一種葉片砂帶磨削數(shù)控加工的刀位軌跡規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于數(shù)控加工中的刀軸控制方法，具體涉及一種葉片砂帶磨削數(shù)控加工的 刀位軌跡規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 葉片為薄壁類自由曲面，曲率變化劇烈，在經(jīng)過數(shù)控銑削加工過后，還需要拋磨表 面，目前通常采用多軸數(shù)控砂帶磨床進(jìn)行表面磨削加工。
[0003] 在葉片砂帶磨削中，砂帶接觸輪與工件表面為線接觸，為了提高葉片加工的型面 幾何精度和表面質(zhì)量，需要同時(shí)控制接觸線的矢量方向與型面法矢方向才能在不破壞葉片 型面輪廓的情況下完成磨削加工，葉片砂帶磨削必須在通常的聯(lián)動(dòng)方式下再增加一個(gè)聯(lián)動(dòng) 軸，才能達(dá)到較好的磨削效果。
[0004] 現(xiàn)有的多軸聯(lián)動(dòng)砂帶磨削加工中，刀具軌跡的規(guī)劃大多是采用等參數(shù)線的規(guī)劃方 式：在待加工曲面對(duì)應(yīng)的參數(shù)域中，選擇等U參數(shù)線或者等V參數(shù)線方式規(guī)劃出一系列的初 始點(diǎn)，并將相鄰兩條參數(shù)線起始點(diǎn)以直線相連，由此即可獲得一條連續(xù)的參數(shù)域的刀具路 徑。將參數(shù)域刀具路徑投影到模型空間就得到了實(shí)際的加工軌跡。但是，這種路徑存在一 個(gè)缺點(diǎn)，即沒有充分考慮刀軸方向?qū)庸さ挠绊懀３?huì)因?yàn)榈遁S位置和方向的原因而發(fā) 生干涉、過切，從而影響表面質(zhì)量，對(duì)葉片型面流線造成破壞，影響葉片的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種葉片砂帶磨削數(shù)控加工的刀位 軌跡規(guī)劃方法，其通過對(duì)刀具的軸向進(jìn)行相應(yīng)控制，從而消除加工中的干涉或過切問題，而 且可以優(yōu)化加工表面質(zhì)量，提尚加工廣品的性能。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案為：
[0007] -種葉片砂帶磨削數(shù)控加工的刀位軌跡規(guī)劃方法，包括如下步驟：
[0008] (1)生成刀具軌跡導(dǎo)動(dòng)曲線，計(jì)算刀觸點(diǎn)；
[0009] 根據(jù)加工曲面的幾何特征，采用等參數(shù)線或者截面線等方式得到初始刀具軌跡導(dǎo) 動(dòng)曲線，計(jì)算刀觸點(diǎn)。
[0010] (2)根據(jù)初始刀具軌跡計(jì)算無干涉的刀位點(diǎn)；
[0011] 通過刀觸點(diǎn)P (Px，PY，Pz)計(jì)算刀位點(diǎn)0 (0X，0Y，Oz)的公式為：
[0013] 式中，N是葉片曲面上該刀觸點(diǎn)的單位法向量MN1, Nj, Nk)，R為刀具半徑，kh為考 慮葉片型面接觸點(diǎn)因加工精度和加工余量而作的法向調(diào)整量。
[0014] (3)根據(jù)刀觸點(diǎn)的曲面法矢計(jì)算砂帶支撐軸矢量；
[0015] 砂帶支撐軸矢量計(jì)算公式為：VN= r，其中，Vn為砂帶支撐軸矢量，r為葉片型面法 線矢量。
[0016] (4)計(jì)算接觸輪軸向矢量；
[0017] 截面線曲率大小反應(yīng)了砂帶接觸輪與葉片的貼合程度，通過截面交線的曲率來確 定砂輪軸線方向，即法曲率，計(jì)算公式為：
[0019] (5)所有初始刀具軌跡的刀位點(diǎn)構(gòu)造完成之后，即完成葉片砂帶磨削軌跡規(guī)劃。
[0020] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，還可以對(duì)接觸輪軸向矢量進(jìn)行去噪處理，得到平滑過渡的接 觸輪軸向矢量。
[0021] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述去噪處理即對(duì)脈沖噪聲點(diǎn)進(jìn)行濾除，對(duì)于接觸輪軸線矢 量噪聲點(diǎn)的非起始位置，其具體為：
[0022] 首先統(tǒng)計(jì)在該刀位點(diǎn)之前的噪聲點(diǎn)個(gè)數(shù)Jn i，然后計(jì)算接觸輪軸線矢量Djlj 與接觸輪軸線矢量D1+1之間的弦長(zhǎng)偏差δ ηι，如果δηι〈#2,則判斷接觸輪軸線矢量〇1為非 脈沖噪聲點(diǎn)；如果δ m>eri，則判斷接觸輪軸線矢量D1S脈沖噪聲點(diǎn)；如果er 2〈 δ ni〈eri，則 計(jì)算軸線矢量D1到軸線矢量與D1+2的弦長(zhǎng)偏差δ δ ηι，如果δ Sm>eri，則判斷軸線矢 量D1S脈沖噪聲點(diǎn)；否則，認(rèn)為軸線矢量D i為非脈沖噪聲點(diǎn)。
[0023] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述去噪處理即對(duì)脈沖噪聲點(diǎn)進(jìn)行濾除，對(duì)于接觸輪軸線矢 量噪聲點(diǎn)的初始位置，其具體為：
[0024] 如果δ ^er2，則判斷接觸輪軸線矢量D1為非脈沖噪聲點(diǎn)；如果δ ^er1，則判斷接 觸輪軸線矢量D1S脈沖噪聲點(diǎn)；如果er 2〈 δ ^er1，則計(jì)算軸線矢量D1到軸線矢量D 1+1與D 1+2的弦長(zhǎng)偏差S S1，如果δ δ Aer1，則判斷軸線矢量D1S脈沖噪聲點(diǎn)；否則，認(rèn)為軸線矢量 D1為非脈沖噪聲點(diǎn)；
[0025] 其中，弦長(zhǎng)偏差 δ $ : δ i = ID「(D1 JD1 J /2 I。
[0026] 本發(fā)明在獲得初始刀具軌跡幾何概念的基礎(chǔ)上，首先根據(jù)刀觸點(diǎn)計(jì)算出無干涉的 刀位點(diǎn)，對(duì)于每一個(gè)刀觸點(diǎn)，然后根據(jù)刀觸點(diǎn)的曲面法矢計(jì)算砂帶支撐軸矢量，最后根據(jù)刀 觸點(diǎn)的曲面最小曲率計(jì)算接觸輪軸線方向矢量，因?yàn)橛?jì)算的砂帶軸線矢量可能出現(xiàn)變化大 的情況，故需要對(duì)得到的接觸輪軸線矢量進(jìn)行去噪處理，去除脈沖噪聲點(diǎn)，從而得到光滑的 刀具軌跡。
[0027] 總體而言，通過本發(fā)明具有以下有益效果：
[0028] (1)根據(jù)刀觸點(diǎn)的曲面法矢和曲面最小曲率分別計(jì)算了砂帶支撐軸矢量以及接觸 輪軸向矢量，從而可以精確控制刀軸，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工質(zhì)量的提升。
[0029] (2)對(duì)接觸輪軸線方向矢量進(jìn)行了去噪處理，去除脈沖噪聲點(diǎn)，從而可以進(jìn)一步優(yōu) 化加工軌跡，提高加工產(chǎn)品表面質(zhì)量。
【附圖說明】
[0030] 圖1為按照本發(fā)明實(shí)施例所構(gòu)建的刀具軌跡規(guī)劃方法的流程示意圖；
[0031] 圖2(a)為按照本發(fā)明實(shí)施例所構(gòu)建的刀具軌跡規(guī)劃方法中明顯非初始噪聲點(diǎn)判 斷示意圖，2(b)為不明顯初始噪聲起始點(diǎn)判斷示意圖；
