CN115958473B - 一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统 - Google Patents

一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115958473B
CN115958473B CN202310251217.9A CN202310251217A CN115958473B CN 115958473 B CN115958473 B CN 115958473B CN 202310251217 A CN202310251217 A CN 202310251217A CN 115958473 B CN115958473 B CN 115958473B
Authority
CN
China
Prior art keywords
interpolation
point
coordinates
point coordinates
grinding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310251217.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115958473A (zh
Inventor
徐彩英
曹宇中
陈军闯
吕剑乔
扶鑫
杨浩
宋润琦
袁雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huachen Precision Equipment Kunshan Co ltd
Original Assignee
Huachen Precision Equipment Kunshan Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huachen Precision Equipment Kunshan Co ltd filed Critical Huachen Precision Equipment Kunshan Co ltd
Priority to CN202310251217.9A priority Critical patent/CN115958473B/zh
Publication of CN115958473A publication Critical patent/CN115958473A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115958473B publication Critical patent/CN115958473B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明公开了一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统，属于非圆构件精密加工技术领域。包括以下步骤：获取待加工工件的曲线轮廓；其中，所述曲线轮廓中至少包括N个图元；基于N个图元进行闭合轮廓识别和对刀点搜索，得到闭合轮廓信息和对刀点坐标；将N个图元对应分割成离散的插补点，并计算出对应插补点坐标；输入当前加工工艺参数；生成当前刀具加工路径信息；进行运动参数校验和插补段弓高误差校验，并得到相应校验结果：若校验成功，则输出当前刀具加工路径信息。本发明中将不同磨削类型、不同磨削算法、不同数控机床的属性抽象化之后，得到通用化集成化的计算系统。

Description

一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统
技术领域
本发明属于非圆构件精密加工技术领域，具体涉及一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统。
背景技术
非圆构件，亦称平面异形轮廓零件，是待加工轮廓在以装夹轴线为法向量之平面上的投影曲线不是以该轴线为圆心之圆的待加工零件，曲轴、凸轮、偏心沟槽等具有该特征的零件也属于非圆构件的范畴。
现有技术中虽然有很多关于非圆构件的研究，但仍有缺陷，例如：上海铼钠克数控科技股份有限公司申请的专利，只涉及外圆磨削的方法，对内圆磨削并未涉及，此系统在内外圆复合磨床将无法使用，其磨削加工控制的发生是作用于PLC，为一种硬件控制，该硬件成本比软件成本高，当该硬件未配置时，功能将无法实现。武汉华中数控股份有限公司申请的专利，当用户采用了不同型号的磨床或采用了不同类别的数控系统时，该系统将失效，使用范围上不够灵活。上海交通大学姚振强等申请的专利，对多边形恒磨除率磨削进行了计算，该方法使用范围不够充分，且缺少具体实现过程。上海机床有限公司申请的专利，计算过程较为复杂，且计算模块化程度较不足，不适用于灵活编程、批量编程的情况。南京理工大学李琰君等申请的专利，可视化程度不足，且无校验模块，可能会生成不符合机床运动学参数的加工代码。湖南大学的王洪针对凸轮轴磨削进行了详尽的研究，但是未推广到一般非圆零件，且计算过程时间复杂度高。
发明内容
发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统。
技术方案：一种非圆构件精密磨削数控加工方法，包括以下步骤：
获取待加工工件的曲线轮廓；其中，所述曲线轮廓中至少包括N个图元；
基于N个图元进行闭合轮廓识别和对刀点搜索，得到闭合轮廓信息和对刀点坐标；
