CN108747602B - 利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法 - Google Patents

利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法，将砂轮修整成截面为重复k次的圆弧阵列结构，根据曲线相切原理利用圆弧阵列砂轮对阵列柱面进行变切点往复磨削，在柱面高次曲线截面平面内砂轮的运动轨迹是与高次曲线距离为r的等距的平行线。砂轮在高次曲线截面平面内变化一次切点后，在垂直高次曲线截面平面方向做一次往复运动，完成柱面的一条母线磨削。由于砂轮具有阵列结构，因此只要完成阵列结构中一个柱面结构单元的磨削，即可实现全部高次曲线截面柱面阵列的磨削加工。且砂轮截面单元结构被修整成圆弧后，利用机床的插补运动保证砂轮与工件的切点形成高次曲线，对阵列结构进行变切点磨削，磨削精度高。

Description

利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法
技术领域
本发明涉及一种磨削加工方法，利用圆弧阵列砂轮对高次曲线截面柱面阵列进行变切点精密磨削，只需对阵列单元进行一次磨削循环即可完成阵列结构的成形磨削。
背景技术
在汽车、电子和光学等行业中需要对大量的高次曲线截面柱面阵列结构进行加工，并且对形状精度和表面质量的要求越来越高。目前对阵列结构进行精密磨削的方法，主要可以分为两类，第一类是将砂轮截面修整成与阵列结构相匹配的形状，直接对阵列结构进行仿形磨削。这种方法的优点是加工效率高，但是工件是砂轮形状的直接复写，因此磨削精度差。尤其是砂轮在磨削过程中的不断磨损，造成工件加工精度的一致性很差。第二类是使用圆弧截面砂轮，利用机床的插补运动使砂轮与工件的切点形成高次曲线，对阵列结构进行变切点磨削。这种方法的优点是砂轮磨损均匀，磨削精度高，但是需要对阵列结构进行逐一重复磨削，因此加工效率低。综上所述，需要发明一种新的兼顾磨削精度和效率的高次曲线截面柱面阵列结构的精密磨削方法。
发明内容
本发明的目的是为解决高次曲线截面柱面阵列结构磨削过程中，使用阵列仿形砂轮磨削，砂轮磨损严重；使用单一圆弧砂轮磨削，需要对阵列结构单元进行重复磨削，导致工件加工周期长、成本高的问题，提出一种利用圆弧阵列砂轮变切点精密磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
利用圆弧阵列砂轮变切点精密磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法，其特征在于，根据待加工柱面的结构，确定砂轮圆弧阵列中圆弧单元的个数以及每个圆弧单元的半径；根据确定的圆弧单元的半径和圆弧单元结构的个数将砂轮修整成截面为重复k次的圆弧阵列结构，再利用修整后的砂轮对待加工的柱面进行变切点往复磨削，砂轮只要完成高次曲线截面柱面中一个柱面单元的磨削，即可实现全部高次曲线截面柱面阵列的磨削加工。
进一步的，所述待加工柱面的高次曲线单元截面上任一点坐标(x,y)采用下式表示：
Figure GDA0002250139170000021
式子中，R是高次曲线的顶点圆半径，K是圆锥系数，A1，A2…An是高次项系数，n≥1，n为自然数。
进一步的，砂轮圆弧阵列结构中每个圆弧结构单元半径为r，需满足条件0＜r＜R。
进一步的，在待加工柱面的高次曲线截面平面内砂轮的运动轨迹是与高次曲线距离为r的等距的平行线。
进一步的，砂轮在待加工柱面的高次曲线截面平面内变化一次切点后，在垂直高次曲线截面平面方向做一次往复运动，完成柱面的一条母线磨削，由于砂轮具有阵列结构，因此只要完成阵列结构中一个柱面结构单元的磨削，即可实现全部高次曲线截面柱面阵列的磨削加工。
进一步的，所述的k的取值与磨削高次曲线截面柱面阵列结构的单元结构重复次数相等。
本发明的有益效果如下：
本发明通过将砂轮修整成截面为重复k次的圆弧阵列结构，因此只要完成阵列结构中一个柱面结构单元的磨削，即可实现全部高次曲线截面柱面阵列的磨削加工，大幅缩短加工时间。且砂轮截面单元结构被修整成圆弧后，利用机床的插补运动保证砂轮与工件的切点形成高次曲线，对阵列结构进行变切点磨削，砂轮磨损均匀，磨削精度高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是工件高次曲线单元截面形状与顶点圆、砂轮单元截面形状的关系示意图。
图2是具体实施例中，待加工的高次曲线截面阵列柱面。
图3是具体实施例中，修整后的圆弧阵列砂轮截面形状。
图4是具体实施例中，磨削过程中砂轮在柱面高次曲线截面平面内的运动轨迹。
图5为具体实施例中，磨削过程中砂轮的三维运动轨迹。
图6为具体实施例中，磨削后阵列柱面结构高次曲线截面的实测结果。
图中：1是砂轮，2是待加工柱面。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
