CN117428587A - 刀剪的磨削方法及磨削系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刀剪的磨削方法及磨削系统。在该磨削方法包括以下步骤：采集刀剪的刃面的形状参数、磨削刃面的加工参数；然后刃面的长度方向调整成与笛卡尔坐标系的轴向共线；随后解析形状参数并对刃口曲线进行等分长度形式的离散化；基于各个离散点的刃口坐标以及刃背坐标计算砂轮的转动轴的角度Ai以及磨削点各轴的运动坐标位置；最后生成磨削加工数据，实现后续的加工作业。根据本公开的磨削方法，操作人员无需针对不同形状的刀剪进行编程，即可生成多轴机床所需的控制文件。

Description

刀剪的磨削方法及磨削系统
技术领域
本发明涉及多轴数控加工技术领域，尤其涉及一种刀剪的磨削方法及磨削系统。
背景技术
现有的3C产品在制作高光等亮面效果时往往采用传统的切削加工方式。然而，通过切削方式加工得到的产品容易产生微小纹路，影响产品质量。此外，3C产品的产品对机床设备等要求极高，这些无疑增加了设备的制造成本和调试难度，因此希望使用打磨的方式解决上述问题。
刀剪磨削是指将刀剪的刃面磨削成型，其中，刀剪按应用场合可分为厨房刀剪、园艺刀剪、户外匕首、医疗刀剪等多种类型。现有的数控刀剪磨床磨削某一刀剪前，需要由数控编程人员根据某种刀剪的特定刃面形状编写加工用的G代码后再拷贝到机床系统中。这种方式在每加工一种新的刀剪刃面形状时都需要由生产工厂的相应人员做定制的G代码开发；此外，对于复杂形状的刀剪的加工，依赖人工编程无法开发出满足要求的G代码；再者，国内一线机床操作人员普遍不具备良好的数控编程能力，难以要求所有生产厂家在开发每款刀剪前都由内部人员编写G代码，这会导致现有的数控刀剪磨床对于用户而言，具有不友好的使用感受。对于订单量有限的企业而言，委外开发G代码的成本较高，因此这类企业开发新产品的能力比较有局限性，难以快速发展壮大。
因此，亟需设计一种新的刀剪磨削方法及磨削系统，以解决现有技术存在的上述不足之处。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的刀剪磨削设备兼容性较差的上述缺陷，提出一种新的刀剪的磨削方法及磨削系统。
本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种刀剪的磨削方法，该磨削方法包括以下步骤：
S101.采集刀剪的刃面的形状参数；
S102.采集磨削所述刃面的加工参数，所述加工参数至少包括用于磨削所述刃面的砂轮的半径；
S103.调整所述刃面的长度方向，使得所述刃面的长度方向与笛卡尔坐标系的轴向共线；
S104.解析所述形状参数以获取所述刃面的刃口曲线、刃背曲线、刃口厚度曲线、刃背厚度曲线、厚度基准线；
S105.对所述刃口曲线进行等分长度形式的离散化，提取各个离散点的刃口位置的刃口坐标以及刃背位置的刃背坐标/>其中，
n≥i≥1，
n表示离散点的数量，并且n满足：
n＝L/w，
其中，L为刃面的刃口曲线的长度，w为设定的等分长度；
S106.基于各个所述刃口坐标以及所述刃背坐标计算固定所述刀剪的工作台的转动轴的各个角度Ai：
S107.至少基于所述角度Ai和所述加工参数计算多轴机床的实际磨削各点时各轴的运动坐标位置；
S108.基于各个离散点的所述运动坐标位置生成所述多轴机床的磨削加工数据，使得所述多轴机床基于所述磨削加工参数磨削所述刀剪的刃面。
在以上刀剪的磨削控制方法中，操作人员导入刀剪的模型文件后，系统会自动采集标准刀剪形状的相应参数，随后，根据操作人员输入的各项加工数据，系统对刀剪的刃口进行等分离散化采集各点位数据，结合砂轮直径等加工参数，即可自动生成对应于该刀剪形状的多轴机床的各轴运动轨迹参数，随后即可进行刀剪的磨削加工。在该方法中，操作人员无需针对不同形状的刀剪进行编程生成G文件。操作人员只需导入刀剪的模型文件即可实现后续的磨削作业。根据本磨削方法，多轴数控机床的适用范围将明显扩大。
在一种优选实施方式中，在所述步骤S103中，将所述刃面的刃口的一个侧面调整成与所述笛卡尔坐标系的所述轴向共线。