将N个图元对应分割成离散的插补点，并计算出对应插补点坐标；
输入当前加工工艺参数；基于对刀点坐标、插补点坐标、以及当前加工工艺参数计算生成当前刀具加工路径信息；
基于所述插补点坐标对当前刀具路径信息进行运动参数校验和插补段弓高误差校验，并得到相应校验结果：若校验成功，则输出当前刀具加工路径信息；
反之，设置新的加工工艺参数，并基于新的加工工艺参数生成新的刀具加工路径信息。
在进一步的实施例中，插补点坐标的获取包括以下流程：
以插补点间隔肉眼不可见为基础计算得到预设插补点间隔长度，设置插补点密度系数；基于预设插补点间隔长度以及插补点密度系数计算实际插补点间隔长度；
按照实际插补点间隔长度将N个图元分割成离散的插补点；利用弧微分公式计算出对应图元的长度，并基于以下计算方程计算出插补点对应的坐标（x，y）：
Figure SMS_1
根据曲线轮廓的坐标（x，y）满足函数关系
Figure SMS_2
，将弧微分公式变换为：
Figure SMS_3
设插补点坐标（x，y）集合A为：
Figure SMS_4
其中，n为插补点的个数；令x和y的微分近似等于差分，即：
Figure SMS_5
Figure SMS_6
令ds为实际插补点间隔长度值，联合上述计算方程求得离散的插补点的坐标（x，y）。
在进一步的实施例中，生成当前刀具加工路径信息包括以下流程：
设置图元分隔中相邻两个图元之间为圆弧过渡；
基于所述对刀点坐标和当前加工工艺参数，将插补点以对刀点坐标为起始点重新排序，用于将曲线起始磨削方向和机床磨削方向一致；
插补点坐标做旋转变换，将对刀点和砂轮初始磨削点重合；插补点数据按曲线法向量方向进行切削深度偏置，获得实际加工轮廓曲线离散点；插补点数据按曲线法向量方向进行砂轮半径偏置，获得刀具路径曲线离散点；
基于刀具路径曲线离散点获得刀具路径，将刀具路径进行坐标转换，获得运动轴运动轨迹；基于所述运动轴运动轨迹生成当前刀具加工路径信息。
在进一步的实施例中，获取运动轴运动轨迹包括以下流程：
计算出每一个插补点的法向量，将该插补点沿法向量正方向或者负方向进行平移，即得到不同切深下的曲线插补点坐标：
求任意插补点的法向量极角β：
Figure SMS_7
其中，±的选取根据用户意图的磨削方向而定；设r g 是砂轮半径，则砂轮圆心的直角坐标（x c ，y c ）为：
Figure SMS_8
Figure SMS_9
将砂轮圆心的直角坐标（x c ，y c ）转换为以直角坐标系原点为圆心的极坐标系，得砂轮圆心的X轴和C轴运动轨迹（x，c）如下：
Figure SMS_10
Figure SMS_11
;
所述砂轮圆心的X轴和C轴运动轨迹即为运动轴运动轨迹。
在进一步的实施例中，运动参数校验包括以下流程：
获取运动轴速度、运动轴加速度以及运动轴位移，并判断其是否超过当前选择的机床的限制；其中，所述运动轴速度、运动轴加速度以及运动轴位移计算方法如下：
运动轴速度为两插补点X轴和C轴坐标的1阶差分除以相邻插补点时间间隔；
运动轴加速度为两插补点X轴和C轴坐标的2阶差分除以相邻插补点时间间隔；
运动轴位移为两插补点X轴和C轴的坐标；
设C轴转动至对刀点方向时零点坐标为c 0，X轴头架和砂轮重合时零点坐标为x 0，则加工坐标为：
Figure SMS_12
Figure SMS_13
相邻插补点时间间隔计算方法为预设运动轴插补点间隔长度除以用户预设的该运动轴插补速度；
其中，运动轴插补速度为X轴和C轴速度的向量合成，即
Figure SMS_14
。
在进一步的实施例中，插补段弓高误差校验包括以下步骤：
定义Δθ为相邻插补点轮廓间夹角，该夹角圆心为曲率圆的圆心，R为平均曲率半径，e为弓高误差，则弓高误差计算公式如下：
Figure SMS_15
弓高误差e在用户预设的弓高误差限值范围内，则表示为插补段弓高误差校验通过。
在进一步的实施例中，还包括以下流程：
对当前刀具加工路径进行误差补偿；其中，误差补偿包括以下流程：
基于当前情况输入当前加工的误差源项，所述误差源项至少包括对刀角误差、砂轮头架轴线高度差、以及加工弹性形变；将各误差源项通过矢量合成计算得到综合误差；
按照综合误差的数值，对当前刀具加工路径信息中C和X值进行补偿，并显示补偿后的误差分布曲线，得到高精度的加工轮廓。
在进一步的实施例中，闭合轮廓信息的获取过程包括以下流程：
将N个图元起始点和终止点进行搜索配对，按照各图元首尾相邻的顺序组合即得到闭合轮廓信息。
在进一步的实施例中，得到对刀点坐标包括以下流程：
对刀点坐标的计算方法基于图元的种类而设定；其中所述图元的种类包括：直线、多段线、圆弧、圆、椭圆弧以及样条曲线；
图元种类为直线或多段线时，对刀点坐标的计算方法为：计算出与零点连线向量垂直于线段向量的点坐标，该点坐标为对刀点坐标；
图元种类为圆弧或圆，对刀点坐标的计算方法为：计算出圆心和零点的连线延长线和弧线交点坐标，该交点坐标为对刀点坐标；
图元种类为椭圆弧或样条曲线，对刀点坐标的计算方法为：计算出法线过零点的点坐标，该点坐标为对刀点坐标。
在另一个技术方案中，提供了一种非圆构件精密磨削数控加工系统，用于实现上述的一种非圆构件精密磨削数控加工方法，所述系统包括：
第一模块，用于获取待加工工件的曲线轮廓；其中，所述曲线轮廓中至少包括N个图元；
第二模块，用于基于N个图元进行闭合轮廓识别和对刀点搜索，得到闭合轮廓信息和对刀点坐标；
第三模块，用于将N个图元对应分割成离散的插补点，并计算出对应插补点坐标；
