CN110737240A

CN110737240A - 一种回转体加工用双刀磨削装置及刀具轨迹生成方法

Info

Publication number: CN110737240A
Application number: CN201910915296.2A
Authority: CN
Inventors: 刘清建; 解润海; 张�杰; 曹立波; 董罡
Original assignee: Tianjin Tiansen Intelligent Equipment Co Ltd; Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin Tiansen Intelligent Equipment Co Ltd; Tianjin University of Technology
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2020-01-31

Abstract

本发明涉及数控技术领域，特别涉及数控机床控制方法技术领域，尤其是一种回转体加工用双刀磨削装置及刀具轨迹生成方法，包括一机座，机座内安装有一溜板，溜板上端面两端分别安装有前刀架和后刀架，前刀架和后刀架错位设置在物料的径向两侧，应用上述一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，包括如下步骤：步骤1：绘制待加工物料的成品轮廓曲线；步骤2：生成随动刀具轨迹曲线；步骤3：生成随动刀具轨迹拼合的直线段；步骤4：随动刀具数控程序格式化输出。

Description

一种回转体加工用双刀磨削装置及刀具轨迹生成方法

技术领域

本发明涉及数控技术领域，特别涉及数控机床控制方法技术领域，尤其是一种回转体加工用双刀磨削装置及刀具轨迹生成方法。

背景技术

随着人们生活水平不断提高，对各种家具和各种装饰品要求也不断提高，如木质楼梯的罗马立柱、桌椅腿、挂衣架、花瓶等回转体木制品大多是通过木工车床加工而成。

这些装饰杆件都是用正方形的木条车削而成，木工车床有单刀架和双刀架。在制作过程中第一步先将待加工工件安置在木工车床固定位置，第二步在加工件上设定工件原点，第三步导入加工文件开始加工。

采用单刀木工车床进行加工的缺点在于，加工后的工件局部比较粗糙，要想车削出理想的效果需要多次车削，而且遇到比较粗大的工件单刀木工车床无法一步车削到位，因此加工适用范围有限，加工效率较低。

采用双刀木工车床能够有效克服单刀车床的上述缺陷，能够大幅提高车削精度，也可用于粗大工件的加工。但是，双刀车床的缺点在于，其加工实现的方法比较复杂，操作工需要用AutoCAD绘制出加工件的单线图，然后用各种专用的编程软件(如：JDpaint/Type3/UG/Rhinoceros等)将单线图生成双刀控制的G代码，双刀机床才能根据G代码进行加工，这样繁琐的操作步骤不易于普通操作工的学习和使用，这极大制约了双刀车床的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种切削速度更快，加工效率更高，所需数据量更小的一种回转体加工用双刀磨削装置及刀具轨迹生成方法。

本发明采取的技术方案是：

一种回转体加工用双刀磨削装置，包括一机座，所述机座一端安装有顶尖，与该顶尖相对的机座另一端安装有主轴箱，所述主轴箱和顶尖之间卡装待加工的物料，其特征在于：位于物料下方的机座内安装有一溜板，该溜板可沿物料的轴向方向沿机座往复滑动，所述溜板上端面两端分别安装有前刀架和后刀架，前刀架和后刀架错位设置在物料的径向两侧，所述前刀架和后刀架内面向物料一侧均安装有刀具，该刀具可沿物料的径向方向往复移动实现进刀和退刀。

应用一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤1：绘制待加工物料的成品轮廓曲线；

步骤2：生成随动刀具轨迹曲线；

步骤3：生成随动刀具轨迹拼合的直线段；

步骤4：随动刀具数控程序格式化输出。

进一步的，所述步骤1中，根据所要求的成品形状绘制成品轮廓曲线，以成品与顶尖接触位置为原点，沿该原点向成品轴向延伸方向设置为Z轴，前刀架内刀具沿成品径向方向设置为X轴，后刀架内刀具沿成品径向方向设置为Y轴，分别形成ZX坐标系和ZY坐标系，将成品轮廓曲线绘制在ZX坐标系和ZY坐标系内。

进一步的，所述步骤2中，输入一加工余量E，依照该加工余量将成品轮廓曲线沿X向和Y向外扩形成随动刀具轨迹曲线。

进一步的，所述步骤3中，将步骤2中生成的随动刀具轨迹曲线采用直线段进行拼合，并标明相邻线段连接点的X坐标和Y坐标。

进一步的，所述步骤4中，应用等高加工方式，每次前刀架内的刀具进给量为X，确定该刀具所在X向坐标，将每次的X与相应线段的两个端点的X向坐标比较，判断是否存在交点，并确定交点的Z向坐标。

