CN115609360A - 一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法。该方法包括以下步骤：1)将粗砂轮和精砂轮均活动安装在移动模组上；2)在工件的外轮廓上分别取粗砂轮和精砂轮的加工路径和多个节点；3)判断加工时位于粗砂轮和精砂轮的轴向间距；4)在轴向间距较大的加工路径上，在距离当前节点为较小的轴向间距处插入一个新建节点；5)重新判断粗砂轮和精砂轮的当前节点和下一节点，6)重复步骤3)到步骤5)，直到加工完成。本发明中的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法提供了一种两个砂轮同步耦合加工的插值路径规划算法，既能够提高加工效率，也能够抵消单个方向施加力过大导致工件变形问题，保证加工的精度。

Description

一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法

技术领域

本发明涉及砂轮磨削加工领域，特别涉及一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法。

背景技术

现有回转体轴类零件等，多采用车削/外圆磨削的方法进行加工，而在其磨削结构过程中，工件在主轴的带动下做回转运动，磨削用的砂轮安装在一个可以沿工件轴线方向和径向移动的模组之上，并绕自身中心高速旋转，并在通过移动模组的两周耦合运动后，磨削加工出所需要的零件。其中，当最大磨削量大于可以单次加工的磨削量的时候，需要分层多次磨削来完成。

具体来说，一个工件的成型一般需要两道工序，即先由粗砂轮先磨削出大概的零件形状，再更换砂轮或者其他设备进行精加工出最后的成品。而如果两道工序间更换砂轮，则需要在更换后重新校正设备坐标系，而如果更换其他设备进行加工，即需要使用两台设备，不仅增加了成本，还需要重复装夹，耗费更多时间，并且无法保证二次装夹的位置精度。

此外，加工的工件一般是进行一端装夹或两端装夹，而由于磨削需要，砂轮会需要对工件施加一个径向的力，以保证每次磨削的进深。而在径向力大小相同的情况下，距离装夹的位置越远，工件的变形就越严重，加工精度也就越低，从而导致每次进刀深度不能太大，进而会导致加工效率降低。

而为解决反复装夹的问题，有的加工设计中，将粗、精砂轮安装于一台设备之上，并配合数控编程技术可以实现一次装夹和对刀实现先粗后精的加工方法，这样可以有效避免重复装夹和更换砂轮的缺点，一定程度上提升了加工效率，也无需花费成本增加多台设备，但对于单刀加工进给小，以及加工效率的进一步提升等问题仍无法得到有效改善。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法，包括以下步骤：

1)将粗砂轮和精砂轮均活动安装在移动模组上，并且分别位于移动模组的两端，工件位于粗砂轮和精砂轮之间，其中，在工件移动方向上，粗砂轮与工件的距离小于精砂轮与工件的距离；

2)在工件的外轮廓上分别取粗砂轮和精砂轮同一时段的加工路径，并且在各加工路径上均取多个节点；

3)分别判断加工时位于粗砂轮和精砂轮的加工路径上的当前节点到下一节点的轴向距离，获得两者的轴向间距；

4)比较两者的轴向间距的大小，并在轴向间距较大的加工路径上，在距离当前节点为较小的轴向间距处插入一个新建节点；

5)在加工到新建节点时，重新判断粗砂轮和精砂轮的当前节点和下一节点，

6)重复步骤3)到步骤5)，直到加工完成。

本发明中的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法提供了一种两个砂轮同步耦合加工的插值路径规划算法，可以使两个砂轮同时加工，既能够提高加工效率，也能够抵消单个方向施加力过大导致工件变形问题，保证加工的精度。

在一些实施方式中，粗砂轮和精砂轮分别滑动安装在移动模组的两端。其有益之处在于，描述了粗砂轮和精砂轮在移动模组上并且能够滑动的方式。

在一些实施方式中，粗砂轮和精砂轮分别通过两个旋转主轴安装在移动模组上。其有益之处在于，描述了粗砂轮和精砂轮具体安装在移动模组上并且能够旋转的方式。

在一些实施方式中，工件通过卡盘安装在另一个旋转主轴上。其有益之处在于，描述了工件的安装方式。

在一些实施方式中，粗砂轮的加工路径与工件之间具有预留量。其有益之处在于，设置预留量可以分别后续进行精加工。

在一些实施方式中，粗砂轮加工路径的第一节点位于工件开始加工的一端，最后节点位于工件之外；精砂轮的第一节点位于工件之外，最后节点位于工件加工结束的一端。其有益之处在于，描述了粗砂轮和精砂轮的第一节点和最后节点的位置。