第四模块，用于输入当前加工工艺参数；基于对刀点坐标、插补点坐标、以及当前加工工艺参数计算生成当前刀具加工路径信息；
第五模块，用于基于所述插补点坐标对当前刀具路径信息进行运动参数校验和插补段弓高误差校验，并得到相应校验结果：若校验成功，则输出当前刀具加工路径信息；
反之，设置新的加工工艺参数，并基于新的加工工艺参数生成新的刀具加工路径信息。
有益效果：本方法和现有方案相比，有以下优点：
（1）将不同磨削类型、不同磨削算法、不同数控机床的属性抽象化之后，得到通用化集成化的计算系统；
（2）数控代码的生成速度快，将很多繁杂的步骤简化成单步操作，如果从零生成一个数控代码大约需1分钟，如果类似零件进行批量生成，则单个零件编程时间不超过20秒；
（3）用户进行数控代码输出前，校验其各个方面的特性，保证加工代码具有工艺可靠性；对轮廓加工几何误差进行预先补偿，保证加工零件具有更高精度；
（4）不同的数控系统可共用该方案，适用性强；
（5）可视化交互多，确保用户能够得到符合其需求的加工代码。
附图说明
图1是计算过程总流程图；
图2是dxf读取模块流程图；
图3是闭合轮廓识别及对刀点搜索模块流程图；
图4是智能工艺设置流程图；
图5是刀具加工路径计算流程图；
图6是机床运动参数和插补段弓高误差校验计算流程图；
图7是轮廓加工误差分析和预先补偿流程图；
图8是计算插补点坐标的原理图；
图9是计算插补点法向量极角的示意图；
图10是插补点法向量偏置的示意图；
图11是计算弓高误差的示意图；
图12是计算轴线高误差的示意图；
图13是计算起始角误差的示意图；
图14是计算圆弧过渡的原理示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种非圆构件精密磨削数控加工方法，包括以下步骤：
获取待加工工件的曲线轮廓；其中，所述曲线轮廓中至少包括N个图元；
基于N个图元进行闭合轮廓识别和对刀点搜索，得到闭合轮廓信息和对刀点坐标；
将N个图元按照预设插补点间隔长度分割成离散的插补点，并计算出对应插补点坐标；
输入当前加工工艺参数；基于对刀点坐标、插补点坐标、以及当前加工工艺参数计算生成当前刀具加工路径信息；
基于所述插补点坐标对当前刀具路径信息进行运动参数校验和插补段弓高误差校验，并得到相应校验结果：若校验成功，则输出当前刀具加工路径信息；
反之，设置新的加工工艺参数，并基于新的加工工艺参数生成新的刀具加工路径信息。
具体说明如下：本实施例的目的是：根据非圆构件的dxf格式图形文件，生成高精度高可靠性的数控加工代码，从而实现非圆构件在精密数控磨床的高精度磨削。其中，本实施例所指“非圆构件”是装夹轴线为法向量的截面形状不是以该轴线为圆心之圆的待加工零件。偏心圆形状亦属于本实施例所讨论的“非圆构件”。本实施例适用于未安装NURBS曲线插补器的磨床进行高精度磨削。
预先设置待磨削非圆构件基本属性和加工机床型号属性：设置非圆构件的类型（如外轮廓、内轮廓等）、磨削算法类型（如恒角速度、恒线速度、恒材料去除率、恒磨削力等）、设置机床型号（设置后会读取预设的机床参数）。
读取磁盘中的dxf格式文件：从磁盘中读取所需加工轮廓曲线的dxf文件，校验文件，若文件已损坏则通知用户重新读取。使用dxf接口模块，按图2流程将dxf文件中的数据按读取至内存储器。图2的流程是按照AutoDesk公司提供的数据交换文档所编写的，非圆构件轮廓信息读取代码，按照组码的属性依次读取并存储。
读取到的待加工工件的曲线轮廓图形显示在人机交互界面。使用闭合轮廓识别及对刀点搜索将dxf数据中的闭合轮廓和对刀点数据计算并存储至内存储器，过程如图3。
本实施例所述“闭合轮廓”，是符合拓扑学中“Jordan曲线”定义的加工曲面以工件轴线为法向量之平面上的投影曲线。平面上一条闭合（首尾相接）的Jordan曲线，把平面分成2个区域，并且如果在这两个区域内分别取一点，再用一条曲线将其相连，则这条连线必定和原来的闭合Jordan曲线相交。非圆构件轮廓作为实体轮廓在投影面上的投影曲线，必为Jordan曲线。本实施例所述“对刀点”，是指砂轮和非圆构件的第一个磨削接触点。从实际来看磨削接触区是个区域，而磨削接触点是指磨削接触区中去除材料最多的位置。一般来说，对刀点处轮廓曲线法线方向会指向工件圆心，以提高对刀点设定准确度。
在进一步的实施例中，闭合轮廓信息的获取过程包括以下流程：将N个图元起始点和终止点进行搜索配对，按照各图元首尾相邻的顺序组合即得到闭合轮廓信息。
具体说明如下：闭合轮廓识别是对各图元起始点和终止点依次进行搜索配对，使其按照首尾相连的顺序组合在一起。通过确保所有的图元都经历配对，从而形成不同的Jordan曲线并记录属性。
在进一步的实施例中，得到对刀点坐标包括以下流程：对刀点坐标的计算方法基于图元的种类而设定；其中所述图元的种类包括：直线、多段线、圆弧、圆、椭圆弧以及样条曲线；
图元种类为直线或多段线时，对刀点坐标的计算方法为：计算出与零点连线向量垂直于线段向量的点坐标，该点坐标为对刀点坐标；
图元种类为圆弧或圆，对刀点坐标的计算方法为：计算出圆心和零点的连线延长线和弧线交点坐标，该交点坐标为对刀点坐标；
图元种类为椭圆弧或样条曲线，对刀点坐标的计算方法为：计算出法线过零点的点坐标，该点坐标为对刀点坐标。
具体说明如下：对刀点坐标是将各图元上法向量通过工件旋转圆心的点计算出来，其计算方法根据图元的不同而不同。当图元为直线或多段线：计算出和零点连线向量垂直于线段向量的点坐标，该点坐标为对刀点坐标；当图元为圆弧或圆：计算圆心和零点的连线延长线和弧线交点坐标，该交点坐标为对刀点坐标；当图元为椭圆弧或样条曲线：计算法线过零点的点坐标，该点坐标为对刀点坐标。