进一步的，所述步骤4中，应用等高加工方式，每次后刀架内的刀具进给量为Y，确定该刀具所在Y向坐标，将每次的Y与相应线段的两个端点的Y向坐标比较，判断是否存在交点，并确定交点的Z向坐标。

进一步的，所述步骤4中，计算不同轨迹半径所能承受的前、后刀架的进给速度，根据所用的双刀磨削装置的性能确定溜板的最大速度Vz，后刀架的最大速度为Vy，前刀架的最大速度为Vx，X和Y分别为前刀架半径至分别为X和Y，采用模糊控制算法，输入各自最大速度和半径，输出最大许可速度Vxmax，Vymax，将Vxmax和Vymax求解出一合成速度F。

进一步的，所述步骤4中，输出的随动刀具数控程序为G01 X Y Z F，空格部分为输入本行代码所移动的距离值。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明中，采用前刀架和后刀架相配合，相较于原有单刀结构，其在对侧增加了一个刀具，可大幅提升切削效率，缩短切削时间；所述的前刀架和后刀架均固装在一个溜板上，不但前刀架和后刀架的Z向位移是相同的，而且，由于前刀架和后刀架之间的间距可知，因此，任一得知一个刀架的Z向坐标即可得知另一个刀架的Z向坐标，进而减少数据量。

2、本发明中，应用一种回转体加工用双刀磨削装置配合相应的刀具轨迹生成方法中步骤可进一步提升装置的优点。首先绘制待加工物料的成品轮廓曲线，并确定相应刀具的坐标系ZX和ZY，以生成刀具轨迹的坐标。

3、本发明中，对于加工余量的设置与现有技术相比存在差别，现有技术中的加工余量一般是按照1微米拟合的精度进行离散所得，这样在加工过程中数据点数量多，且在最终的加工过程中还需进行去除，因此，刀具生成所需数据更多，加工效率较低；而在本技术中，在成品轮廓曲线的基础上向X向和Y向外扩加工余量E，由于加工的工件为回转体，因此该加工余量即为向其周向方向外扩，这样的方式使得拟合精度数据扩大，大大降低了数据量。

4、本发明中，将刀具轨迹由曲线变为直线段拼合，将曲线、圆弧和直线全部转化为直线，并通过Z向顺序连接在一起，将小碎段线段变为长直线，减少刀具减速的次数，延长刀具高速移动的时间，不但可有效提升切削效率，也可进一步减小数据量；在切削过程中将前刀架和后刀架的进给量分别与相应的线段进行比较，如不存在交点，则说明没有达到工件图形，此时可一直按照等高加工方式进行大切削，去除毛坯；当与线段存在交点时，则比较该线段两端点的X向坐标或Y向坐标判断走向，之后再根据相应走向控制刀具沿Z轴相平行直线移动或沿成品轮廓曲线移动。

5、本发明中，对于刀具运动速度的控制方法与现有技术相比也存在差异。现有技术中一般对于运动速度F的生成是采用固定值，但在实际操作中，针对成品轮廓曲线不同位置的半径和所用装置刀具的最大速度不同，其优选的运动速度也就不同。现有技术中，由于F是固定值，因此该固定值只能选用成品某薄弱部分可以承受的最大速度，因此，这样的操作方式必然限制了切削的效率。本技术中，由于两个刀具的X和Y值是已知的，刀具的最大速度可通过选取的装置参数得知，因此可计算出每次进刀过程所适合的最大许可速度，并根据Vxmax和Vymax求出相应的合成速度，使得各次切削过程的运动速度是可变化的，不但缩短切削的时间，还可提升成品的成品率。

