CN113319656B - 一种异型工件的磨削加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种异型工件的磨削加工方法，涉及异型工件磨削加工领域，所述方法包括：步骤S10、绘制异型元件的所需磨削的外轮廓曲线；步骤S20、截取外轮廓曲线的母线轨迹，然后获取母线轨迹的所有图元，读取各图元的图元信息；步骤S30、依据图元信息对各图元进行离散，生成离散轨迹坐标；步骤S40、将离散轨迹坐标进行法线方向偏移，偏移量为砂轮环面圆弧半径，得到砂轮加工轨迹坐标；步骤S50、将砂轮环面修整为半圆弧状，并依据砂轮加工轨迹坐标对异型工件进行磨削加工。本发明解决了异型工件难以磨削的问题，提高了异型工件磨削的加工效率、质量以及降低了异型工件的加工成本。

Description

一种异型工件的磨削加工方法
技术领域
本发明涉及异型工件磨削加工领域，特别涉及一种异型工件的磨削加工方法。
背景技术
平面磨床是机械制造行业中实现精加工的机床，磨床的精度水平决定着机械零件的最终加工精度和质量。目前，针对平面磨削，异型工件的磨削一直以来都是采用成型磨削来实现，成型加工依赖于砂轮和成型修整笔，不同的异型工件需要不同的成型修整笔，加工成本高，通用性差，加工难度较大。
因此，如何降低平面磨削中异型工件的磨削成本，成为一个叩待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种异型工件的磨削加工方法，实现提高异型工件的磨削加工效率、质量以及降低异型工件的磨削加工成本。
本发明具体包括如下步骤：
步骤S10、绘制异型元件的所需磨削的外轮廓曲线；
步骤S20、截取外轮廓曲线的母线轨迹，然后获取母线轨迹的所有图元，读取各图元的图元信息；
步骤S30、依据图元信息对各图元进行离散，生成离散轨迹坐标；
步骤S40、将离散轨迹坐标进行法线方向偏移，偏移量为砂轮环面圆弧半径，得到砂轮加工轨迹坐标；
步骤S50、将砂轮环面修整为半圆弧状，并依据砂轮加工轨迹坐标对异型工件进行磨削加工。
进一步地，所述步骤S10具体为：通过绘图软件绘制异型元件的所需磨削的外轮廓曲线，并导出外轮廓曲线的DXF文件。
进一步地，所述步骤S20具体为：截取外轮廓曲线的母线轨迹，然后获取母线轨迹的m个图元，所述m个图元包括直线图元、圆弧图元、三次样条曲线图元以及椭圆弧图元；
所述图元用函数y＝gi(x,y)(i＝0,1,2,...)表示，其中x为母线轨迹的横坐标值，y为母线轨迹的纵坐标值，i表示第i个图元，i为整数，且0≤i≤m-1；gi为第i个图元的函数；
读取各图元的图元信息，所述图元信息包括图元起点、图元终点、圆心坐标、半径、起点相位角、圆心角、椭圆弧长轴、椭圆弧短轴、焦点以及焦距。
进一步地，所述步骤S30具体为：选定第一个加工的图元为图元0，并设置图元0的第一起点和第一终点，选定与所述第一终点坐标重合的另一图元为图元1，并将所述第一终点的坐标值设为图元1的第二起点，然后获取据图元1的第二终点，接着根据所述第二终点确定图元2的第三起点，直至确定图元m-1的第m起点以及第m终点；
根据图元信息对各直线图元在斜率方向上以设定的距离进行离散，对各圆弧图元和椭圆弧图元以设定的角度进行离散，对各样条曲线在横轴方向上以设定的距离进行离散生成离散点，并依据离散点生成离散轨迹坐标。
进一步地，所述步骤S40具体为：设砂轮环面圆弧半径R，将离散轨迹坐标沿着远离工件的法线方向偏移一个圆弧半径R，得到砂轮环面圆心点的轨迹坐标(X，Y)，Y＝Fi(X,Y)(i＝0,1,2,...,m-1),其中X为偏移后轨迹曲线的横坐标值，Y为偏移后轨迹曲线的纵坐标值，Fi为偏移后轨迹的第i个图元的函数，从而将离散轨迹坐标转换为砂轮环面圆心点加工轨迹坐标，以砂轮环面圆心点轨迹坐标(X，Y)作为砂轮加工轨迹坐标。