得到曲线轮廓信息和对刀点坐标后，用户选择曲线轮廓中所需要的轮廓，当选择更改时，已选择的轮廓会显示在人机交互界面。用户选择加工时使用的对刀点，当选择更改时，已选择的对刀点会显示在人机交互界面。
然后，用户设置加工刀具路径的插补点密度系数。本实施例所述“插补点”，是指具有运动轴坐标数据的点，插补点既指轮廓分割后离散点，又指对应的运动轴轨迹离散点。
在进一步的实施例中，计算插补点坐标包括以下流程：
以插补点间隔肉眼不可见为基础计算得到预设插补点间隔长度，设置插补点密度系数；基于预设插补点间隔长度以及插补点密度系数计算实际插补点间隔长度；
按照实际插补点间隔长度将N个图元分割成离散的插补点；利用弧微分公式计算出对应图元的长度，并基于以下计算方程计算出插补点对应的坐标（x，y）：
Figure SMS_16
根据轮廓的坐标（x，y）满足函数关系：
Figure SMS_17
将弧微分公式变换为：
Figure SMS_18
设插补点坐标（x，y）集合A为：
Figure SMS_19
令x和y的微分近似等于差分，即：
Figure SMS_20
Figure SMS_21
令ds=实际插补点间隔长度值，联合上述计算方程求得离散的插补点的坐标（x，y）。
上述中f(x)函数指轮廓的坐标满足的函数关系，对于多图元轮廓来说，该函数是分段函数。不同的图元对应的分段表达式不同，故不逐一举例，该处给出一般形式。
具体说明如下：预设插补点间隔长度是以插补点间隔肉眼不可见为目标计算出的；插补点可见是因为不同插补点间对光的反射角度产生的变化引起了人肉眼的视觉感受，角度变化的间隔为插补点在轮廓上的距离。反射角度变化是由于轮廓在插补点处一阶导数不连续，如果无NURBS插补器则无法消除该变化，但是插补点越密集该变化的影响越小，确定一个计算经济性好的密集程度是计算过程中需要解决的问题。如图8所示，预设插补点间隔长度计算方法如下：
人眼分辨率约1角分(α= 0.000291rad)，以d= 100mm观察距离为计算基准，则：
Δx= 0.000291×100=0.0291mm，即该间距是插补点在轮廓上的最大距离，可保证插补点不可见。
插补点密度系数是指对预设插补点间隔长度进行修正的系数，其值为常数，默认为1。上文提到的Δx=0.0291mm即预设插补点间隔长度，当插补点密度系数默认为1，用户觉得点太少了，就应该把插补点密度系数设置为小于1；若觉得点太多了，就把插补点密度系数设置为大于1。实际插补点间隔长度 = 预设插补点间隔长度/插补点密度系数。实际插补点间隔长度基于用户需求设置。一旦实际插补点间隔长度被设置了，采用实际插补点间隔长度（相邻插补点之间的距离即实际插补点间隔长度）将图元分割成离散的插补点。令ds=实际插补点间隔长度值，实际效果就是点变得稀疏了或者变得稠密了，即插补点坐标的集合发生了变化。
接着，用户输入砂轮信息和非圆构件加工信息。本实施例所述“砂轮信息”，是指砂轮直径、砂轮宽度、砂轮粒度和砂轮硬度。本实施例所述“加工信息”，是指最大毛坯余量、工件长度、工件硬度、工件材料、Z轴总磨削长度、振荡磨削长度、速度及磨削开始点基准偏置。用户设置工步加工工艺参数。本实施例所述“工步加工工艺参数”，是指每一个工步所需要设置的砂轮转速、关键参数（工件角速度、工件线速度、材料去除率、磨削力四者其中之一）、切削深度和Z轴进给量。
用户可直接输入工步加工工艺参数，也可选择进入智能工艺设置模块。智能工艺设置模块的流程图如图4：根据工件属性进行砂轮选优；根据用户是否选择进行更换砂轮，设定一组新的工艺参数。
前述参数设置完毕后，将使用刀具加工路径及数控加工代码计算模块。模块流程图如图5：
（1）按照之前用户设定的预设插补点间隔长度分割图元形成插补点数据；
（2）判断上一个图元和下一个图元的终点切向向量是否相等（即判断相邻的图元是否圆弧过渡），如果是圆弧过渡，则完成图元分割，进行下一步；若未圆弧过渡，则进行过渡计算，计算出能实现上一个图元圆弧过渡至下一个图元的圆弧离散点法向量；其中，圆弧过渡程度基于实际数控加工而定；
相邻图元的圆弧过渡：指相邻图元交界处，若图元切线方向不一致，直接按照计算出的插补点进行加工会在拐角部分产生过切现象，因此需要将砂轮的轨迹按图示红色箭头方向进行圆弧过渡，该圆弧半径大小等于砂轮半径，这样才能保证加工出的轮廓和图纸轮廓一致；
（3）将插补点数据以对刀点位置和加工方向进行重新排序；
（4）按照切削深度进行偏置；
（5）计算刀具路径；
（6）变换得到运动轴轨迹；
（7）根据用户选择的算法类型进行生成数控加工代码。
在进一步的实施例中，生成当前刀具加工路径信息包括以下流程：
设置图元分隔中相邻两个图元之间为圆弧过渡；
基于所述对刀点坐标和当前加工工艺参数，将插补点以对刀点坐标为起始点重新排序，用于将曲线起始磨削方向和机床磨削方向一致；
插补点坐标做旋转变换，将对刀点和砂轮初始磨削点重合；插补点数据按曲线法向量方向进行切削深度偏置，获得实际加工轮廓曲线离散点；插补点数据按曲线法向量方向进行砂轮半径偏置，获得刀具路径曲线离散点；
基于刀具路径曲线离散点获得刀具路径，将刀具路径进行坐标转换，获得运动轴运动轨迹；基于所述运动轴运动轨迹生成当前刀具加工路径信息。
其中，基于刚开始预设的磨削算法类型（包括横角速度、恒线速度、恒材料去除率、恒磨削力）生成数控加工代码数据。
