專利名稱：一種機(jī)械加工方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)零件機(jī)械加工過程進(jìn)行控制的方法和裝置，以及采用這種方法進(jìn)行加工的控制設(shè)備。具體地說，本發(fā)明涉及一種對(duì)加工過程中預(yù)先設(shè)計(jì)的加工曲線進(jìn)行調(diào)整的方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)械工業(yè)水平和加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，已經(jīng)可以制造出各種精密的零部件。 作為一種精細(xì)機(jī)械加工方式，磨削加工可以獲得很高的制造精度，但在某些情況下，常規(guī)磨削加工獲得的精度還不能滿足應(yīng)用中的要求。例如在冶金和造紙等領(lǐng)域中，需要通過軋制機(jī)中上下工作的軋輥對(duì)所加工的各種材料進(jìn)行擠壓操作，經(jīng)由軋制機(jī)的擠壓來生產(chǎn)不同厚度和寬度的產(chǎn)品，如各種類型規(guī)格的鋼板、鋁板、鋁箔和紙張。由于這些板狀產(chǎn)品的均勻度和厚度完全取決于擠壓工藝和進(jìn)行擠壓操作的設(shè)備，進(jìn)行軋制操作的軋輥本身必須具有良好的機(jī)械精度。由軋輥擠壓零件半成品以獲得目標(biāo)形狀和規(guī)格的板材，被加工零件在受到擠壓的過程中按照預(yù)先設(shè)計(jì)的目標(biāo)形狀產(chǎn)生機(jī)械形變。在給被加工零件造成機(jī)械形變的同時(shí)，存在的反作用力給執(zhí)行擠壓加工的軋輥帶來不利影響，使軋輥出現(xiàn)一定程度的彈性變形和熱膨脹變形。為保證所加工零件的精度，必須保證軋輥本身保持原有形狀和精度，因此需要消除反作用力給軋輥造成的變形。通常根據(jù)不同的軋輥材質(zhì)，將其表面設(shè)計(jì)并加工成不同的曲線線形(即輥形)，特別設(shè)計(jì)的輥形有助于釋放擠壓零件過程中給軋輥帶來的反作用力， 并消除軋輥?zhàn)陨淼淖冃?。軋輥輥形的精度越高，加工得到的度公差越小，零件表面質(zhì)量也越高。因此，對(duì)于軋輥本身的加工和去變形過程就需要具有更高的精度要求，軋輥輥面曲線的線形設(shè)計(jì)和線形精度決定了成品零件的質(zhì)量。常見的軋輥輥形有直輥，中凸輥，中凹輥，連續(xù)可變凸度(CVC Continuous Variable Crown)曲線輥，以及任意曲線輥等。通過機(jī)床砂輪和零件在徑向和縱向做插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)而形成輥面曲線，曲線的精度取決于輥形曲線磨削軌跡精度和機(jī)械精度?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)和加工工藝中，以砂輪磨具上磨削區(qū)域的中點(diǎn)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)，按所需的目標(biāo)輥形曲線設(shè)計(jì)數(shù)控軋輥磨具的運(yùn)動(dòng)軌跡。在現(xiàn)有技術(shù)中，將加工刀具的整個(gè)加工表面理想化地簡化為一個(gè)點(diǎn)， 按照這樣的簡化，零件的目標(biāo)形狀與加工刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡完全一致。但在實(shí)際加工過程中， 加工表面是一區(qū)域，零件的目標(biāo)形狀是由加工區(qū)域中上變化的多個(gè)加工點(diǎn)形成的。因此，用刀具加工面中點(diǎn)代替整個(gè)加工面的簡化設(shè)計(jì)使得實(shí)際加工出的軋輥線形與預(yù)先設(shè)計(jì)的線形存在差異，如本發(fā)明圖1所示。