在一些实施方式中，当路径中有非直线段存在时，先将其打散成多个短线段再取节点。其有益之处在于，描述了低于非直线段取节点的方法。

在一些实施方式中，还包括以下步骤：7)加工完成后，将粗砂轮和精砂轮均移动到安全位置。其有益之处在于，描述了加工完成后的操作。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法的设备结构示意图；

图2为图1所示一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法的加工轨迹示意图；

图3为图1所示一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法的插值运算方法示意图。

图中：旋转主轴1，粗砂轮2，精砂轮3，移动模组4，卡盘5，工件6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法的设备结构，如图1所示，该设备包括多个旋转主轴1、一个粗砂轮2、一个精砂轮3以及一个移动模组4，其中，粗砂轮2和精砂轮3分别通过两个旋转主轴1分别在移动模组4的某个方向(设为X轴方向)上的两端，并且在待加工的工件6的移动方向(设为Z轴方向)上呈一前一后设置，具体来说，粗砂轮2与工件6的距离较近，精砂轮3与工件6的距离较远。其中，粗砂轮2和精砂轮3能够沿着移动模组4进行X轴方向移动以调整到合适的位置，然后在各旋转主轴1的带动下进行旋转(图中标示有相关各旋转和移动的方向箭头)，以对从两者之间沿Z轴方向移动通过的工件6进行加工。

待加工的工件6通过该卡盘5安装在另一个旋转主轴1上，并且能够在该旋转主轴1的带动下进行旋转以及进行Z轴轴向移动(图中标示有旋转和移动的方向箭头)，从而从粗砂轮2和精砂轮3之间移动穿过，依次受到粗砂轮2和精砂轮3的磨削加工。

图2显示了图1中的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法的加工轨迹，如图2所示，图中显示的为工件在同一时段(包括在工件上的全程加工路径)经过粗砂轮和精砂轮之间进行加工的情况，其中，粗砂轮从其中一侧首先与工件接触，根据实际工艺需要，可以选择是否(本实施方式中为是)在粗砂轮与工件之间设置一定的预留量以便后续进行精加工，得到其加工路径为折线LA；而精砂轮从另一侧然后与工件接触，其加工路径为折线LB。

以本实施方式中的工件为例，工件本身的外轮廓截面包括三条线段，则具有四个加工节点，再算上粗砂轮和精砂轮一前一后设置，在Z轴方向上具有一定的距离，则在两者同时进行加工时，粗砂轮和精砂轮的加工路径LA和LB均具有五个关键节点，即路径LA为A1-A2-A3-A4-A5，路径LB为B1-B2-B3-B4-B5，

进一步来说，当粗砂轮位于其第一节点A1(位于工件开始加工的一端处)时，精砂轮位于其第一节点B1(位于工件开始加工的一端外一定距离处)，当粗砂轮位于其最后节点A5(位于工件加工结束的一端外一定距离处)时，精砂轮位于其最后节点B5(位于工件加工结束的一端处)。其中，粗砂轮和精砂轮在Z轴方向上的前后距离为A4A5(同时也是B1B2)的长度。而根据上述各节点的设置方法，则可以设计相应的关键节点算法进行加工。

开始加工后，粗砂轮从节点A1移动到节点A2，此时两个砂轮的X轴方向位移均保持不变，仅在Z轴方向上移动；然后，在粗砂轮从节点A2到节点A3的过程中，由于所加工的是斜面，则需要X轴参与插补并配合Z轴一起运动，而此时精砂轮仍然仅在Z轴方向上进行移动加工；再然后，在粗砂轮从节点A3到节点A4的过程中，精砂轮也会加工到节点B3和节点B4之间的斜面，则同样需要X轴参与插补并配合Z轴一起运动。然而，在进行加工时，LA和LB之间的各节点在时间上并不一定是完全对应的，比如粗砂轮加工到节点A3时，精砂轮可能位于节点B2和节点B3之间的C点，而C点并非精砂轮路径的关键节点，则无法使用关键节点算法直接用于加工。