如图9和10所示，在进一步的实施例中，获取运动轴运动轨迹包括以下流程：
计算出每一个插补点的法向量，将该插补点沿法向量正方向或者负方向进行平移，即得到不同切深下的曲线插补点坐标：
求任意插补点的法向量极角β：
Figure SMS_22
其中，±的选取根据用户意图的磨削方向而定；设r g 是砂轮半径，则砂轮圆心的直角坐标（x c ，y c ）为：
Figure SMS_23
Figure SMS_24
将砂轮圆心的直角坐标（x c ，y c ）转换为以直角坐标系原点为圆心的极坐标系，得砂轮圆心的X轴和C轴运动轨迹（x，c）如下：
Figure SMS_25
Figure SMS_26
；
所述砂轮圆心的X轴和C轴运动轨迹即为运动轴运动轨迹。
将前述计算的刀具加工路径和加工代码数据存储至内存储器，并显示在人机交互界面。使用机床运动参数校验和插补段弓高误差校验模块进行校验计算，并将结果显示在人机交互界面。如图6所示。
运动参数校验，是指计算运动轴速度、加速度、位移是否超过当前选择的机床的限值。运动轴速度、加速度、位移限值根据当前所使用的机床进行设定，根据运动轴调速特性，运动轴具有最大速度值和最大加速度值，根据机床结构位移值在一个区间内。
弓高误差许用值范围根据用户设定来设置校验值。由于两个插补点之间的距离不可能为无穷小，因此插补得到的曲线跟理想曲线总有一个弓高误差，即离散点之间的运动误差。
在进一步的实施例中，运动参数校验包括以下流程：
获取运动轴速度、运动轴加速度以及运动轴位移，并判断其是否超过当前选择的机床的限制；其中，所述运动轴速度、运动轴加速度以及运动轴位移计算方法如下：
运动轴速度为两插补点X轴和C轴坐标的1阶差分除以相邻插补点时间间隔；
运动轴加速度为两插补点X轴和C轴坐标的2阶差分除以相邻插补点时间间隔；
运动轴位移为两插补点X轴和C轴的坐标；两插补点X轴和C轴的坐标计算方法如下：
设C轴转动至对刀点方向时零点坐标为c 0，X轴头架和砂轮重合时零点坐标为x 0，则加工坐标为：
Figure SMS_27
Figure SMS_28
其中，x和c即为上文所述（x，c）中的x、c。
相邻插补点时间间隔计算方法为预设运动轴插补点间隔长度除以用户预设的该运动轴插补速度；
其中，运动轴插补速度为X轴和C轴速度的向量合成，即
Figure SMS_29
。
时间=路程/速度，用户设定什么轴就使用该轴的路程和该轴的速度，计算实际的时间若为双轴都为运动轴，则时间=合成路径/合成速度。
如果运动参数校验未通过，则计算比值：比值=未通过的运动参数值/该运动参数的限值；计算出各运动参数的比值后取最大的一个数值，将所有的运动参数除以该比值后即可得到使所有运动参数符合限值的新的一组运动参数。
在进一步的实施例中：插补段弓高误差校验包括以下步骤：
定义Δθ为相邻插补点轮廓间夹角，该夹角圆心为曲率圆的圆心，R为平均曲率半径，e为弓高误差，则弓高误差计算公式如下：
Figure SMS_30
弓高误差e在用户预设的弓高误差限值范围内，则表示为插补段弓高误差校验通过。
如果计算出的结果未通过，将根据用户设置的弓高误差限值，反算最大得到Δθ 2，根据当前的Δθ和插补点个数n，计算出新的插补点个数n 2，根据下式计算：
Figure SMS_31
。将n 2值给用户以进行重新设定。
基于上述校验结果，如果校验未通过，则会显示加工工艺参数修改建议，用户根据建议重新设置参数可满足要求；如果校验通过，用户可选择将已生成的数控代码导出至机床数控系统，即可进行数控加工。
在数控代码导出至机床数控系统前，用户可选择对代码进行查看和更改。可查看的有：加工过程机床运动轴的各项运动参数、加工过程2D模拟动画、加工过程3D模拟动画。可更改的有：使用轮廓加工误差分析和预先补偿模块进行误差补偿，通过可视化操作界面进行直接的用户自定义修改。运动轴的运动参数包括：工件轴转角、工件轴角速度、工件轴角加速度、X进给轴直线坐标、X进给轴线速度、X进给轴线加速度、相邻插补点间弓高误差、相邻插补点间时间间隔。查看和更改有助于在加工之前确认该加工方案是否合理。
当出现用户更改需求时，使用轮廓加工误差分析和预先补偿模块进行误差补偿。具体说明如下：在进一步的实施例中，还包括：对当前刀具加工路径进行误差补偿；其中，误差补偿包括以下流程：
基于当前情况输入当前加工的误差源项，所述误差源项至少包括对刀角误差、砂轮头架轴线高度差、以及加工弹性形变；将各误差源项通过矢量合成计算得到综合误差；
按照综合误差的数值，对当前刀具加工路径信息中C和X值进行补偿，并显示补偿后的误差分布曲线，得到高精度的加工轮廓。
举例说明如下：如图7所示，用户根据实际情况输入本次加工的误差源项，包括对刀角误差、砂轮头架轴线高度差、加工弹性形变。
对刀角误差是指实际对刀时头架的角度偏差；砂轮头架轴线高度差是指砂轮轴轴线和头架轴线在竖直高度上的高度差；加工弹性形变是指当加工时砂轮和工件系统所产生的总弹性形变。综合误差是指将上述各误差源项产生的误差通过矢量合成得到总误差。
将叠加了综合误差的加工轮廓曲线显示后可知道补偿前的轮廓误差。误差源项总结如下：
（1）轴线高误差e 1：砂轮主轴和头架主轴的轴线在竖直方向上的高度差。
（2）起始角误差e 2：非圆零件开始磨削时理论角度和实际装夹角度间的误差。
（3）数控系统零点误差e 3：数控系统在X轴的零点并不是完全准确的，与C轴的回转中心存在误差。
（4）装夹误差e 4：工件的理论轴线和实际装夹轴线存在偏心的误差，即工件的理论轴线和头架轴不重合。