上述原因造成的輥形曲線設(shè)計(jì)目標(biāo)形狀與實(shí)際加工曲線形狀間的差異被稱為輪廓誤差，最大的輪廓誤差通常在0. 02毫米左右。這樣的誤差使得加工出的軋輥很難滿足特定領(lǐng)域?qū)Ω呔鹊男阅芤蟆Ｒ虼?，就需要一種改進(jìn)的加工和設(shè)計(jì)工藝，降低上述輪廓誤差并提高軋輥的線形精度。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種改進(jìn)的機(jī)械加工控制方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，使加工所得的零件具有低輪廓誤差。依照本發(fā)明的其他方面，還可以提供一種控制機(jī)械加工過程的裝置，用于提高所加工零件的輪廓精度。依照本發(fā)明的一種機(jī)械加工方法，包括以下步驟首先，確定待加工零件需要被加工出的預(yù)定目標(biāo)形狀。其次，測(cè)量或獲得所述加工刀具在其自身插補(bǔ)進(jìn)給方向所限定的主平面內(nèi)的二維尺寸。再次，根據(jù)零件的目標(biāo)形狀和加工刀具的二維尺寸，推導(dǎo)計(jì)算所述加工刀具的實(shí)際加工運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，該軌跡可以使得實(shí)際加工出零件的形狀與預(yù)先設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)更為接近。最后，控制所述加工刀具按照計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)。將加工過程中刀具與零件接觸起加工作用的全部區(qū)域投影在所述主平面上，形成一條刀具和零件的加工接觸線。所述計(jì)算出的加工運(yùn)動(dòng)軌跡曲線是該加工接觸線的中點(diǎn)在加工過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡。為計(jì)算運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，要從零件的目標(biāo)形狀曲線上抽取多個(gè)采樣點(diǎn)，并在所述加工刀具與零件的實(shí)際接觸點(diǎn)位于該采樣點(diǎn)位置時(shí)，對(duì)每一采樣點(diǎn)逐個(gè)計(jì)算該接觸點(diǎn)與接觸線中點(diǎn)間的距離，作為將輪廓曲線上的采樣點(diǎn)移動(dòng)到調(diào)整后曲線的調(diào)整距離。從零件的目標(biāo)形狀曲線上抽取并進(jìn)行計(jì)算的采樣點(diǎn)越多，擬合出的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線越平滑。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，加工刀具是用于進(jìn)行磨削加工的砂輪，加工的設(shè)備是磨床。在計(jì)算上述調(diào)整距離的過程中，需要計(jì)算所述零件的目標(biāo)形狀曲線上采樣點(diǎn)位置的斜率K1，以及所述加工接觸線上采樣點(diǎn)位置的斜率K2。在不同情況下，調(diào)整距離也不同