此外，当路径中有圆弧或者其它非直线段存在时，需要先根据需求精度将其打散成多个短线段，再在其上取各关键节点。

图3显示了图1中的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法的插值运算方法。如图3所示，其中的路径LA和LB，以及节点A1、A2、A3、A4、A5、B1、B2、B3、B4、B5等的含义与图2中一致。而该插值运算方法是通过在判断粗砂轮和精砂轮的加工路径上的当前节点到下一节点之间的轴向(Z轴)距离，称为轴向间距，则可以分别获得两者的轴向间距，，然后，比较两者的轴向间距的大小以其中较小的轴向间距为基准，在轴向间距较大的路径上插入一个关键节点来进行插补，即在轴向间距较大的砂轮加工路径上，在距离当前节点为较小的轴向间距的距离处插入一个关键节点。

开始加工时，粗砂轮位于当前节点A1处，设其距离下一节点A2的Z轴距离为M1，而精砂轮位于当前节点B1处，设其距离下一节点B2的Z轴距离为N1，而M1<N1。则当粗砂轮在加工中移动到节点A2处时，精砂轮还没有到达节点B2处，而是位于B1’处，则可以在该处设置插入一个新建节点B1’。此时，粗砂轮的当前节点重新判断为节点A2，下一节点为节点A3；而精砂轮的当前节点重新判断为节点B1’，下一节点为节点B。

继续加工，则粗砂轮位于当前节点A2处，设其距离下一节点A3的Z轴距离为M2，而精砂轮位于当前节点B1’处，设其距离下一节点B2的Z轴距离为N1-M1，而M2>N1-M1，则当精砂轮在加工中移动到节点B2处时，粗砂轮还没有到达节点A3处，而是位于A2’处，则可以在该处设置插入一个新建节点A2’。

依此类推，可以得到后续各新建节点B2’、A3’、A3”、B4’等。则此时可以将粗砂轮的加工路径LA变更为A1-A2-A2’-A3-A3’-A3”-A4-A5，精砂轮的加工路径LB变更为B1-B1’-B2-B2’-B3-B4-B4’-B5，并可以据此设置关键节点算法以用于加工，直到加工路径LA和LB均经过加工后才能判断加工完成。而在加工完成后，还需要将粗砂轮和精砂轮均移动到安全位置。

此外，当路径中有圆弧或者其它非直线段存在时，需要先根据需求精度将其打散成多个短线段，再取其节点，并使用上述插值运算方法进行计算和加工。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法，其特征在于：包括以下步骤

1)将粗砂轮和精砂轮均活动安装在移动模组上，并且分别位于移动模组的两端，工件位于粗砂轮和精砂轮之间，其中，在工件移动方向上，粗砂轮与工件的距离小于精砂轮与工件的距离；

2)在工件的外轮廓上分别取粗砂轮和精砂轮同一时段的加工路径，并且在各加工路径上均取多个节点；

3)分别判断加工时位于粗砂轮和精砂轮的加工路径上的当前节点到下一节点的轴向距离，获得两者的轴向间距；

4)比较两者的轴向间距的大小，并在轴向间距较大的加工路径上，在距离当前节点为较小的轴向间距处插入一个新建节点；

5)在加工到新建节点时，重新判断粗砂轮和精砂轮的当前节点和下一节点，

6)重复步骤3)到步骤5)，直到加工完成。

2.根据权利要求1所述的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法，其特征在于：粗砂轮和精砂轮分别滑动安装在移动模组的两端。

3.根据权利要求1所述的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法，其特征在于：粗砂轮和精砂轮分别通过两个旋转主轴安装在移动模组上。

4.根据权利要求1所述的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法，其特征在于：工件通过卡盘安装在另一个旋转主轴上。

5.根据权利要求1所述的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法，其特征在于：粗砂轮的加工路径与工件之间具有预留量。

6.根据权利要求1所述的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法，其特征在于：粗砂轮加工路径的第一节点位于工件开始加工的一端，最后节点位于工件之外；精砂轮的第一节点位于工件之外，最后节点位于工件加工结束的一端。

7.根据权利要求1所述的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法，其特征在于：当路径中有非直线段存在时，先将其打散成多个短线段再取节点。

8.根据权利要求1所述的一种走心式段差磨床多砂轮耦合同步路径规划方法，其特征在于：还包括以下步骤

7)加工完成后，将粗砂轮和精砂轮均移动到安全位置。

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