（5）砂轮接杆形变误差e 5：在使用内磨砂轮进行磨削时，有时会采用砂轮接杆来增加内孔的磨削深度；砂轮接杆在受磨削力作用时会产生弹性形变。
（6）总误差e’：总误差即为以上所有项误差的向量叠加：
Figure SMS_32
。
按照综合误差的数值，进行运动轴补偿值计算，将加工代码所设定的C和X值进行补偿，并显示补偿后的误差分布曲线，以得到高精度的加工轮廓。
对C和X值进行补偿步骤如下：将C和X在极坐标下按照总误差的反向向量进行平移即可，先算出X、Y直角坐标，再转换为X、C极坐标。
最后，将补偿后的数控代码导出至机床数控系统后，本方法过程结束。
实施例2
本实施例提供了一种非圆构件精密磨削数控加工系统，用于实现实施例1所述的一种非圆构件精密磨削数控加工方法，所述系统包括：
第一模块，用于获取待加工工件的曲线轮廓；其中，所述曲线轮廓中至少包括N个图元；
第二模块，用于基于N个图元进行闭合轮廓识别和对刀点搜索，得到闭合轮廓信息和对刀点坐标；
第三模块，用于将N个图元对应分割成离散的插补点，并计算出对应插补点坐标；
第四模块，用于输入当前加工工艺参数；基于对刀点坐标、插补点坐标、以及当前加工工艺参数计算生成当前刀具加工路径信息；
第五模块，用于基于所述插补点坐标对当前刀具路径信息进行运动参数校验和插补段弓高误差校验，并得到相应校验结果：若校验成功，则输出当前刀具加工路径信息；
反之，设置新的加工工艺参数，并基于新的加工工艺参数生成新的刀具加工路径信息。

Claims (8)

1.一种非圆构件精密磨削数控加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待加工工件的曲线轮廓；其中，所述曲线轮廓中至少包括N个图元；
基于N个图元进行闭合轮廓识别和对刀点搜索，得到闭合轮廓信息和对刀点坐标；
将N个图元对应分割成离散的插补点，并计算出对应插补点坐标；
输入当前加工工艺参数；基于对刀点坐标、插补点坐标、以及当前加工工艺参数计算生成当前刀具加工路径信息；
基于所述插补点坐标对当前刀具路径信息进行运动参数校验和插补段弓高误差校验，并得到相应校验结果：若校验成功，则输出当前刀具加工路径信息；
反之，设置新的加工工艺参数，并基于新的加工工艺参数生成新的刀具加工路径信息；
插补点坐标的获取包括以下流程：
以插补点间隔肉眼不可见为基础计算得到预设插补点间隔长度，设置插补点密度系数；基于预设插补点间隔长度以及插补点密度系数计算实际插补点间隔长度；
按照实际插补点间隔长度将N个图元分割成离散的插补点；利用弧微分公式计算出对应图元的长度，并基于以下计算方程计算出插补点对应的坐标（x，y）：
Figure QLYQS_1
；
根据曲线轮廓的坐标（x，y）满足函数关系
Figure QLYQS_2
，将弧微分公式变换为：
Figure QLYQS_3
；
设插补点坐标（x，y）集合A为：
Figure QLYQS_4
；
其中，n为插补点的个数；令x和y的微分近似等于差分，即：
Figure QLYQS_5
；
Figure QLYQS_6
；
令ds为实际插补点间隔长度值，联合上述计算方程求得离散的插补点的坐标（x，y）；
生成当前刀具加工路径信息包括以下流程：
设置图元分隔中相邻两个图元之间为圆弧过渡；
基于所述对刀点坐标和当前加工工艺参数，将插补点以对刀点坐标为起始点重新排序，用于将曲线起始磨削方向和机床磨削方向一致；
插补点坐标做旋转变换，将对刀点和砂轮初始磨削点重合；插补点数据按曲线法向量方向进行切削深度偏置，获得实际加工轮廓曲线离散点；插补点数据按曲线法向量方向进行砂轮半径偏置，获得刀具路径曲线离散点；
基于刀具路径曲线离散点获得刀具路径，将刀具路径进行坐标转换，获得运动轴运动轨迹；
基于所述运动轴运动轨迹生成当前刀具加工路径信息。
2.如权利要求1所述的一种非圆构件精密磨削数控加工方法，其特征在于，获取运动轴运动轨迹包括以下流程：
计算出每一个插补点的法向量，将该插补点沿法向量正方向或者负方向进行平移，即得到不同切深下的曲线插补点坐标：
求任意插补点的法向量极角β：
Figure QLYQS_7
；
其中，±的选取根据用户意图的磨削方向而定；设r g 是砂轮半径，则砂轮圆心的直角坐标（x c ，y c ）为：
Figure QLYQS_8
；
Figure QLYQS_9
；
将砂轮圆心的直角坐标（x c ，y c ）转换为以直角坐标系原点为圆心的极坐标系，得砂轮圆心的X轴和C轴运动轨迹（x，c）如下：
Figure QLYQS_10
；
Figure QLYQS_11
；
所述砂轮圆心的X轴和C轴运动轨迹即为运动轴运动轨迹。
3.如权利要求2所述的一种非圆构件精密磨削数控加工方法，其特征在于，运动参数校验包括以下流程：
获取运动轴速度、运动轴加速度以及运动轴位移，并判断其是否超过当前选择的机床的限制；其中，所述运动轴速度、运动轴加速度以及运动轴位移计算方法如下：
运动轴速度为两插补点X轴和C轴坐标的1阶差分除以相邻插补点时间间隔；
运动轴加速度为两插补点X轴和C轴坐标的2阶差分除以相邻插补点时间间隔；
运动轴位移为两插补点X轴和C轴的坐标；
设C轴转动至对刀点方向时零点坐标为c 0，X轴头架和砂轮重合时零点坐标为x 0，则加工坐标为：
Figure QLYQS_12
；
Figure QLYQS_13
；
相邻插补点时间间隔计算方法为预设运动轴插补点间隔长度除以用户预设的该运动轴插补速度；
其中，运动轴插补速度为X轴和C轴速度的向量合成，即