进一步地，所述步骤S50具体为：将砂轮环面修整为半圆弧状，并依据砂轮环面圆心点加工轨迹坐标生成加工G代码，然后由加工机床运行加工G代码，利用砂轮对异型工件进行磨削加工。
本发明具有如下优点：
1、通过截取外轮廓曲线的母线轨迹，并将母线轨迹转换为砂轮加工轨迹坐标，实现利用平面磨床对异型工件进行磨削加工，提高了异型工件的磨削加工效率，提高了异型工件的质量，减少了人力投入进而降低了异型工件的加工成本；
2、将离散轨迹坐标转换为砂轮环面圆弧的圆心点轨迹坐标，使得磨削过程中圆弧面与轨迹一直处于相切状态，拓宽了砂轮圆弧面的磨削加工适用范围，减少了砂轮圆弧面的工作量以及圆弧面的磨损，缩短了异型工件的加工时间。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明异型工件磨削加工示意图；
图2是本发明异型工件外轮廓曲线与偏移后曲线的加工示意图；
图3是本发明设置各图元的加工方向以及加工顺序的流程图。
具体实施方式
请参照图1至图3，本公开实施例提供了一种异型工件的磨削方法，包括如下步骤：
步骤S10、绘制异型工件的外轮廓曲线；
步骤S20、截取外轮廓曲线的母线轨迹，并获取母线轨迹的所有图元，读取各图元的图元信息；
步骤S30、依据图元信息设置各图元的加工方向以及加工顺序，并对各图元进行离散，生成离散轨迹坐标；
步骤S40、依据离散轨迹坐标转换为砂轮环面圆弧圆心的轨迹坐标；
步骤S50、将砂轮环面修整为半圆弧状，并依据砂轮加工轨迹坐标对异型工件进行磨削加工。
依据离散轨迹坐标设置圆弧面的砂轮加工刀面，在离散轨迹坐标上沿着远离工件的法线方向偏移一个圆弧半径，使得磨削过程中圆弧面与轨迹一直处于相切状态，拓宽了砂轮圆弧面的磨削加工适用范围，减少了砂轮圆弧面的工作量以及圆弧面的磨损，缩短了异型工件的加工时间；通过截取外轮廓曲线的母线轨迹，并将母线轨迹转换为加工G代码，利用平面磨床对异型工件进行磨削加工，提高了异型工件的磨削加工效率、提高了异型工件的质量、减少了人力投入进而降低了异型工件的加工成本。
所述步骤S10具体为：
通过绘图软件绘制异型工件的外轮廓曲线，并导出外轮廓曲线的DXF文件。DXF文件是AutoCAD绘图交换文件，用于AutoCAD与其它软件之间进行CAD数据交换的CAD数据文件格式。
所述步骤S20具体为：
截取外轮廓曲线的母线轨迹，然后获取母线轨迹的m个图元，所述m个图元包括直线图元、圆弧图元、三次样条曲线图元以及椭圆弧图元；图元是图形软件包中用来描述各种图形元素的函数；所述图元的曲线用函数表示；
读取各图元的图元信息，所述图元信息包括图元起点、图元终点、圆心坐标、半径、起点相位角、圆心角、椭圆弧长轴、椭圆弧短轴、焦点以及焦距等；图元起点用(xfi,yfi)表示、图元终点用(xei,yei)表示、圆心坐标用(xci,yci)表示、半径用ri表示、起点相位角用αi表示、圆心角用βi表示、椭圆弧长轴用ai表示、椭圆弧短轴用bi表示。
所述图元用函数y＝gi(x,y)(i＝0,1,2,...)表示，其中x为母线轨迹的横坐标值，y为母线轨迹的纵坐标值，i表示第i个图元，i为整数，且0≤i≤m-1；gi为第i个图元的函数。
所述步骤S30具体包括：
请参考图3，因为DXF文件里的图元顺序是打乱的，因此需要重新对图元进行排序，先选定第一个加工的图元为图元0，并设置图元0的第一起点(xf0,yf0)和第一终点(xe0,ye0)，选定与所述第一终点(xe0,ye0)坐标重合的另一图元为图元1，并将所述第一终点的坐标值(xe0,ye0)设为图元1的第二起点(xf1,yf1)，然后获取据图元1的第二终点，接着根据所述第二终点确定图元2的第三起点，直至确定图元m-1的第m起点以及第m终点。
根据图元信息对各直线图元在斜率方向上以设定的距离进行离散，对各圆弧图元和椭圆弧图元以设定的角度进行离散，对各三次样条曲线在横轴方向上以设定的距离进行离散生成离散点，生成离散点，并依据离散点生成离散轨迹坐标y＝f(x,y)。