名词解释部分：本发明中所述的“圆弧阵列”是指由多个圆弧结构依次排列而形成。
正如背景技术所介绍的，目前对阵列结构进行精密磨削的方法，主要可以分为两类，第一类是将砂轮截面修整成与阵列结构相匹配的形状，直接对阵列结构进行仿形磨削。这种方法的优点是加工效率高，但是工件是砂轮形状的直接复写，因此磨削精度差，尤其是砂轮在磨削过程中的不断磨损，造成工件加工精度的一致性很差。第二类是使用圆弧截面砂轮，利用机床的插补运动使砂轮与工件的切点形成高次曲线，对阵列结构进行变切点磨削。这种方法的优点是砂轮磨损均匀，磨削精度高，但是需要对阵列结构进行逐一重复磨削，因此加工效率低。综上所述，需要发明一种新的兼顾磨削精度和效率的高次曲线截面柱面阵列结构的精密磨削方法。
本发明公开的利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法，如下：根据待加工柱面的结构，确定砂轮圆弧阵列中圆弧结构的个数以及每个圆弧结构的半径；根据确定的半径和圆弧结构的个数将砂轮修整成截面为重复k次的圆弧阵列结构，再利用修整后的砂轮对待加工的柱面进行变切点往复磨削，砂轮只要完成高次曲线截面柱面中一个柱面单元的磨削，即可实现全部高次曲线截面柱面阵列的磨削加工；其中k≥1，k为自然数；k的取值与磨削高次曲线截面柱面阵列结构的单元结构重复次数相等；砂轮圆弧阵列结构中每个圆弧结构单元半径为r，需满足条件0＜r＜R。
砂轮在待加工柱面的高次曲线截面平面内变化一次切点后，在垂直高次曲线截面平面方向做一次往复运动，完成柱面的一条母线磨削，由于砂轮具有阵列结构，因此只要完成阵列结构中一个柱面结构单元的磨削，即可实现全部高次曲线截面柱面阵列的磨削加工。
具体的，下面以单元结构重复6次为例，对本发明进行说明：
磨削如图1所示的单元结构重复6次的高次曲线截面柱面阵列结构，阵列结构单元分别为两个相切的凹凸高次曲线，截面形状可用下式描述，
Figure GDA0002250139170000041
式子中，R是高次曲线的顶点圆半径，K是圆锥系数，；具体的取值可以选：R＝0.38；K＝-0.6。
为了实现上述高次曲线截面柱面的磨削，将砂轮修整成如图2所示的截面为重复6次的圆弧阵列结构，圆弧单元半径为r＝0.2。工件高次曲线单元截面形状与顶点圆、砂轮单元截面形状的关系如图3所示。
根据曲线相切原理利用圆弧阵列砂轮对阵列柱面进行变切点往复磨削，如图4所示，在柱面高次曲线截面平面内砂轮的运动轨迹满足如下方程，
当磨削的高次曲线截面为凸曲线时，
Figure GDA0002250139170000042
当磨削的高次曲线截面为凹曲线时，
Figure GDA0002250139170000043
如图5所示，变化一次切点后砂轮在垂直高次曲线截面平面方向做一次往复运动，完成柱面的一条母线磨削。由于砂轮具有阵列结构，因此只要完成阵列结构中一个柱面结构单元的磨削，即可实现全部高次曲线截面柱面阵列的磨削加工。磨削实测结果如图6所示。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法，其特征在于，根据待加工柱面的结构，确定砂轮圆弧阵列中圆弧单元的个数以及每个圆弧单元的半径；根据确定的圆弧单元的半径和圆弧单元结构的个数将砂轮修整成截面为重复k次的圆弧阵列结构，其中k≥1，k为自然数，再利用修整后的砂轮对待加工的柱面进行变切点往复磨削，砂轮只要完成高次曲线截面柱面中一个柱面单元的磨削，即可实现全部高次曲线截面柱面阵列的磨削加工；
所述的高次曲线阵列结构的单元截面上任一点坐标(x,y)采用下式表示：
Figure FDA0002250139160000011
式子中，R是自由曲面顶点圆半径，K是圆锥系数，A1，A2…An是高次项系数，n≥1，n为自然数。
2.如权利要求1所述的利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法，其特征在于，砂轮圆弧阵列结构中每个圆弧单元半径为r，需满足条件0＜r＜R。
3.如权利要求1所述的利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法，其特征在于，砂轮在高次曲线截面平面内变化一次切点后，在垂直高次曲线截面平面方向做一次往复运动，完成柱面的一条母线磨削。
4.如权利要求2所述的利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法，其特征在于，在待加工柱面的高次曲线截面平面内砂轮的运动轨迹是与高次曲线距离为r的等距的平行线。
5.如权利要求1所述的利用圆弧阵列砂轮磨削高次曲线截面柱面阵列结构的方法，其特征在于，所述的k的取值与磨削高次曲线截面柱面阵列结构的单元结构重复次数相等。
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