[0032] 圖3 (a)為按照本發(fā)明實(shí)施例所構(gòu)建的刀具軌跡規(guī)劃方法明顯初始噪聲起始點(diǎn)判 斷判斷示意圖，3(b)為不明顯初始噪聲點(diǎn)判斷示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本 發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似方法以及相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0034] 本實(shí)施例以六軸聯(lián)動(dòng)砂帶磨削葉片加工為例進(jìn)行具體介紹，但本發(fā)明的實(shí)施并不 限于機(jī)床結(jié)構(gòu)，對(duì)于其他相似結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床同樣適用。
[0035] (1)根據(jù)葉片模型，生成刀具軌跡導(dǎo)動(dòng)曲線，計(jì)算刀觸點(diǎn)。
[0036] 常用磨削方式有縱向磨削、橫向磨削和螺旋磨削三種，縱向磨削和橫向磨削的方 式可以選擇曲面參數(shù)線來計(jì)算刀具導(dǎo)動(dòng)曲線，也可以選擇平面與加工區(qū)面求交得到截面線 的方式來計(jì)算刀具導(dǎo)動(dòng)曲線。根據(jù)加工工藝需要選擇單一或者多種磨削方式共同完成砂帶 磨削加工。
[0037] 得到刀具導(dǎo)動(dòng)曲線，進(jìn)而即可計(jì)算刀觸點(diǎn)，即接觸輪與被加工曲面的接觸點(diǎn)。
[0038] (2)計(jì)算砂帶接觸輪的中心坐標(biāo)即刀位點(diǎn)；
[0039] 數(shù)控砂帶磨削加工葉片程序的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)際上是接觸輪中心軌跡曲線，接觸輪 中心點(diǎn)坐標(biāo)通過接觸點(diǎn)沿法向偏置接觸輪的半徑R得到。如圖1所示，P點(diǎn)為刀觸點(diǎn)，坐 標(biāo)為P(px，py，Pz)，〇點(diǎn)為接觸輪的中心點(diǎn)，坐標(biāo)設(shè)為〇(〇 x，〇y，Oz)，N是該P(yáng)點(diǎn)的單位法向量 Nj, Nk)，則0點(diǎn)的坐標(biāo)為：
[0041] 其中，R為刀具半徑，kh為考慮葉片型面接觸點(diǎn)因加工精度和加工余量而作的法 向調(diào)整量，其可以根據(jù)實(shí)際情況具體選擇。
[0042] (3)計(jì)算砂帶支撐軸矢量
[0043] 砂帶支撐軸是砂帶的支撐機(jī)構(gòu)，砂帶支撐軸矢量的作用是控制磨削浮動(dòng)壓力的作 用方向。在砂帶磨削過程中，接觸輪與葉片型面的接觸姿態(tài)唯一確定，為確保這一姿態(tài)不 變，本實(shí)施例中砂帶支撐軸矢量?jī)?yōu)選為葉片型面上刀觸點(diǎn)的法失方向，即Vn= η。
[0044] 其中，Vn為砂帶支撐軸矢量，η為葉片型面單位法線矢量。
[0045] (4)計(jì)算接觸輪軸線矢量；
[0046] 在砂帶磨削過程中，考慮砂帶接觸輪表面與葉片型面局部幾何特性的匹配，在刀 位點(diǎn)處砂帶接觸輪與葉片型面的貼合程度最高，在無浮動(dòng)壓力下，砂帶與工件接觸位置理 想狀態(tài)為線接觸，加工過程中保持或者近似保持這種線接觸狀態(tài)，將對(duì)葉片加工質(zhì)量和加 工效率有很大提高。
[0047] 實(shí)際上，在葉片型面的每個(gè)刀位點(diǎn)處，砂帶接觸輪可以繞葉片型面法失方向做360 度旋轉(zhuǎn)，從而可以得到一系列曲面截交線。截面線曲率大小反應(yīng)了砂帶接觸輪與葉片的貼 合程度，本實(shí)施例中優(yōu)選通過分析截交線曲率來確定接觸輪軸線方向。
[0048