CN110524326A - 可转位刀片磨削定位误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

可转位刀片磨削定位误差补偿方法，属于刀具磨削领域。首先建立工件坐标系、塔架坐标系和机床坐标系，将后角为β的标准正方形刀片装夹在两顶尖之间，采用接触式测量获取正方形刀片直线刃在机床坐标系中，C轴分别转向‑β、β时，X方向的坐标值，根据测量值计算固定顶尖端面回转中心与塔架旋转中心X、Y方向上的偏差值；根据偏差值计算工件坐标系到塔架坐标系及机床坐标系的转换关系；最后计算后角刀片和倒棱刀片的定位误差补偿公式；将误差补偿到刀片磨削理论计算公式中。本发明采用误差自动补偿，大大降低机床装配精度的要求，在保证刀片加工精度的前提下，提高更换刀片的效率，极大地节约工时，节省成本，同时降低工人的工作强度。

Description

可转位刀片磨削定位误差补偿方法

技术领域

本发明涉及刀具磨削领域，尤其涉及可转位刀片磨削定位误差补偿方法。

背景技术

可转位刀片的种类繁多，采用周边刃磨床磨削应便于多种刀片的更换。周边刃磨床中，装夹刀片的塔架由两部分组成：1.固定顶尖和浮动顶尖部分，用于夹紧刀片。固定顶尖端面回转中心即为刀片定位端面中心和理论坐标计算的工件坐标系中心；2.塔架绕底座旋转部分，用于带后角刀片的磨削。所绕旋转轴称为C轴，C轴与底座的交点即为塔架旋转中心。固定顶尖端面的中心与塔架旋转中心在X、Y两个方向上理应重合。由于实际的装配过程中，两中心的位置不便于测量，导致固定顶尖端面的中心在X、Y方向上偏离旋转中心，因而引起更换不同后角刀片进行磨削前，需要大量工时调整顶尖长度，调整周期长，且不同后角刀片对应的顶尖长短各异，提高了机床成本，降低了不同后角刀片的更换效率。尤其对于一些有多个后角的非标刀片，采用调整顶尖的长度并不能解决该种刀片正常磨削的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供可转位刀片磨削定位误差补偿方法，无需大量工时调整顶尖长度，节省时间，同时提高顶尖的通用性，降低成本，尤其是解决有多个后角的非标刀片无法正常磨削的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

可转位刀片磨削定位误差补偿方法，包括以下步骤：

1)建立以用于定位刀片的固定顶尖端面回转中心为原点的工件坐标系{x_g，y_g，z_g}，以塔架旋转轴C轴与底座交点为原点的塔架坐标系{x_j，y_j，z_j}，以砂轮旋转轴A轴与砂轮端面所在平面的交点为原点的机床坐标系{x，y，z}，并使工件坐标系、塔架坐标系和机床坐标系的X轴、Y轴、Z轴的方向相同；

2)将后角为β的标准正方形刀片分别以大端面、小端面定位，并夹持在固定顶尖与浮动顶尖之间，转动C轴到-β、β角度，并使待加工直线刃后刀面与砂轮端面平行，测量刀片直线刃后刀面在机床坐标系中X方向的坐标值X₁、X₂，根据测量的坐标值计算固定顶尖端面回转中心与塔架旋转中心在X、Y方向上的偏差值；

3)根据步骤2)得到的偏差值，计算工件坐标系、塔架坐标系、机床坐标系之间的偏心转换关系，包括工件坐标系与旋转坐标系在X、Y、Z三个方向的移动，塔架坐标系与机床坐标系在X、Y方向的移动以及塔架坐标系绕Z轴的转动；

4)根据步骤3)得到的工件坐标系、塔架坐标系、机床坐标系之间的偏心转换关系，计算任意后角为的直线边刃、倒棱边刃，计算在装配偏心情况下的误差补偿公式，并将误差补偿到刀片磨削理论计算公式中，反馈到NC代码。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

本发明首先建立工件坐标系、塔架坐标系和机床坐标系，将后角为β的标准正方形刀片装夹在两顶尖之间，采用接触式测量获取正方形刀片直线刃在机床坐标系中，C轴分别转向-β、β时，X方向的坐标值，根据测量值计算固定顶尖端面回转中心与塔架旋转中心X、Y方向上的偏差值；根据偏差值计算工件坐标系到塔架坐标系及机床坐标系的转换关系；最后计算后角刀片和倒棱刀片的定位误差补偿公式；将误差补偿到刀片磨削理论计算公式中。本发明采用误差自动补偿，大大降低机床装配精度的要求，在保证刀片加工精度的前提下，提高更换刀片的效率，极大地节约工时，节省成本，同时降低工人的工作强度。

附图说明

图1为工件坐标系、塔架坐标系、机床坐标系的空间位置示意图；

图2为用于刀片定位的固定顶尖端面回转中心与塔架旋转中心在X、Y方向的偏心示意图；

图3为后角为β的标准正方形刀片，分别以大端面、小端面定位的示意图；

图4为后角为β的标准正方形刀片大端面定位时，转动C轴到-β，测量直线刃后刀面在机床坐标系中的坐标值示意图；

图5为后角为β的标准正方形刀片小端面定位时，转动C轴到β，测量直线刃后刀面在机床坐标系中的坐标值示意图；

图6为有正负两个后角的非标刀片在C轴转向角度时，调整顶尖长度使得后角为的直线边刃可正常磨削示意图；

图7为有正负两个后角的非标刀片在C轴转向角度时，图6中调整好的顶尖长度无法满足后角为的直线边刃的正常磨削示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1～7所示，可转位刀片磨削定位误差补偿方法，包括以下步骤：

1)建立以用于定位刀片的固定顶尖端面回转中心为原点的工件坐标系{x_g，y_g，z_g}，以塔架旋转轴C轴与底座交点为原点的塔架坐标系{x_j，y_j，z_j}，以砂轮旋转轴A轴与砂轮端面所在平面的交点为原点的机床坐标系{x，y，z}，并使工件坐标系、塔架坐标系和机床坐标系的X轴、Y轴、Z轴的方向相同；

2)将后角为β的标准正方形刀片分别以大端面、小端面定位，并夹持在固定顶尖与浮动顶尖之间，采用精度为1.7μm的气推型测头测量刀片四条直线边刃到固定顶尖端面回转中心的距离，调整V型块，使得刀片的几何中心与固定顶尖端面回转中心在X、Z两个方向的偏差值在3μm以内，分别在大端面和小端面定位的情况下，转动C轴到-β、β角度，并使待加工直线刃后刀面与砂轮端面平行，测量刀片直线刃后刀面在机床坐标系中X方向的坐标值X₁、X₂，根据测量的坐标值计算固定顶尖端面回转中心与塔架旋转中心在X、Y方向上的偏差值；

3)根据步骤2)得到的偏差值，计算工件坐标系、塔架坐标系、机床坐标系之间的偏心转换关系；工件坐标系与塔架坐标系之间存在X、Y、Z三个方向的移动关系；塔架坐标系与机床坐标系之间存在移动与旋转的关系，移动为X、Y方向的移动，旋转为塔架坐标系绕Z轴的转动；

4)根据步骤3)得到的工件坐标系、塔架坐标系、机床坐标系之间的偏心转换关系，计算任意后角为的直线边刃、倒棱边刃，计算在装配偏心情况下的误差补偿公式，并将误差补偿到刀片磨削理论计算公式中，反馈到NC代码。

步骤2)中偏差值的计算公式如下：设定m为X方向的偏差值，n为Y方向的偏差值，

大端面定位：m·cosβ+n·sinβ＝X₁；

小端面定位：m·cosβ-n·sinβ＝X₂；

则由上式可计算得到固定顶尖端面中心与塔架旋转中心在X、Y方向上的偏差值如下：

X方向：m＝(X₁+X₂)/(2·cosβ)；

Y方向：n＝(X₁-X₂)/(2·sinβ)。

步骤3)中，工件坐标系与塔架坐标系之间存在X、Y、Z三个方向的移动关系，工件坐标系与塔架坐标系之间偏心转换关系如下：

其中，M为工件坐标系与塔架坐标系之间偏心转换矩阵，m为X方向的偏差，n为Y方向的偏差，c为工件坐标系原点与塔架坐标系原点在Z方向的距离，x_g、y_g、z_g为空间某一点在工件坐标系中的坐标，x_j、y_j、z_j为所述空间某一点在塔架坐标系中的坐标。

步骤3)中，塔架坐标系与机床坐标系之间存在在X、Y方向的移动以及塔架坐标系绕Z轴的转动；塔架坐标系与机床坐标系之间偏心转换关系如下：

其中，为任意C轴旋转角度，L、H分别为机床坐标系原点与塔架坐标系原点在X、Y方向的距离，即两坐标系在X、Y方向的移动，x、y、z为空间某一点在机床坐标系中的坐标。

工件坐标系与机床坐标系之间的偏心转换为矩阵K所示:

则有：

步骤4)中，对于后角为的刀片，误差补偿公式如下：

大端面定位：

小端面定位：

对于倒棱角度为的刀片，误差补偿公式如下：

左倒棱：

右倒棱：

其中，m、n分别为工件坐标系原点在塔架坐标系在X、Y方向上的偏差值，m_houdu为刀片厚度。

本发明可实现周边刃磨床中用于定位刀片的固定顶尖端面回转中心偏离塔架旋转中心的状况下，能够便捷更换非标刀片和标准刀片，无需反复调整顶尖长度。

Claims (6)

1.可转位刀片磨削定位误差补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

1)建立以用于定位刀片的固定顶尖端面回转中心为原点的工件坐标系{x_g，y_g，z_g}，以塔架旋转轴C轴与底座交点为原点的塔架坐标系{x_j，y_j，z_j}，以砂轮旋转轴A轴与砂轮端面所在平面的交点为原点的机床坐标系{x，y，z}，并使工件坐标系、塔架坐标系和机床坐标系的X轴、Y轴、Z轴的方向相同；

2)将后角为β的标准正方形刀片分别以大端面、小端面定位，并夹持在固定顶尖与浮动顶尖之间，转动C轴到-β、β角度，并使待加工直线刃后刀面与砂轮端面平行，测量刀片直线刃后刀面在机床坐标系中X方向的坐标值X₁、X₂，根据测量的坐标值计算固定顶尖端面回转中心与塔架旋转中心在X、Y方向上的偏差值；

3)根据步骤2)得到的偏差值，计算工件坐标系、塔架坐标系、机床坐标系之间的偏心转换关系；

4)根据步骤3)得到的工件坐标系、塔架坐标系、机床坐标系之间的偏心转换关系，计算任意后角为的直线边刃、倒棱边刃，计算在装配偏心情况下的误差补偿公式，并将误差补偿到刀片磨削理论计算公式中，反馈到NC代码。

2.如权利要求1所述的可转位刀片磨削定位误差补偿方法，其特征在于：设定m为X方向的偏差值，n为Y方向的偏差值，步骤2)中偏差值的计算公式如下：

大端面定位：m·cosβ+n·sinβ＝X₁；

小端面定位：m·cosβ-n·sinβ＝X₂；

由上式可计算得到固定顶尖端面中心与塔架旋转中心在X、Y方向上的偏差值如下：

X方向：m＝(X₁+X₂)/(2·cosβ)；

Y方向：n＝(X₁-X₂)/(2·sinβ)。

3.如权利要求2所述的可转位刀片磨削定位误差补偿方法，其特征在于：步骤3)中，工件坐标系与塔架坐标系之间存在X、Y、Z三个方向的移动关系，工件坐标系与塔架坐标系之间偏心转换关系如下：

其中，M为工件坐标系与塔架坐标系之间偏心转换矩阵，m为X方向的偏差，n为Y方向的偏差，c为工件坐标系原点与塔架坐标系原点在Z方向的距离，x_g、y_g、z_g为空间某一点在工件坐标系中的坐标，x_j、y_j、z_j为所述空间某一点在塔架坐标系中的坐标。

4.如权利要求3所述的可转位刀片磨削定位误差补偿方法，其特征在于：步骤3)中，塔架坐标系与机床坐标系之间存在在X、Y方向的移动以及塔架坐标系绕Z轴的转动；塔架坐标系与机床坐标系之间偏心转换关系如下：

其中，为任意C轴旋转角度，L、H分别为机床坐标系原点与塔架坐标系原点在X、Y方向的距离，即两坐标系在X、Y方向的移动，x、y、z为空间某一点在机床坐标系中的坐标。

5.如权利要求4所述的可转位刀片磨削定位误差补偿方法，其特征在于：工件坐标系与机床坐标系之间的偏心转换为矩阵K所示:

则有：

6.如权利要求1所述的可转位刀片磨削定位误差补偿方法，其特征在于：步骤4)中，对于后角为的刀片，误差补偿公式如下：

大端面定位：

小端面定位：

对于倒棱角度为的刀片，误差补偿公式如下：

左倒棱：

右倒棱：

其中，m、n分别为工件坐标系原点在塔架坐标系在X、Y方向上的偏差值，m_houdu为刀片厚度。