在一种优选实施方式中，将所述刃面的刃口顶面的主体部分调整成与所述笛卡尔坐标系的一个平面共面，并且所述笛卡尔坐标系的所述轴向与所述笛卡尔坐标系的所述平面共面。
在一种优选实施方式中，
所述等分长度w取自0.01mm-0.1mm范围内的任意值。
在一种优选实施方式中，将所述工作台的转动轴设定成所述多轴机床的A轴,所述A轴与所述笛卡尔坐标系的所述轴向对应。
在一种优选实施方式中，所述加工参数还包括磨削次数、磨削速度、刃面的硬度中的任意一个或多个。
除此之外，本发明还公开了一种刀剪磨削系统，具体地，该刀剪磨削系统包括多轴机床，所述多轴机床包括至少2个线性移动驱动机构、至少1个转动驱动机构以及砂轮，其中所述至少1个转动驱动机构的驱动轴可转动地固定在对应的所述转动驱动机构上，装夹刀剪的所述工作台固定在所述转动驱动机构上，并且，所述刀剪磨削系统能够采用如上述任一项刀剪的磨削方法磨削刀剪的刃面。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的刀剪的磨削方法及磨削系统，操作人员无需针对不同形状的刀剪进行编程，以生成多轴机床所需的控制文件。根据本发明的磨削方法及磨削系统，操作人员导入刀剪的模型文件后即可保证多轴机床加工出所需形状的刀刃，降低了多轴机床的操作复杂度，提高了多轴机床适用范围。
附图说明
图1为根据本发明的较佳实施例的刀剪的磨削方法的流程图。
图2为适用于图1所示刀剪的磨削方法的刀剪，其中该图的刀剪的刃面的长度方向对应于笛卡尔坐标系的X轴，厚度方向对应于笛卡尔坐标系的Z轴。
图3为图2的刀剪的刃面的刃口曲线、刃背曲线、刃口厚度曲线、刃背厚度曲线、厚度基准线。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
在本发明中所公开的刀剪的磨削方法及磨削系统中所涉及的“刀剪”不仅指代厨房刀剪、园艺刀剪、户外匕首、医疗刀剪等多种小型刀剪设备，还指代其他任意具有刃口的设备，例如，切割机、刀等。刃口可以具有任何形式。磨削方法主要用作生产刀剪的刃口。
以下结合图1示意性说明根据本发明的用于刀剪的磨削方法以及磨削系统。如图1所示，该磨削方法包括以下步骤：
S101.采集刀剪的刃面的形状参数，这可以通过读取由工程上常用的制图软件绘制的工程图来实现。工程图可以是dxf文件或其他形式。
S102.采集磨削刃面的加工参数，加工参数至少包括用于磨削刃面的砂轮的半径。加工参数可以由操作人员通过多轴机床上的参数设定模块输入。
S103.调整刃面的长度方向，使得刃面的长度方向与笛卡尔坐标系的轴向共线。一般地，这个步骤可以由操作人员点选操作，使得刃面的长度方向的参照面的侧边缘、参照线与笛卡尔坐标系的某个坐标轴对齐即可。参照面轴向可以是X轴、Y轴、Z轴中的任意轴向。
S104.解析形状参数以获取刃面的刃口曲线、刃背曲线、刃口厚度曲线、刃背厚度曲线、厚度基准线。
S105.对刃口曲线进行等分长度形式的离散化，提取各个离散点的刃口位置的刃口坐标以及刃背位置的刃背坐标/> 其中，
n≥i≥1，
n表示离散点的数量，并且n满足：
n＝L/w，
其中，L为刃面刃口曲线的长度，w为设定的等分长度。一般而言，n的数值越大则加工出来刃面愈发光滑，但n的数值越大，对多轴机床的调节精度的要求也越高，加工速度越慢。为了在加工速度和加工质量之间取得均衡，根据本公开的优选实施方式，w被设定为一个合适的值，通常根据实际加工效果进行调整。一般情况下，可将w设定为0.01mm至0.1mm范围内的任意值，例如，0.01mm、0.05mm等等。
S106.基于各个刃口坐标以及所述刃背坐标/> 计算所述搭载工作台的转动轴的各个角度Ai：
S107.至少基于角度Ai和加工参数计算多轴机床的实际磨削各点时各轴的运动坐标位置。可以理解，在得到工作台转动轴的角度Ai后，基于砂轮的半径、刃口坐标可以直接得到砂轮恰好接触刀刃面，砂轮在多轴机床的方位，因而可以得到多轴机床各轴的运动坐标位置。
S108.基于各个离散点的运动坐标位置生成多轴机床的磨削加工数据，使得多轴机床基于磨削加工参数磨削刀剪的刃面。在得到各离散点的运动坐标位置后，砂轮轴的运动轨迹等已然被确定，因此在后续步骤中，操作人员夹紧工件后，即可由多轴机床进行刀剪磨削工作。