Ki < K2時(shí)，調(diào)整距離隨采樣點(diǎn)位置的改變而變化；但是|κι| > |K2|時(shí)，調(diào)整距離不隨采樣點(diǎn)位置的改變變化。該加工刀具在主平面上截面的寬度越大，調(diào)整距離越大。依照本發(fā)明的另一方面，還提供一種機(jī)械加工控制裝置，其包括設(shè)計(jì)單元，用于確定待加工零件的目標(biāo)形狀曲線。該裝置還包括刀具尺寸確定單元，用于確定加工刀具在加工進(jìn)給方向限定的主平面內(nèi)的二維尺寸。該裝置還包括計(jì)算單元，用于根據(jù)所述零件的目標(biāo)形狀曲線和加工刀具二維尺寸計(jì)算加工刀具的加工運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，以及用于控制加工刀具按照該運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)的控制單元。依照本發(fā)明的另一方面，還提供一種機(jī)床加工控制裝置，包括用于獲得被加工零件和加工刀具的形狀和尺寸參數(shù)的輸入輸出單元、用于根據(jù)所述輸入輸出單元獲得的形狀和尺寸參數(shù)計(jì)算所述加工刀具的加工運(yùn)動(dòng)曲線的計(jì)算單元、用于按照所述計(jì)算單元計(jì)算出的加工曲線控制機(jī)床上所安裝的刀具的控制單元。在該機(jī)床加工控制裝置中，計(jì)算單元按照本發(fā)明所闡述的方法計(jì)算刀具加工曲線。
本發(fā)明提出的機(jī)械加工方法和機(jī)械加工裝置的優(yōu)點(diǎn)、特征以及詳細(xì)結(jié)構(gòu)和工作過程，將參照下列附圖進(jìn)行詳細(xì)說明圖1是按照現(xiàn)有技術(shù)的加工曲線和實(shí)際加工得到的零件形狀的對(duì)比圖；圖2是依照本發(fā)明方法得到的運(yùn)動(dòng)軌跡以及待加工零件目標(biāo)形狀之間的對(duì)比；圖3是說明按本發(fā)明方法推導(dǎo)實(shí)際加工軌跡的示意5
圖4是依照本發(fā)明的機(jī)械加工方法流程圖；以及圖5是依照本發(fā)明的機(jī)械加工控制裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面以對(duì)軋輥進(jìn)行磨削加工為例，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1示出了磨具按照現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)曲線加工零件后，實(shí)際磨削曲線(零件加工出的形狀)與零件原始設(shè)計(jì)形狀之間的差異。圖1中的U軸表示加工平面的縱向進(jìn)給方向，Z軸表示加工平面的橫向進(jìn)給方向。圖1中，磨具在該U-Z加工平面上的橫截面用G表示，曲線A表示預(yù)先為磨具G設(shè)計(jì)的、與待加工零件輪廓形狀一致的運(yùn)動(dòng)曲線。在整個(gè)磨具G中，起到磨削加工作用的是磨削表面S，該磨削表面在U-Z平面上投影為一條曲線s，曲線s的幾何中心點(diǎn)表示為T?，F(xiàn)有技術(shù)的磨削加工過程中，預(yù)先設(shè)計(jì)的加工曲線是為磨削表面中心點(diǎn)設(shè)計(jì)的。 即在整個(gè)加工工程中，S的中心點(diǎn)按照與待加工零件輪廓一致的加工曲線軌跡運(yùn)動(dòng)。但是在實(shí)際操作中，起磨削作用的不僅是中心點(diǎn)，還包括整個(gè)磨削平面上的其它多個(gè)甚至全部點(diǎn)。 依照磨削表面在U-Z面上投影曲線形狀的不同，所涉及到的磨削點(diǎn)也不相同。對(duì)于投影為弧形曲線的磨削面，磨削點(diǎn)位置隨著磨削過程變化，比如從曲線的一個(gè)端點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)端點(diǎn)。如果磨削面在U-Z主平面上投影為直線，則實(shí)際磨削點(diǎn)只是磨削線的兩個(gè)端點(diǎn)。因此，按預(yù)先設(shè)計(jì)的曲線A運(yùn)動(dòng)的磨具，其實(shí)際加工曲線是B，加工出的零件也是曲線B的形狀。