Figure QLYQS_14
。
4.如权利要求1所述的一种非圆构件精密磨削数控加工方法，其特征在于，插补段弓高误差校验包括以下步骤：
定义Δθ为相邻插补点轮廓间夹角，该夹角圆心为曲率圆的圆心，R为平均曲率半径，e为弓高误差，则弓高误差计算公式如下：
Figure QLYQS_15
；
弓高误差e在用户预设的弓高误差限值范围内，则表示为插补段弓高误差校验通过。
5.如权利要求1所述的一种非圆构件精密磨削数控加工方法，其特征在于，还包括以下流程：
对当前刀具加工路径进行误差补偿；其中，误差补偿包括以下流程：
基于当前情况输入当前加工的误差源项，所述误差源项至少包括对刀角误差、砂轮头架轴线高度差、以及加工弹性形变；将各误差源项通过矢量合成计算得到综合误差；
按照综合误差的数值，对当前刀具加工路径信息中C和X值进行补偿，并显示补偿后的误差分布曲线，得到高精度的加工轮廓。
6.如权利要求1所述的一种非圆构件精密磨削数控加工方法，其特征在于，闭合轮廓信息的获取过程包括以下流程：
将N个图元起始点和终止点进行搜索配对，按照各图元首尾相邻的顺序组合即得到闭合轮廓信息。
7.如权利要求1所述的一种非圆构件精密磨削数控加工方法，其特征在于，得到对刀点坐标包括以下流程：
对刀点坐标的计算方法基于图元的种类而设定；其中所述图元的种类包括：直线、多段线、圆弧、圆、椭圆弧以及样条曲线；
图元种类为直线或多段线时，对刀点坐标的计算方法为：计算出与零点连线向量垂直于线段向量的点坐标，该点坐标为对刀点坐标；
图元种类为圆弧或圆，对刀点坐标的计算方法为：计算出圆心和零点的连线延长线和弧线交点坐标，该交点坐标为对刀点坐标；
图元种类为椭圆弧或样条曲线，对刀点坐标的计算方法为：计算出法线过零点的点坐标，该点坐标为对刀点坐标。
8.一种非圆构件精密磨削数控加工系统，其特征在于，用于实现权利要求1至7任意一项所述的一种非圆构件精密磨削数控加工方法，所述系统包括：
第一模块，用于获取待加工工件的曲线轮廓；其中，所述曲线轮廓中至少包括N个图元；
第二模块，用于基于N个图元进行闭合轮廓识别和对刀点搜索，得到闭合轮廓信息和对刀点坐标；
第三模块，用于将N个图元对应分割成离散的插补点，并计算出对应插补点坐标；
第四模块，用于输入当前加工工艺参数；基于对刀点坐标、插补点坐标、以及当前加工工艺参数计算生成当前刀具加工路径信息；
第五模块，用于基于所述插补点坐标对当前刀具路径信息进行运动参数校验和插补段弓高误差校验，并得到相应校验结果：若校验成功，则输出当前刀具加工路径信息；
反之，设置新的加工工艺参数，并基于新的加工工艺参数生成新的刀具加工路径信息。
CN202310251217.9A 2023-03-16 2023-03-16 一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统 Active CN115958473B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310251217.9A CN115958473B (zh) 2023-03-16 2023-03-16 一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310251217.9A CN115958473B (zh) 2023-03-16 2023-03-16 一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115958473A CN115958473A (zh) 2023-04-14
CN115958473B true CN115958473B (zh) 2023-06-13

Family

ID=85899684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310251217.9A Active CN115958473B (zh) 2023-03-16 2023-03-16 一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115958473B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118068774A (zh) * 2024-02-20 2024-05-24 苏州铼钠克信息技术有限公司 振荡磨削路径的规划方法、装置、电子设备和存储介质
CN118288120B (zh) * 2024-06-05 2024-10-18 苏州铼钠克信息技术有限公司 振荡磨削路径合成方法、系统、设备及可读存储介质

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108445832B (zh) * 2018-02-23 2020-12-29 陕西丰赜机电科技有限公司 随动磨削刀具轨迹及圆弧拼接数控程序创成和加工方法
CN108508848B (zh) * 2018-04-20 2019-12-06 华中科技大学 一种基于插补数据的铣削加工轮廓误差的评估方法
CN109732788A (zh) * 2019-02-27 2019-05-10 泉州华中科技大学智能制造研究院 一种利用圆锯片加工石材栏杆的方法