在以上刀剪的磨削控制方法中，操作人员导入刀剪的模型文件后，系统会自动采集标准刀剪形状的相应参数，随后，根据操作人员输入的各项加工数据，系统对刀剪的刃口进行等分离散化采集各点位数据，结合砂轮直径等加工参数，即可自动计算生成对应于该刀剪形状的多轴机床的各轴运动轨迹参数，随后即可进行刀剪的磨削加工。在该方法中，操作人员无需针对不同形状的刀剪进行编程生成G文件。操作人员只需导入刀剪的模型文件即可实现后续的磨削作业。根据本磨削方法，由于不需要针对不同的刀剪单独编写G文件，因此多轴数控机床的适用范围将明显扩大。
特别地，对于双面刃的刀剪，磨削不同侧的刃面时，操作人员需要换面装夹。根据以上方法，系统无需重新生成加工G文件，而只需用另一台X轴正负向相反的机床进行磨削即可。
在上述步骤S101中，导入的刀剪模型的不同区位的分界处可以不同颜色示出，以便系统能够快速识别各个区域，从而在后续步骤S104中快速解析相关曲线参数。
对于上述步骤S105中的刃口坐标以及对应位置处的刃背坐标/>其可以是刀口、刀背某一侧的边缘上的离散点的坐标。特别地，在将刀口的主体部分(例如图2所示的刀剪刃口的直线部分)的一侧边缘设置成与笛卡尔坐标系的某一轴向共线(例如X轴)后，刃口坐标/>以及对应位置处的刃背坐标此时指示为不与上述笛卡尔坐标系的轴向共线的相对侧边缘(刃口或刃背)的离散点的相应坐标。随后，基于刃口厚度曲线、刃背厚度曲线等，可以算出所有离散点的坐标等。
优选地，在上述步骤S103中，将刃面中的刃口的一个侧面调整成与笛卡尔坐标系的上述轴向(例如X轴)共线。有利的是，刃口中的这个侧面的边缘此时可以作为参照基准，刃口中与该侧面相对的另一侧面的坐标的坐标值可以直接表征刃口的厚度，同时，刃背的相关曲线坐标的坐标值可以直接表征其与刃口之间的距离、刃背的厚度。这种设置可以简化步骤5-步骤7中的计算，从而提高计算速度。
更优选地，将刃面的刃口顶面的主体部分调整成与笛卡尔坐标系的一个平面(例如为XZ平面)共面，并且笛卡尔坐标系的上述轴向(例如X轴)与笛卡尔坐标系的上述平面(XZ平面)共面。这会进一步简化S105-步骤S107中的计算，提高计算速度等。
可选地，可将工作台的转动轴设定成多轴机床的A轴，并且A轴与笛卡尔坐标系的上述轴向对应。
可选地，加工参数还包括磨削次数、磨削速度、刃面的硬度中的任意一个或多个。例如，当磨削次数少的情况下，可将砂轮定位在更靠近目标刃口厚度位置处来进行磨削；在磨削速度较快的情况下，运动坐标位置可以被调整地更快；在刃面硬度较高的情况下，运动坐标位置可以被调整地更慢。可以理解，在磨削次数、磨削速度、刃面的硬度处于另一相反状态时，可做相反的调整，在此不再赘述。
对于以上刀剪磨削方法，操作人员一次装夹刀剪后，砂轮沿X方向运动，可以将刀剪一侧的刀刃面磨削成型。对于砂轮无法一次性将刃面磨削到位的较硬刀剪，操作人员还可以根据磨削次数分多次磨削。具体而言，操作人员可对Z向每进给一次，同时沿X方向进行多轴插补将刃面磨削一次。
除此之外，本发明还公开了一种刀剪磨削系统，具体地，该刀剪磨削系统包括多轴机床，多轴机床包括至少2个线性移动驱动机构、至少1个转动驱动机构以及砂轮，其中至少1个转动驱动机构的驱动轴可转动地固定在对应的转动驱动机构上，装夹刀剪的工作台固定在至少1个转动驱动机构上，并且，刀剪磨削系统能够采用如上述任一项刀剪的磨削方法磨削刀剪的刃面。
例如，刀剪磨削系统具有2个直线轴，其中，X轴左右方向移动，Z轴前后方向移动。可选地，对于精度要求比较高的刀剪，刀剪磨削系统可增设1个直线轴，也即上下方向移动的Y轴。Y轴可以保证磨削刃口的每个离散点都与砂轮中心水平线等高。结合图2，事实上，对于刀剪磨削系统，可以理解，只有对应于刀剪刃口延伸方向的转动驱动机构(A轴转动驱动机构)为所需的转动驱动机构。C轴转动驱动机构也并非必要的转动驱动机构。在增设的C轴转动驱动机构的情况下，刀剪磨削系统可适用于更为复杂的设备。
以下结合图2并参见图1说明一种具体形式的刀剪的磨削方法。其中，图2的左右方向即为刀剪的长度方向。在刀剪的长度方向上，刀剪的刃口并非呈规则的直线状，而是呈弧形状态。
图2所示的刀剪的磨削方法包括以下步骤：