如圖所示，如果設(shè)計(jì)的零件輪廓為某種形式的曲線，在曲線上斜率為零的位置(例如位置5)，實(shí)際加工曲線和設(shè)計(jì)的零件輪廓曲線之間的差距較?。坏窃谇€的過渡區(qū)域，上述加工差異較大(例如位置4和6)。對(duì)于被加工零件的凸起部位，實(shí)際獲得的凸起部位尺寸小于預(yù)先設(shè)計(jì)的尺寸，對(duì)于被加工零件上的凹陷部位，實(shí)際獲得的凹陷部分尺寸大于預(yù)先設(shè)計(jì)的尺寸。結(jié)合圖1所示，隨著磨具寬度W的增加，或是磨具的磨削線弧度(凸凹程度)越大， 實(shí)際磨削曲線和設(shè)計(jì)磨削曲面之間的差距越大。圖2示出計(jì)算后得到的加工曲線E，計(jì)算后曲線對(duì)應(yīng)的實(shí)際磨削曲線為D。通過對(duì)加工曲線的計(jì)算，可以使得磨削曲線D與所設(shè)計(jì)的零件輪廓曲線A盡可能一致?？梢詮膱D中看出計(jì)算出的加工曲線E與零件輪廓曲線間的差異。在曲線上斜率為零的位置，兩曲線重合，在其它位置處兩曲線的差異按照一定規(guī)律變化。下面參照?qǐng)D3和圖4介紹依照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，詳細(xì)說明如何推導(dǎo)和計(jì)算盡量準(zhǔn)確的加工曲線。圖3中，P表示設(shè)計(jì)的零件輪廓曲線，Q表示計(jì)算得到的加工曲線。U 軸方向表示磨具的縱向進(jìn)給方向，Z軸方向表示磨具的橫向進(jìn)給方向。如圖4所示，在步驟S401中，首先確定零件所需的輪廓曲面形狀。在圖3的U-Z 平面上表現(xiàn)為加工零件的輪廓曲線P?？梢杂刹僮魅藛T通過操作界面直接輸入零件的輪廓形狀，或是通過自動(dòng)/手動(dòng)控制讀取數(shù)據(jù)庫中預(yù)先存儲(chǔ)的各種零件形狀參數(shù)。確定輪廓線 P之后，依照本發(fā)明的加工方法前進(jìn)到步驟S402。在步驟S402中，依照上一步驟獲得的零件輪廓曲線P確定加工刀具的原始運(yùn)動(dòng)軌跡曲線。在本實(shí)施方式中，將曲線P確定為加工刀具磨削曲線中心點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。確定了原始運(yùn)動(dòng)軌跡后，加工方法前進(jìn)到步驟S403。
步驟S403用于確定磨削刀具的幾何尺寸。在本實(shí)施例中即為確定該磨具在U-Z 平面上的二維形狀和尺寸。與零件的加工曲線P類似，可以通過人機(jī)界面由操作人員手動(dòng)輸入磨具的形狀和尺寸，也可以預(yù)先將各種磨具的參數(shù)存儲(chǔ)在本地或遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫中，通過讀取數(shù)據(jù)庫而獲得上述參數(shù)。如圖3所示，砂輪截面的寬度表示為W，W的值通常在100到200mm的范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，砂輪磨削線為凸起的圓弧曲線，但是磨削線也可以是其他形狀的多次曲線或直線。h表示磨具磨削圓弧線的高度，即在U軸方向的長度。h的值通常小于1mm。R表示磨削圓弧線的半徑，其長度遠(yuǎn)大于磨削弧高度h。如上所述，對(duì)于圓弧或其他曲線形式的磨削線，磨具與零件實(shí)際接觸的磨削點(diǎn)在加工過程中沿磨削線移動(dòng)，實(shí)際磨削點(diǎn)和磨削線中點(diǎn)之間的距離是變量。下面針對(duì)為圓弧形狀磨削線計(jì)算實(shí)際磨削點(diǎn)和磨削線中點(diǎn)之間的距離、并推導(dǎo)實(shí)際加工運(yùn)動(dòng)軌跡曲線的過程進(jìn)行詳細(xì)說明。需要注意的是，除圓弧磨削線之外的其他二次或多次曲線磨削線，也可用下述方法進(jìn)行計(jì)算和推導(dǎo)。