數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)控領(lǐng)域的凸輪磨削方法，具體涉及一種數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法。目的是利用本發(fā)明速度優(yōu)化算法對(duì)凸輪進(jìn)行數(shù)控磨削，實(shí)現(xiàn)了對(duì)凸輪升程曲線中斜率較大處和甚小處速度的明顯優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)在保證凸輪磨削的精度等工藝指標(biāo)前提下，提高凸輪磨削的效率。本發(fā)明利用反轉(zhuǎn)法建立磨削過程運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；在恒角速磨削的基礎(chǔ)上利用經(jīng)典公式對(duì)砂輪進(jìn)給速度、加速度和凸輪旋轉(zhuǎn)角速度、角加速度進(jìn)行優(yōu)化；利用優(yōu)化后的值自動(dòng)生成磨削G代碼；利用G代碼進(jìn)行實(shí)際磨削得出凸輪輪廓誤差對(duì)原升程進(jìn)行補(bǔ)償。該發(fā)明解決了常用的恒角速度磨削產(chǎn)生的非線性彈性變形和恒線速度磨削的過切或切削不充分現(xiàn)象，明顯提高了凸輪磨削精度和加工效率。
【專利說明】數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)控領(lǐng)域的凸輪磨削方法，具體涉及一種數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凸輪磨削在數(shù)控領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，高精度、高速磨削依然是大家關(guān)注和追求的目標(biāo)。凸輪的磨削過程是靠旋轉(zhuǎn)軸(C軸)和砂輪進(jìn)給軸(X軸)的配合實(shí)現(xiàn)的，在兩軸位置關(guān)系一定的前提下，兩軸的速度關(guān)系是隨著凸輪轉(zhuǎn)角的不同而時(shí)刻變化的。不同的速度關(guān)系，在兩軸上引起的動(dòng)態(tài)誤差是不同的，進(jìn)而直接影響了凸輪的磨削精度。在整個(gè)加工系統(tǒng)中，砂輪架質(zhì)量最大，如果凸輪轉(zhuǎn)速過快，就會(huì)導(dǎo)致磨頭跟蹤不到位而產(chǎn)生過切或切削不充分等現(xiàn)象。尤其是在升程曲線中斜率較大的情況下，若速度和加速度依然大，就會(huì)造成兩個(gè)軸的滯后“量”不同，導(dǎo)致兩軸不能同步，最后影響輪廓精度。若速度過慢，又會(huì)降低整個(gè)磨削過程的效率，影響企業(yè)的產(chǎn)量。
[0003]對(duì)于此問題，國(guó)內(nèi)的不少學(xué)者也做了一定的工作，并取得了相應(yīng)的成果。他們對(duì)凸輪旋轉(zhuǎn)角速度的變化規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化，使兩軸的速度及加速度很好配合，以兩軸的動(dòng)態(tài)跟蹤誤差最小為原則，對(duì)提高磨削精度的作用十分明顯，這在人工速度優(yōu)化時(shí)已得到驗(yàn)證。目前，國(guó)內(nèi)基于該理論的速度優(yōu)化途徑通常有兩種:一是通過砂輪架允許的最大速度和加速度來反向調(diào)節(jié)凸輪旋轉(zhuǎn)的速度和加速度，王洪等人根據(jù)砂輪架X軸的運(yùn)動(dòng)速度和加速度來預(yù)測(cè)C軸的旋轉(zhuǎn)速度(中國(guó)專利:201010278922.0、“一種凸輪軸數(shù)控磨削加工方法”)，該方法易于實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化，但計(jì)算相對(duì)比較復(fù)雜；另一種是正向調(diào)節(jié)凸輪旋轉(zhuǎn)軸的速度，計(jì)算砂輪架的速度和加速度，并限制最大速度和加速度在允許范圍內(nèi)，上海大學(xué)的何永義等采用三角函數(shù)逼近的方法來解決頭架旋轉(zhuǎn)加速度局部過大的問題(中國(guó)專利:201110058262.X)、湖南大學(xué)的曹德芳和鄧朝輝在文獻(xiàn)“凸輪軸磨削加工速度優(yōu)化調(diào)節(jié)與自動(dòng)數(shù)控編程研究”中利用三次樣條函數(shù)擬合插值的方法來進(jìn)行速度優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了比較好的磨削效果，但這些優(yōu)化算法都比較依賴數(shù)控磨床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，算法的適應(yīng)性不夠強(qiáng)。與國(guó)內(nèi)的數(shù)控磨削相t匕，國(guó)外的數(shù)控磨削技術(shù)相對(duì)來說比較成熟，即使在同樣的數(shù)控磨床上進(jìn)行磨削加工，不論在磨削效率還是磨削精度方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了國(guó)內(nèi)，但為了商機(jī)和盈利起見，國(guó)外公開的優(yōu)化算法甚少。