所述设定的距离以及设定的角度可以依据实际的加工精度进行设置，比如，设定的距离优选为1mm，设定的角度优选为1°。
对各直线图元在斜率方向上以设定的距离进行离散，直线图元的离散点可表示为：
Figure BDA0003132668320000051
其中x0表示离散点0的横坐标，x1表示离散点1的横坐标，y0表示离散点0的纵坐标，y1表示离散点1的纵坐标，
Figure BDA0003132668320000052
表示离散点0和离散点1之间的直线距离向下取整；
对各圆弧图元以设定的角度从起始角度进行离散，圆弧图元的离散点可表示为：
Figure BDA0003132668320000053
其中，(xc,yc)为圆心坐标，α为起点相位角，β为圆心角，floor(β)表示圆心角向下取整。
对各椭圆弧图元以设定的角度从起始角度进行离散，椭圆弧图元的离散点可表示为：
Figure BDA0003132668320000054
其中，(xc,yc)为椭圆中心坐标，a,b分别为长轴和短轴，α为起点相位角，β为圆心角，floor(β)表示圆心角向下取整。
对各三次样条曲线图元在横轴方向上以设定的距离进行离散，三次样条曲线图元的离散点可表示为：Si(x)＝ai+bi(x-xi)+ci(x-xi)2+di(x-xi)3，i＝0,1,2,3,...,n-1；
其中，Si(x)为第i段三次样条曲线对应的坐标方程，ai，bi，ci，di分别样条曲线的4n个未知数。
所述步骤S40具体包括：
所述的砂轮环面为半圆弧状，端面与圆弧相切，以砂轮环面圆弧的圆心点轨迹坐标作为砂轮加工轨迹坐标，请参考图2，设砂轮环面圆弧半径R，将离散轨迹坐标沿着远离工件的法线方向偏移一个圆弧半径R，得到砂轮环面圆心点的轨迹坐标(X，Y)，Y＝Fi(X,Y)(i＝0,1,2,...,m-1)，其中X为偏移后轨迹曲线的横坐标值，Y为偏移后轨迹曲线的纵坐标值，Fi为偏移后轨迹的第i个图元的函数，从而将离散轨迹坐标转换为砂轮环面圆心点加工轨迹坐标，以砂轮环面圆心点轨迹坐标(X，Y)作为砂轮加工轨迹坐标。
所述步骤S50具体包括：
因为需要保持磨削过程中圆弧面与轨迹一直处于相切状态，且砂轮加工轨迹坐标为离散轨迹坐标沿着远离工件的法线方向偏移一个圆弧半径的砂轮环面圆心点轨迹坐标(X，Y)，因此在加工前，需要将砂轮环面对应修整为半圆弧状。
将砂轮环面修整为半圆弧状，并依据砂轮环面圆心点加工轨迹坐标生成加工G代码，然后由加工机床运行加工G代码，利用砂轮对异型工件进行磨削加工。G代码是数控程序中的指令，一般都称为G指令，使用G代码可以实现快速定位、逆圆插补、顺圆插补、中间点圆弧插补、半径编程、跳转加工。
请参考图1，本发明实施例的加工过程如下：
异型工件放置于平面磨床上，并在X轴方向上来回移动；加工机床运行加工G代码，利用砂轮环面对异型工件进行由前至后的加工，将异型工件的外轮廓磨削到所需的外轮廓曲线的尺寸。
本发明通过截取外轮廓曲线的母线轨迹，并将母线轨迹转换为砂轮加工轨迹坐标，实现利用平面磨床对异型工件进行磨削加工，提高了异型工件的磨削加工效率，提高了异型工件的质量，减少了人力投入进而降低了异型工件的加工成本；将离散轨迹坐标转换为砂轮环面圆弧的圆心点轨迹坐标，使得磨削过程中圆弧面与轨迹一直处于相切状态，拓宽了砂轮圆弧面的磨削加工适用范围，减少了砂轮圆弧面的工作量以及圆弧面的磨损，缩短了异型工件的加工时间。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种异型工件的磨削加工方法，其特征在于，包括：
步骤S10、绘制异型元件的所需磨削的外轮廓曲线；
步骤S20、截取外轮廓曲线的母线轨迹，然后获取母线轨迹的所有图元，读取各图元的图元信息；