磨具的磨削線和被加工零件的截面輪廓都為弧形，因此在圖示的磨具和零件之間只有一個(gè)接觸點(diǎn)Px(zx，Ux)，Px點(diǎn)在坐標(biāo)軸上的位置Zx，Ux隨加工過程改變。磨削線的中點(diǎn)用T(Za，UJ表示，需要磨具加工出精確符合P曲線的零件，就要計(jì)算在不同時(shí)刻Px點(diǎn)和T 點(diǎn)之間的距離，并針對(duì)每個(gè)Px點(diǎn)按照此距離計(jì)算加工刀具的實(shí)際位置T。在步驟S404中，從P曲線的Px點(diǎn)兩側(cè)分別選取三個(gè)點(diǎn)Pi (ZijUi)5P^1 H)和 Pi+1(zi+1, Ui+1)，并且這三個(gè)點(diǎn)滿足條件< Zx < ^。已知磨具的截面寬度為W，磨削弧線的弦高h(yuǎn)，利用直角三角形勾股定理可以推出(R-h)2+(W/2)2 = R2由此計(jì)算出磨削弧線的半徑R為R = (h/2) + (ff2/8h)[1]三個(gè)點(diǎn)Pi (Zi, Ui), Pp1 (Zi^Up1)和Pi+1(Zi+1，Ui+1)都位于曲線P上，假設(shè)P曲線為二次曲線P(Z) = aZ2+bZ+c，分別將所選三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)代入該二次曲線的方程P (Zi) = aZ^+bZi+cP (Zh) = aZ^^+bZi^+c [2]P (Zi+1) = aZi+12+bZi+1+c解方程組[2]，就可以計(jì)算出常數(shù)a，b和c的值。如前所述，零件的目標(biāo)輪廓曲線還可以是一次曲線或是高次曲線，例如三次或更高。不管何種形式的曲線，都可以依照上述方法計(jì)算出曲線的方程。對(duì)于一次曲線，通過抽取取P曲線上兩點(diǎn)計(jì)算；對(duì)于三次曲線需抽取四個(gè)點(diǎn)計(jì)算；對(duì)于N次曲線需抽取N+1個(gè)點(diǎn)計(jì)
笪弁。在計(jì)算出常數(shù)a，b和c之后，P曲線在Px點(diǎn)的切線斜率可以表示為下式[3]Kl = tg(a ) = 2aZx+b[3]因此，α = arctg(Kl) = arctg (2aZx+b)接下來，假設(shè)圓弧形磨削線g的圓心位于坐標(biāo)(c，d)處，則該磨削曲線g可以表示 ^g(z) :(Z-c)2+(U-d)2 = R2，其中R為磨削線圓弧半徑的長度。圓心和磨削線中心點(diǎn)T的連線平行于U軸，T點(diǎn)坐標(biāo)可以表示為A(Z。，U。)。由于Px點(diǎn)是曲線P與曲線g的切點(diǎn)，因此可以計(jì)算出曲線8在Px點(diǎn)處的斜率為K2 = (Zx-Za) / (R-e)[4]由于IzxIaI≤W/2，因此K2的最大值和最小值分別為K2max = (ff/2)*(R-e)[5]K2min= (_W/2)*(R-e)[6]在磨削曲線的中心點(diǎn)T處，K2 = 0。在使用整個(gè)磨削弧線進(jìn)行磨削的情況下，目標(biāo)輪廓曲線斜率Kl的絕對(duì)值應(yīng)該小于磨削曲線斜率的絕對(duì)值，S卩|K1| < |K2 I ；在|κι| > |Κ2的情況下，實(shí)際上是在使用磨削線的端點(diǎn)位置對(duì)零件進(jìn)行加工。因此，整個(gè)加工過程可以分為下列三種方式方式ι 以磨削曲線與零件的切點(diǎn)進(jìn)行磨削，其中|κι彡|Κ2 ；方式2 以磨削曲線的前端點(diǎn)進(jìn)行磨削，其中Kl > K2max ；方式3 以磨削曲線的后端點(diǎn)進(jìn)行磨削，其中Kl < K2min。步驟S405中，按照步驟S404計(jì)算出Kl和K2數(shù)值之間的關(guān)系，分別對(duì)各種情況的