CN111913438B (zh) * 2020-08-04 2022-03-04 天津大学 针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法
CN112318215A (zh) * 2020-11-04 2021-02-05 苏州大学 一种微型刀具的刃磨工艺
CN113985816B (zh) * 2021-09-26 2023-08-08 上海工程技术大学 一种用于非直线路径的刀轴速度插补方法及数控加工设备
CN114536110B (zh) * 2022-03-03 2023-03-24 华辰精密装备（昆山）股份有限公司 用于非圆构件复杂轮廓磨削的误差实时补偿方法
CN115562183A (zh) * 2022-04-21 2023-01-03 浙江工业大学 基于直接函数法的运动控制系统高精度圆弧插补方法
CN115032945B (zh) * 2022-04-28 2023-04-11 大连理工大学 复杂曲面零件慢刀伺服磨削加工刀具轨迹规划方法
CN114815743A (zh) * 2022-05-06 2022-07-29 中南大学 一种数控机床的曲线插补方法、系统及存储介质
CN115469603B (zh) * 2022-08-19 2023-11-03 南京工大数控科技有限公司 一种螺旋锥齿轮齿廓倒棱的刀具轨迹规划方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
考虑砂轮磨损的精密数控磨床插补模型及误差分析;刘清涛;蔡宗琰;宋效凯;王其锋;;组合机床与自动化加工技术(第09期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115958473A (zh) 2023-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115958473B (zh) 一种非圆构件精密磨削数控加工方法及系统
Zhang et al. The transition algorithm based on parametric spline curve for high-speed machining of continuous short line segments
CN102147600B (zh) 实时生成曲率连续路径的数控插补系统
Zhiming et al. Performance evaluation of a real-time interpolation algorithm for NURBS curves
Tunc et al. Extraction of 5-axis milling conditions from CAM data for process simulation
CN102566494B (zh) 一种基于刀具矢量平滑压缩的五轴数控插补方法
Wu et al. A NURBS interpolation algorithm with continuous feedrate
CN113759827B (zh) 一种高速高精的五轴刀具路径拐角平滑方法
Lartigue et al. High-performance NC for HSM by means of polynomial trajectories
CN115179306A (zh) 一种复杂木模工业机器人铣削及控制方法
JP2865911B2 (ja) 数値制御機械で加工品を加工する方法
CN111745306B (zh) 一种激光切割五轴联动运行控制方法
Weinert et al. Milling simulation for process optimization in the field of die and mould manufacturing
Li et al. Tool path optimization in postprocessor of five-axis machine tools
CN112051803B (zh) 一种基于空间平面法向量的小线段光顺方法
Li et al. Error constraint optimization for corner smoothing algorithms in high-speed CNC machine tools
Msaddek et al. Compensation of machining errors of Bspline and Cspline
CN114063564A (zh) 一种数控机床空间误差补偿方法
CN110968040B (zh) 一种机械数控用加工轨迹的程序生成方法
CN108776459B (zh) 一种提升五轴数控机床加工精度的工艺方法
CN114019911A (zh) 一种基于速度规划的曲线拟合方法
JPH0751989A (ja) 自由曲面加工装置
Dugas et al. High speed milling: solid simulation and machine limits
Shan et al. Three half-axis tool orientation optimization for spiral machining of blades
JP3690424B2 (ja) 数値制御方法及びその装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant