[发明专利]基于活动标架的复杂曲线刃的螺旋槽磨削方法

说明书

本发明公开了一种基于活动标架的复杂曲线刃的螺旋槽磨削方法，其包括：工件全局坐标系和砂轮坐标系的建立；在工件全局坐标系内芯厚模型的建立；在工件全局坐标系内切削刃曲线的建立和离散；根据螺旋槽的切削刃和芯厚模型，在任意切削刃曲线离散点处砂轮位姿的计算方法；砂轮磨削整个螺旋槽砂轮轨迹的计算流程的建立。该方法不仅可以对圆柱立铣刀的螺旋槽进行精准磨削，还可以实现对变芯厚的圆锥铣刀螺旋槽进行磨削。

技术领域

本发明属于数控磨床领域，具体涉及一种基于活动标架的复杂曲线刃的螺旋槽磨削方法。

背景技术

随着制造业的发展，硬质合金立铣刀得到了广泛的应用。螺旋槽作为其重要的组成部分，其对立铣刀的切削性能有着至关重要的影响，例如：前角影响切削力、沟槽截面形状影响切屑的形成和折断、芯厚直径影响着立铣刀的刚性等。螺旋槽曲面由砂轮绕着棒料轴旋转磨制形成，其属于复杂的螺旋曲面。

通常，将螺旋槽的设计方法分为正向设计方法和逆向设计方法。逆向设计方法：已知螺旋槽的截面形状，运用包络理论获得加工目标螺旋槽的成形砂轮。采用逆方法加工螺旋槽时，需要将砂轮与沟槽一一对应，并且砂轮需要具有精确的轮廓精度。这些因素降低了逆方法的灵活性和效率。当前的逆方法均未将复杂的切削刃曲线考虑到模型中，所以其难以实现对复杂刀刃曲线的磨削。正向设计方法：通过控制标准砂轮与刀具相对位置关系加工螺旋槽。当前精密制造对刀具提出了更高的要求，尤其是轮廓公差和复杂刀刃曲线的正确成形。当前一部分已公开的正向设计方法未将复杂的切削刃曲线考虑到模型中，所以其难以实现对复杂刀刃曲线的磨削。另一部分建模过程中涵盖了切削刃曲线，但是其使用的为砂轮的棱边或者非标的砂轮。这造成模型中考虑到了切削刃曲线，但是未与实际生产情况相结合，最终导致也无法精准的磨削具有复杂切削刃曲线的螺旋槽。

发明内容

本发明提供了一种基于活动标架的复杂曲线刃的螺旋槽磨削方法，以解决当前难以实现具有复杂切削刃曲线螺旋槽的磨削问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于活动标架的复杂曲线刃的螺旋槽磨削方法，包括以下步骤：

步骤1：确定全局坐标系和工件的位置关系，建立工件的数学模型和芯厚的数学模型；确定砂轮坐标系和砂轮的位置关系，建立砂轮的数学模型；

步骤2：结合工件的数学模型，依据螺旋角的定义和切削刃曲线螺旋角变化确定切削刃曲线；将切削刃曲线离散获得离散点P，根据离散点在切削刃曲线的切向量T、离散点在切削刃曲线所在回转面的法向量N以及两者叉乘获得的副法向量B建立该点的活动标架；

步骤3：在砂轮圆弧倒角上任取一点作为磨削点，砂轮在活动标架内的初始位姿满足以下条件：1、砂轮圆弧磨削点的法向和活动标架的副法向量B共线；2、砂轮的轴线在活动标架的P-TB组成的平面内；

步骤4：将砂轮和活动标架一同绕着向量T旋转γ，获得新的活动标架为P-T₁B₁N₁；

步骤5：将砂轮和活动标架一同绕着向量B₁旋转δ，使得砂轮的数学模型和芯厚的数学模型之间的最小距离满足设定误差需求；

步骤6：依照步骤3至步骤5计算每个砂轮离散点的砂轮位姿，按照切削刃上的离散顺序将砂轮位姿有序的排列获得砂轮的磨削轨迹。

进一步的，通过调节γ改变螺旋槽的径向前角。

进一步的，在全局坐标系O-XYZ内，工件的数学模型的表达式为：

其中，x、y和z为工件表面点在全局坐标系中的坐标，θ_t为切削刃曲线上的点在XOY平面投影的圆周角，R_tool(z)为刀具在Z截面的半径；