附图说明

图1为本发明中回转体加工用双刀磨削装置的结构示意图；

图2为本发明中刀具轨迹拼合的直线段的原理图；

图3为本发明中刀具轨迹走向判断的原理图；

图4为本发明中线段拟合加工余量曲线的原理图；

图5为本发明中合成速度计算的原理图；

图6为等高加工过程刀具未与成品轮廓曲线产生交点的示意图；

图7为等高加工过程刀具与成品轮廓曲线产生交点的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种回转体加工用双刀磨削装置，包括一机座1，所述机座一端安装有顶尖7，与该顶尖相对的机座另一端安装有主轴箱4，所述主轴箱和顶尖之间卡装待加工的物料5，本发明的创新在于，位于物料下方的机座内安装有一溜板3，该溜板可沿物料的轴向方向沿机座往复滑动，所述溜板上端面两端分别安装有前刀架6和后刀架2，前刀架和后刀架错位设置在物料的径向两侧，所述前刀架和后刀架内面向物料一侧均安装有刀具，该刀具可沿物料的径向方向往复移动实现进刀和退刀。

包括如下步骤：

步骤1：绘制待加工物料的成品轮廓曲线；

步骤2：生成随动刀具轨迹曲线；

步骤3：生成随动刀具轨迹拼合的直线段；

步骤4：随动刀具数控程序格式化输出。

本实施例中，所述步骤1中，根据所要求的成品形状绘制成品轮廓曲线，以成品与顶尖接触位置为原点，沿该原点向成品轴向延伸方向设置为Z轴，前刀架内刀具沿成品径向方向设置为X轴，后刀架内刀具沿成品径向方向设置为Y轴，分别形成ZX坐标系和ZY坐标系，将成品轮廓曲线绘制在ZX坐标系和ZY坐标系内。

本实施例中，所述步骤2中，输入一加工余量E，依照该加工余量将成品轮廓曲线沿X向和Y向外扩形成随动刀具轨迹曲线。

本实施例中，所述步骤3中，将步骤2中生成的随动刀具轨迹曲线采用直线段进行拼合，并标明相邻线段连接点的X坐标和Y坐标。

本实施例中，所述步骤4中，应用等高加工方式，每次前刀架内的刀具进给量为X，确定该刀具所在X向坐标，将每次的X与相应线段的两个端点的X向坐标比较，判断是否存在交点，并确定交点的Z向坐标，前刀架和后刀架原理相同，因此以前刀架为例,如图2,图3所示。

假设P点为刀具所在的X向位置与直线AB的交点，则M为从A做一条与Z轴平行的直线和从B点做一条与X轴平行的直线的交点，N为B点做一条与X轴平行的直线的交点。

设各自点坐标分别为：A(Ax，Az)，B(Bx，Bz)，M(Mx，Mz),N(Nx，Nz),P(Px，Pz)，其中Bz＝Nz＝Mz，Ax＝Mx，Px＝Nx。其中只有Pz值未知

根据三角形关系我们很容易得到P点的坐标为：

从而得到。

由于B点的X值大于A点的X值，故此是刀具轨迹是沿着AB直线运行，同理，对于直线CD而言，则由于C点的X值比D点的X值小，故此是从交点位置沿着Z方向运行即可，而不需沿着原有直线运行。

本实施例中，所述步骤4中，应用等高加工方式，每次后刀架内的刀具进给量为Y，确定该刀具所在Y向坐标，将每次的Y与相应线段的两个端点的Y向坐标比较，判断是否存在交点，并确定交点的Z向坐标。

本实施例中，所述步骤4中，计算不同轨迹半径所能承受的前、后刀架的进给速度，根据所用的双刀磨削装置的性能确定溜板的最大速度Vz，后刀架的最大速度为Vy，前刀架的最大速度为Vx，X和Y分别为前刀架半径至分别为X和Y，采用模糊控制算法，输入各自最大速度和半径，输出最大许可速度Vxmax，Vymax，将Vxmax和Vymax求解出一合成速度F。

V为直线段的速度，对于速度有这样的原则：速度分解到X/Z轴上的速度不能超出各自轴上的最大允许速度。

则根据此原则，我们假设X/Z轴的最大允许速度为Vxmax，Vzmax，直线与Z轴夹角为α，

Vz＝V×cosα≤Vzmax

Vx＝V×sinα≤Vxmax

从而可以得知：

由于需要同时满足，故此最终的V＝min(V1,V2)。

本实施例中，所述步骤4中，输出的随动刀具数控程序为G01 X Y Z F，空格部分为输入本行代码所移动的距离值。

本发明中，采用前刀架和后刀架相配合，相较于原有单刀结构，其在对侧增加了一个刀具，可大幅提升切削效率，缩短切削时间；所述的前刀架和后刀架均固装在一个溜板上，不但前刀架和后刀架的Z向位移是相同的，而且，由于前刀架和后刀架之间的间距可知，因此，任一得知一个刀架的Z向坐标即可得知另一个刀架的Z向坐标，进而减少数据量；应用一种回转体加工用双刀磨削装置配合相应的刀具轨迹生成方法中步骤可进一步提升装置的优点。首先绘制待加工物料的成品轮廓曲线，并确定相应刀具的坐标系ZX和ZY，以生成刀具轨迹的坐标。

本发明中，在成品轮廓曲线的基础上向X向和Y向外扩加工余量E，由于加工的工件为回转体，因此该加工余量即为向其周向方向外扩，这样的方式使得拟合精度数据扩大，大大降低了数据量；将刀具轨迹由曲线变为直线段拼合，将曲线、圆弧和直线全部转化为直线，并通过Z向顺序连接在一起，将小碎段线段变为长直线，减少刀具减速的次数，延长刀具高速移动的时间，不但可有效提升切削效率，也可进一步减小数据量；由于两个刀具的X和Y值是已知的，刀具的最大速度可通过选取的装置参数得知，因此可计算出每次进刀过程所适合的最大许可速度，并根据Vxmax和Vymax求出相应的合成速度，使得各次切削过程的运动速度是可变化的，不但缩短切削的时间，还可提升成品的成品率。

Claims

1.一种回转体加工用双刀磨削装置，包括一机座，所述机座一端安装有顶尖，与该顶尖相对的机座另一端安装有主轴箱，所述主轴箱和顶尖之间卡装待加工的物料，其特征在于：位于物料下方的机座内安装有一溜板，该溜板可沿物料的轴向方向沿机座往复滑动，所述溜板上端面两端分别安装有前刀架和后刀架，前刀架和后刀架错位设置在物料的径向两侧，所述前刀架和后刀架内面向物料一侧均安装有刀具，该刀具可沿物料的径向方向往复移动实现进刀和退刀。

2.应用权利要求1所述的一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：绘制待加工物料的成品轮廓曲线；

步骤2：生成随动刀具轨迹曲线；

步骤3：生成随动刀具轨迹拼合的直线段；

步骤4：随动刀具数控程序格式化输出。

3.根据权利要求2所述的一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，其特征在于：所述步骤1中，根据所要求的成品形状绘制成品轮廓曲线，以成品与顶尖接触位置为原点，沿该原点向成品轴向延伸方向设置为Z轴，前刀架内刀具沿成品径向方向设置为X轴，后刀架内刀具沿成品径向方向设置为Y轴，分别形成ZX坐标系和ZY坐标系，将成品轮廓曲线绘制在ZX坐标系和ZY坐标系内。

4.据权利要求2所述的一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，其特征在于：所述步骤2中，输入一加工余量E，依照该加工余量将成品轮廓曲线沿X向和Y向外扩形成随动刀具轨迹曲线。

5.据权利要求4所述的一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，其特征在于：所述步骤3中，将步骤2中生成的随动刀具轨迹曲线采用直线段进行拼合，并标明相邻线段连接点的X坐标和Y坐标。

6.据权利要求5所述的一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，其特征在于：所述步骤4中，应用等高加工方式，每次前刀架内的刀具进给量为X，确定该刀具所在X向坐标，将每次的X与相应线段的两个端点的X向坐标比较，判断是否存在交点，并确定交点的Z向坐标。

7.据权利要求6所述的一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，其特征在于：所述步骤4中，应用等高加工方式，每次后刀架内的刀具进给量为Y，确定该刀具所在Y向坐标，将每次的Y与相应线段的两个端点的Y向坐标比较，判断是否存在交点，并确定交点的Z向坐标。

8.据权利要求7所述的一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，其特征在于：所述步骤4中，计算不同轨迹半径所能承受的前、后刀架的进给速度，根据所用的双刀磨削装置的性能确定溜板的最大速度Vz，后刀架的最大速度为Vy，前刀架的最大速度为Vx，X和Y分别为前刀架半径至分别为X和Y，采用模糊控制算法，输入各自最大速度和半径，输出最大许可速度Vxmax，Vymax，将Vxmax和Vymax求解出一合成速度F。

9.据权利要求8所述的一种回转体加工用双刀磨削装置的刀具轨迹生成方法，其特征在于：所述步骤4中，输出的随动刀具数控程序为G01 X Y Z F，空格部分为输入本行代码所移动的距离值。