坐标，所述l_y为对刀误差，所述l_x为所述切削刃的刀尖与所述第二坐标系原点之间的水平距离。

如步骤102所述，根据所述切削刃的轨迹方程确定所述后刀面在所述第一坐标系中的曲面方程。

可选的，已知该金刚石刀具的后刀面2为圆锥形，根据圆锥体的几何关系、所述切削刃7在第一坐标系o′-x′y′z′中的轨迹方程

和所述切削刃7在所述第二坐标系o-xyz中的方程

确定所述后刀面2在所述第一坐标系中的曲面方程具体为：

其中，所述u、v和w为所述后刀面2上任意点(u，v，w)在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标，所述δ为刀具后角。

如步骤103所述，根据所述轨迹方程和所述曲面方程确定干涉区域半径在第二坐标系中的表达式。

可选的，在根据轨迹方程和曲面方程确定干涉区域半径在第二坐标系中的表达式之前，将所述工件中心的圆台区域以平行xoy面的方式切分成n个圆面，所述n为正整数；确定所述切削刃所在的平行于所述xoy面的平面在切削过程中与所述n个圆面的n个交点；将所述n个圆面投影到所述xoy面，并确定所述n 个交点在所述xoy面中与所述n个圆面的n个弦切角，其中，圆面、交点与弦切角一一对应。

可选的，确定所述金刚石刀具4与所述待加工工件6发生干涉的位置，即确定所述n个交点中所述金刚石刀具4与所述工件发生干涉的临界点i，其中，发生干涉的条件包括所述临界点i的弦切角δ_i等于所述刀具后角δ，可以理解的是，此时弦切角δ_i等于所述刀具后角δ。

可选的，图2A为所述车削过程沿y轴正方向看去的正视图，如图2A所示，假定n＝3，即将所述中心圆台区域切分成3个圆面，分别为c₁、c₂和c₃。可以理解的是，在车削过程中，当所述金刚石刀具从工件边缘进给到工件中心时，会先在某处发生刀具干涉。发生刀具干涉的位置，不是所有的刀刃都同时发生干涉，而是先在刀刃处(z＝a_p)发生刀具干涉，然后将干涉区域延伸到刀具后刀面和较小z坐标的刀具刃口。这是因为与截面圆c₂和c₃相比，所述中心圆台的顶圆c₁具有最大曲率和z轴坐标。如图2B所示，图2B为弦切角的示意图，可以看出随着切削深度的增加弦切角α越来越大，如图2B中的α₁>α₂>α₃，也就说明随着切削深度的增加，越容易发生干涉。因此，在中心误差(即y＝l_y)的位置，圆台的顶部圆相对于y轴的负值(α₁)具有最大的斜率，在顶部圆z＝a_p更容易出现刀具干涉。

可选的，随着z坐标的增加，刀具的后刀面2的斜率越小，如图2C所示，图2C为车削过程中的虚拟平面的正视图，图2C中的虚拟平面具体为ap₁、ap₂和 ap₃。可见，所述刀具的后刀面2与切削深度较小的虚拟平面(即图2C中的ap₂和 ap₃)在交点处具有较大的斜率，如图2C中的δ₂和δ₃，而与具有较大切削深度的虚拟平面(即图2C中的ap₁)与刀具后刀面2在交点具有较小的斜率，如图2C中的δ₁。因此，在更大的切削深度下，刀具干涉更容易发生。联系两者，对于金刚石刀具和圆形平台，刀具干涉首先发生在z＝ap处，可知刀具后刀面与圆形平台之间的刀具干涉将首先发生在切削刃与平面(z＝ap)的交点处，然后刀具干涉区域延伸到刀具后刀面和较小z坐标的刀具刃口。特别是，α₁＝δ₁是发生刀具干涉的关键条件。由于给定切削深度δ₁为一定值，所以刀具干涉的发生取决于α₁，当α₁大于δ₁时发生刀具干涉，否则不会发生刀具干涉。

由上述可知，所述金刚石刀具与切削刃切削所诉工件留下的中心圆台区域的顶圆c_p处发生干涉，且将该金刚石刀具的切削刃所在的平行于xoz面的平面与所述顶圆c_p相交与p点，且可知该p点与顶圆c_p的弦切角为δ₁，根据弦切角可以求出

且该p点为所述切削刃的端点，则可知该p点在第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标为

在所述第二坐标系o-xyz中的坐标为

将公式

求v对u的偏导可得

另外将

v＝0，

代入该偏导式中可得

再由该p点在第二坐标系中的坐标

可得

故可得

由于所述干涉区域半径

故

可选的，根据干涉区域半径的表达式

可在MATLAB中作出如图2D所示的变化曲线图，可以看出，所述金刚石刀具的干涉区域的半径r随着切削深度a_p和对刀误差l_y的增大而增大，随着刀具后角δ的增大而减小，但是随着刀尖半径R的增大，该刀具的干涉区域的半径会先减小后增大。

进一步地，所述车削方法还包括：

根据当前切削参量和所述表达式

计算干涉区域半径r；

若所述干涉区域半径大于预设值，则调节车削过程中的车削参量；

根据调节后的车削参量加工待加工工件。

具体来讲，在车削过程，若已知当前刀尖半径R＝R₁，切削深度a_p＝h₁，刀具后角δ＝δ₁，该车削装置的对刀误差l_y＝l₁，则根据该表达式

计算出当前干涉区域的半径r₁，若该r₁大于预设值 r₀，则调整车削参数。具体的调整方法包括但不限于：减小切削深度a_p、或者降低对刀误差l_y、或者增大刀具后角δ或者在一定范围内减小刀具半径R。

进一步地，所述车削方法还包括：

根据车削过程的面形精度需求确定干涉区域半径；

根据所述干涉区域半径确定车削过程中的车削参量；

根据确定的车削参量调整车削装置当前的车削参量。

具体来讲，若当前待加工工件的面形精度要求为σ，则根据该σ可计算出所需的车削参数具体为：刀尖半径R＝R₂，切削深度a_p＝h₂，刀具后角α＝α₂，对刀误差l_y＝l₂，则按照计算出的参数调整车削装置的车削参数，以便于满足面形精度的要求。可以理解的是，若通过计算确定无法得到满足条件的切削参数(例如计算出的刀尖半径过小，现在技术无法实现)，则需要降低面形精度的要求，按照新的面形精度重新计算车削参数，调整车削装置。

可选的，本发明还公开了一种车削装置，所述车削装置应用上述的车削方法。

以上所述的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单点金刚石车削中刀具干涉区域确定的方法，其特征在于，所述刀具为金刚石刀具，所述金刚石刀具包括前刀面、后刀面和切削刃，所述切削刃为前刀面和后刀面相交的部分，所述后刀面为圆锥形，所述切削刃为扇形，所述方法包括：

确定所述切削刃在第一坐标系中的轨迹方程；

根据所述切削刃的轨迹方程确定所述后刀面在所述第一坐标系中的曲面方程；

根据所述轨迹方程和所述曲面方程确定干涉区域半径在第二坐标系中的表达式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述切削刃在第一坐标系中的轨迹方程，包括：

以所述金刚石刀具的刀尖为原点建立可移动的第一坐标系o′-x′y′z′，其中，x′轴与金刚石刀具的进给方向相反，z′轴垂直于工件表面向上，所述x′轴、y′轴和z′轴两两互相垂直；

根据所述第一坐标系o′-x′y′z′确定所述切削刃的轨迹方程为：

其中，所述x′、y′和z′为所述切削刃轨迹上任意点(x′，y′，z′)在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标，所述R为刀尖半径，所述a_p为切削深度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

以所述工件的中心为原点建立第二坐标系o-xyz，其中，x轴与金刚石刀具的进给方向相反，z轴垂直于所述工件表面向上，y轴与所述y′轴方向一致，所述x轴、y轴和z轴两两互相垂直；

根据坐标平移关系确定所述切削刃在所述第二坐标系o-xyz中的轨迹方程为：

其中，所述x、y和z为所述切削刃轨迹上任意点(x，y，z)在所述第二坐标系o-xyz中的坐标，所述l_y为对刀误差，所述l_x为所述切削刃的刀尖与所述第二坐标系原点之间的水平距离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述切削刃的轨迹方程确定所述后刀面在所述第一坐标系中的曲面方程，包括：

根据所述切削刃与所述后刀面的几何关系，结合所述切削刃在所述第一坐标系中o′-x′y′z′和所述第二坐标系o-xyz的轨迹方程确定所述后刀面在所述第一坐标系中的曲面方程具体为：

其中，所述u、v和w为所述后刀面上任意点(u，v，w)在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标，所述δ为刀具后角。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述切削刃的轨迹方程和所述后刀面的轨迹方程确定干涉区域半径在第二坐标系中的表达式，包括：

将工件中心的圆台区域以平行xoy面的方式切分成n个圆面，所述n为正整数；

确定所述切削刃所在的平行于所述xoy面的平面在切削过程中与所述n个圆面的n个交点；

将所述n个圆面投影到所述xoy面，并确定所述n个交点在所述xoy面中与所述n个圆面的n个弦切角，其中，圆面、交点与弦切角一一对应。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述n个交点中所述金刚石刀具与所述工件发生干涉的临界点i，其中，发生干涉的条件包括所述临界点i的弦切角δ_i等于所述刀具后角δ。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述n个点中所述金刚石刀具与所述工件发生干涉的临界点i，包括：

确定所述金刚石刀具与所述工件在所述圆台区域的顶圆c_p处发生干涉，且所述切削刃轨迹的端点所在的平行于所述xoy面的平面与所述顶圆c_p相交与点p，则确定所述金刚石刀具与所述工件发生干涉的临界点p在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标为

在所述第二坐标系o-xyz中的坐标为

确定所述点p对应的弦切角为δ₁，并将所述后刀面的曲面方程对v求偏导得到偏导式，并将所述点p在所述第一坐标系o′-x′y′z′中的坐标和所述弦切角δ₁代入该偏导式中确定

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述点p在所述第二坐标系中的坐标确定所述干涉区域的半径

联合所述的

确定所述干涉区域半径在所述第二坐标系中的表达式为

9.一种车削方法，其特征在于，所述车削方法根据权利要求1-8任一项所述的方法设置车削过程中的切削参量，所述切削参量用于减小干涉区域，提高工件表面精度。

10.一种车削装置，其特征在于，所述车削装置在车削过程中应用权利要求9所述的车削方法。

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