[0004]本發(fā)明針對(duì)前述問題，提出一種新的凸輪數(shù)控磨削速度優(yōu)化控制方法，即先計(jì)算出砂輪架速度和加速度后，對(duì)砂輪架速度和加速度進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化，然后反向調(diào)整凸輪轉(zhuǎn)速。進(jìn)一步提出了基于恒角速度磨削，利用經(jīng)典公式(本發(fā)明采用指數(shù)函數(shù))優(yōu)化砂輪速度和加速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)凸輪旋轉(zhuǎn)速度，以實(shí)現(xiàn)在凸輪升程曲線斜率較大處速度減緩、斜率較小處速度提高的目的。
[0005]技術(shù)內(nèi)容
[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法。其發(fā)明目的在于利用發(fā)明的速度優(yōu)化算法對(duì)凸輪進(jìn)行數(shù)控磨削，實(shí)現(xiàn)對(duì)凸輪升程曲線中斜率較大處和甚小處速度的明顯優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)在保證凸輪磨削的效率的前提下，提高凸輪磨削精度。
[0007]為了達(dá)到這個(gè)目的，本發(fā)明采用反轉(zhuǎn)法來描述兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，即假設(shè)凸輪并不轉(zhuǎn)動(dòng)，而砂輪以數(shù)值相同而方向相反的角速度方向繞凸輪反轉(zhuǎn)。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出的速度優(yōu)化的磨削方法利用計(jì)算機(jī)的數(shù)控程序來控制整個(gè)磨削過程，具體步驟描述如下:
[0008]步驟一，向計(jì)算機(jī)輸入凸輪升程表中的基本數(shù)據(jù)，包括:基圓半徑、滾子半徑、砂輪半徑、從動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)角度以及對(duì)應(yīng)的升程、初始的恒角速度；
[0009]步驟二，建立凸輪磨削過程運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，計(jì)算砂輪架的進(jìn)給量和凸輪的旋轉(zhuǎn)角度；
[0010]步驟三，為了避免直接計(jì)算出來的凸輪旋轉(zhuǎn)角度與砂輪進(jìn)給量疏密化影響的嚴(yán)重性，對(duì)其值進(jìn)行三次樣條插值計(jì)算，計(jì)算出砂輪圓心軌跡曲線上各點(diǎn)的值；
[0011]步驟四，在恒角速度基礎(chǔ)上，基于經(jīng)典公式設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)系數(shù)，對(duì)砂輪進(jìn)給速度、加速度和凸輪旋轉(zhuǎn)軸的速度和加速度進(jìn)行優(yōu)化；
[0012]步驟五，對(duì)步驟四中計(jì)算的修正后砂輪架進(jìn)給速度、加速度和修正后的凸輪轉(zhuǎn)速、加速度進(jìn)行三次樣條曲線擬合，得到光滑曲線，由編程軟件自動(dòng)生成數(shù)控加工子程序G代碼；
[0013]步驟六，利用以上得到的G代碼對(duì)實(shí)際凸輪片進(jìn)行實(shí)際磨削，并利用凸輪檢測(cè)儀檢測(cè)加工的凸輪，計(jì)算輪廓誤差，并對(duì)升程進(jìn)行補(bǔ)償，最后再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)得出數(shù)控加工G代碼，接著對(duì)凸輪進(jìn)行磨 削，直至磨削結(jié)果獲得滿意。
[0014]步驟二所述的磨削過程運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立步驟如下:
[0015]步驟一，按幾何關(guān)系得出以下坐標(biāo)表達(dá)式:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一，向計(jì)算機(jī)輸入凸輪升程表中的基本數(shù)據(jù)，包括:基圓半徑、滾子半徑、砂輪半徑、從動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)角度以及對(duì)應(yīng)的升程、初始的恒角速度； 步驟二，建立凸輪磨削過程運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，計(jì)算砂輪架的進(jìn)給量和凸輪的旋轉(zhuǎn)角度；步驟三，為了避免直接計(jì)算出來的凸輪旋轉(zhuǎn)角度與砂輪進(jìn)給量疏密化影響的嚴(yán)重性，對(duì)其值進(jìn)行三次樣條插值計(jì)算，計(jì)算出砂輪圓心軌跡曲線上各點(diǎn)的值； 步驟四，在恒角速度基礎(chǔ)上，基于經(jīng)典公式設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)系數(shù)，對(duì)砂輪進(jìn)給速度、加速度和凸輪旋轉(zhuǎn)軸的速度和加速度進(jìn)行優(yōu)化； 步驟五，對(duì)步驟四中計(jì)算的修正后砂輪架進(jìn)給速度、加速度和修正后的凸輪轉(zhuǎn)速、加速度進(jìn)行三次樣條曲線擬合，得到光滑曲線，由編程軟件自動(dòng)生成數(shù)控加工子程序G代碼；步驟六，利用以上得到的G代碼對(duì)實(shí)際凸輪片進(jìn)行實(shí)際磨削，并利用凸輪檢測(cè)儀檢測(cè)加工的凸輪，計(jì)算輪廓誤差，并對(duì)升程進(jìn)行補(bǔ)償，最后再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)得出數(shù)控加工G代碼，接著對(duì)凸輪進(jìn)行磨削，直至磨削結(jié)果獲得滿意。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法，其特征在于，步驟二所述的磨削過程運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立步驟如下: 步驟一，按幾何關(guān)系得出以下坐標(biāo)表達(dá)式:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法，其特征在于，步驟四所述的基于經(jīng)典公式設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)系數(shù)，對(duì)砂輪進(jìn)給速度、加速度和凸輪旋轉(zhuǎn)軸的速度和加速度進(jìn)行優(yōu)化的算法包括以下步驟: 步驟一，設(shè)定恒角速度磨削，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法，其特征在于，步驟六所述的對(duì)升程進(jìn)行補(bǔ)償是利用以下公式:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控磨床凸輪磨削的速度優(yōu)化控制方法，其特征在于，步驟四中的所述基于經(jīng)典公式設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)系數(shù)，調(diào)節(jié)步驟有如下: 步驟一，給賦初值P=I (即為恒角速度磨削控制)，在升程曲線斜率較大的情況下，會(huì)導(dǎo)致速度和加速度很大，這樣就容易引起砂輪進(jìn)給軸的跟蹤誤差增大，使X-C兩軸聯(lián)動(dòng)后的凸輪輪廓誤差變大，嚴(yán)重影響精度，這時(shí)，我們就需要調(diào)節(jié)系數(shù)P，使其增大，此時(shí)m值增大，從而來降低速度和加速度，減小跟蹤誤差，從而提高凸輪輪廓精度；步驟二，當(dāng)P值固定，若發(fā)現(xiàn)整體的凸輪轉(zhuǎn)速過快時(shí)，為了防止磨頭跟蹤不到位而產(chǎn)生過切或切削不充分等現(xiàn)象，我們就 需要調(diào)節(jié)k，使其減?。蝗粽w速度過慢，為了提高效率，便增大k值。
【文檔編號(hào)】B24B51/00GK103802023SQ201410081836
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】王靜, 隋振, 田彥濤, 王勛龍, 李琳 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)