S101.由操作人员从外界向多轴机床的控制系统导入dxf文件，从而采集到刀剪的刃面的形状参数，其中，见图3，将刃面的刃口曲线以红色示出，刃面的刃背曲线以蓝色示出；
S102.由操作人员通过参数设定模块向多轴机床的控制系统输入磨削刃面的加工参数，加工参数具体包括用于磨削刃面的砂轮的半径、磨削次数、磨削速度；
S103.由操作人员手动调整刃面的长度方向，使得刃面的长度方向与笛卡尔坐标系的X轴共线；
S104.由控制系统的图形导入模块解析形状参数以获取刃面的刃口曲线、刃背曲线、刃口厚度曲线、刃背厚度曲线、厚度基准线，其中刃口厚度曲线以洋红色的连续曲线示出，刃背厚度曲线以绿色的连续曲线示出，厚度基准线以黑色的水平直线示出；
S105.对刃口曲线进行等分长度形式的离散化，提取各个离散点的刀口坐标以及刃背位置上与离散点/>相对的离散点/>的刃背坐标其中，n设定为L/w；
S106.基于各个刃口坐标以及刃背坐标/> 计算搭载工作台的转动轴的角度Ai：
刀剪被装夹在工作台后，此时是工作台旋转对应角度Ai使刀具倾斜，砂轮不倾斜，只沿Z向前后运动。
S107.基于角度Ai和砂轮半径计算多轴机床的实际磨削各点时各轴的运动坐标位置；
S108.基于各个离散点的运动坐标位置以及其余的加工参数生成多轴机床的磨削加工数据，使得多轴机床基于磨削加工参数磨削刀剪的刃面。
需要额外说明的是，虽然在图1所示的流程图以S101-S108为序号示出了不同的步骤，但这并不意味着本公开所涉及的方法需要严格遵循S101至S108的步骤，例如，步骤S102和步骤S103可彼此互换。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种刀剪的磨削方法，其特征在于，所述磨削方法包括以下步骤：
S101.采集刀剪的刃面的形状参数；
S102.采集磨削所述刃面的加工参数，所述加工参数至少包括用于磨削所述刃面的砂轮的半径；
S103.调整所述刃面的长度方向，使得所述刃面的长度方向与笛卡尔坐标系的轴向共线；
S104.解析所述形状参数以获取所述刃面的刃口曲线、刃背曲线、刃口厚度曲线、刃背厚度曲线、厚度基准线；
S105.对所述刃口曲线进行等分长度形式的离散化，提取各个离散点的刃口位置的刃口坐标以及刃背位置的刃背坐标/>其中，
n≥i≥1,
n表示离散点的数量，并且n满足：
n＝L/W,
L为刃面的刃口曲线的长度，w为设定的等分长度；
S106.基于各个所述刀口坐标以及所述刀背坐标/>计算固定所述刀剪的工作台的转动轴的各个角度Ai：
S107.至少基于所述角度Ai和所述加工参数计算多轴机床的实际磨削各点时各轴的运动坐标位置；
S108.基于各个离散点的所述运动坐标位置生成所述多轴机床的磨削加工数据，使得所述多轴机床基于所述磨削加工参数磨削所述刀剪的刃面。
2.如权利要求1所述的刀剪的磨削方法，其特征在于，在所述步骤3中，将所述刃面的刃口的一个侧面调整成与所述笛卡尔坐标系的所述轴向共线。
3.如权利要求1所述的刀剪的磨削方法，其特征在于，将所述刃面的刃口顶面的主体部分调整成与所述笛卡尔坐标系的一个平面共面，并且所述笛卡尔坐标系的所述轴向与所述笛卡尔坐标系的所述平面共面。
4.如权利要求1所述的刀剪的磨削方法，其特征在于，所述等分长度w取自0.01mm-0.1mm范围内的任意值。
5.如权利要求1-4中任一项所述的刀剪的磨削方法，其特征在于，将所述工作台的转动轴设定成所述多轴机床的A轴，其中所述A轴与所述笛卡尔坐标系的所述轴向对应。
6.如权利要求1所述的刀剪的磨削方法，其特征在于，所述加工参数还包括磨削次数、磨削速度、刃面的硬度中的任意一个或多个。
7.一种刀剪磨削系统，其特征在于，所述刀剪磨削系统包括多轴机床，所述多轴机床包括至少2个线性移动驱动机构、至少1个转动驱动机构以及砂轮，其中所述至少1个转动驱动机构的驱动轴可转动地固定在对应的所述转动驱动机构上，装夹刀剪的所述工作台固定在所述转动驱动机构上，并且，所述刀剪磨削系统能够采用如权利要求1-6中任一项的刀剪的磨削方法磨削刀剪的刃面。
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