步骤S30、依据图元信息对各图元进行离散，生成离散轨迹坐标；
步骤S40、将离散轨迹坐标进行法线方向偏移，偏移量为砂轮环面圆弧半径，得到砂轮加工轨迹坐标；
步骤S50、将砂轮环面修整为半圆弧状，并依据砂轮加工轨迹坐标对异型工件进行磨削加工。
2.根据权利要求1所述的一种异型工件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤S10进一步具体为：通过绘图软件绘制异型元件的所需磨削的外轮廓曲线，并导出外轮廓曲线的DXF文件。
3.根据权利要求1所述的一种异型工件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤S20具体为：截取外轮廓曲线的母线轨迹，然后获取母线轨迹的m个图元，所述m个图元包括直线图元、圆弧图元、三次样条曲线图元以及椭圆弧图元；
所述图元用函数y＝gi(x,y)(i＝0,1,2,...)表示，其中x为母线轨迹的横坐标值，y为母线轨迹的纵坐标值，i表示第i个图元，i为整数，且0≤i≤m-1；gi为第i个图元的函数；
读取各图元的图元信息，所述图元信息包括图元起点、图元终点、圆心坐标、半径、起点相位角、圆心角、椭圆弧长轴、椭圆弧短轴、焦点以及焦距。
4.根据权利要求3所述的一种异型工件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤S30具体为：选定第一个加工的图元为图元0，并设置图元0的第一起点和第一终点，选定与所述第一终点坐标重合的另一图元为图元1，并将所述第一终点的坐标值设为图元1的第二起点，然后获取据图元1的第二终点，接着根据所述第二终点确定图元2的第三起点，直至确定图元m-1的第m起点以及第m终点；
根据图元信息对各直线图元在斜率方向上以设定的距离进行离散，对各圆弧图元和椭圆弧图元以设定的角度进行离散，对各三次样条曲线在横轴方向上以设定的距离进行离散生成离散点，并依据离散点生成离散轨迹坐标。
5.根据权利要求4所述的一种异型工件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤S40具体为：
设砂轮环面圆弧半径R，将离散轨迹坐标沿着远离工件的法线方向偏移一个圆弧半径R，得到砂轮环面圆心点的轨迹坐标(X，Y)，Y＝Fi(X,Y)(i＝0,1,2,...,m-1)，其中X为偏移后轨迹曲线的横坐标值，Y为偏移后轨迹曲线的纵坐标值，Fi为偏移后轨迹的第i个图元的函数，从而将离散轨迹坐标转换为砂轮环面圆心点加工轨迹坐标，以砂轮环面圆心点轨迹坐标(X，Y)作为砂轮加工轨迹坐标。
6.根据权利要求1所述的一种异型工件的磨削加工方法，其特征在于：所述步骤S50具体为：将砂轮环面修整为半圆弧状，并依据砂轮环面圆心点加工轨迹坐标生成加工G代码，然后由加工机床运行加工G代码，利用砂轮对异型工件进行磨削加工。
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Application publication date: 20210831

Assignee: Fujian Xianda Machinery Co.,Ltd.

Assignor: QUANZHOU-HUST INTELLIGENT MANUFACTURING FUTURE

Contract record no.: X2023350000414

Denomination of invention: A Grinding Method for Irregular Workpieces

Granted publication date: 20220923

License type: Common License

Record date: 20231031