調(diào)整量進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于方式1而言，Kl滿足K2min ^ Kl ^ K2max根據(jù)磨削點(diǎn)和磨削曲線中點(diǎn)的幾何關(guān)系，可知Px點(diǎn)和T點(diǎn)在Z軸方向的距離為Zc = Zx-R*Sin(a )[7]而Px點(diǎn)和T點(diǎn)在U軸方向的距離e為e = (Ux-Uc) = R-(Zx-Zc)/K2 [8]由等式[7]和[8]可以得知，在加工方式1的情況下，T點(diǎn)與Px點(diǎn)在Z軸和U軸上的差(ΔΖ，ΔU)分別為 R*Sin(a)以及 R-R*Sin( a )/K2。對(duì)于方式2的情況，在Kl > K2max時(shí)，圖3中所示的磨具圓弧右端點(diǎn)與被加工零件按照非相切的接觸關(guān)系磨削，則可以推導(dǎo)出在此情況下T點(diǎn)與Px點(diǎn)之間的關(guān)系Zc = Zx-ff/2[9]Ux-Uc = h = R- (Zx-Zc) /Kl = R-ff/ (2*K2max)[10]由等式[9]和[10]可以得知，在方式2時(shí)，T點(diǎn)與Px點(diǎn)在Z軸和U軸上的差分別為 W/2 以及 R-W/(2*K2max)。對(duì)于加工方式3的情況，在Kl < K2min時(shí)，圖3中所示的磨具圓弧左端點(diǎn)與被加工零件按照非相切的接觸關(guān)系磨削，則可以推導(dǎo)出在此情況下T點(diǎn)與Px點(diǎn)之間的關(guān)系Zc = Zx+ff/2[11]Ux-Uc = h = R- (Zx-Zc) /Kl = R+ff/ (2*K2max)[12]由等式[11]和[12]可以得知，在方式3時(shí)，T點(diǎn)與Px點(diǎn)在Z軸和U軸上的差分別為-W/2 以及 R+W/(2*K2max)。針對(duì)各種可能出現(xiàn)的加工情況，都可以按照上述公式計(jì)算出當(dāng)實(shí)際加工點(diǎn)處于Px 點(diǎn)位置時(shí)磨削線中點(diǎn)T所處的位置。此時(shí)T點(diǎn)的位置就是推導(dǎo)后得出的磨具運(yùn)動(dòng)軌跡位置。對(duì)原始曲線P上多個(gè)點(diǎn)按照上述步驟重復(fù)計(jì)算相應(yīng)的磨具運(yùn)動(dòng)軌跡位置，并將各次計(jì)算出的多個(gè)磨具軌跡位置用于擬合整條磨具運(yùn)動(dòng)軌跡。從P曲線上抽取的采樣點(diǎn)越多，擬合得到的運(yùn)動(dòng)軌跡越平滑。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，可以從設(shè)計(jì)輪廓曲線的起點(diǎn)到終點(diǎn)每隔0. OOOlmm抽取一個(gè)采樣點(diǎn)。
如上所述，完成步驟S405計(jì)算Px點(diǎn)與T點(diǎn)之間的距離后，步驟S406判斷是否已經(jīng)對(duì)設(shè)計(jì)輪廓曲線上所有采樣點(diǎn)都計(jì)算了相應(yīng)的調(diào)整距離，如果未對(duì)所有點(diǎn)完成計(jì)算，則返回步驟S404，計(jì)算下一個(gè)點(diǎn)Px+1的調(diào)整距離。在完成了對(duì)設(shè)計(jì)輪廓曲線上全部采樣點(diǎn)的計(jì)算后，前進(jìn)到步驟S407。在步驟S407中，將計(jì)算得到的多個(gè)調(diào)整后的磨削線中心點(diǎn)位置用短小直線連接，從而擬合出加工運(yùn)動(dòng)軌跡曲線Q。因此，計(jì)算的中心點(diǎn)位置數(shù)量越多，得到的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線越平滑。在步驟S408中，按照步驟S407擬合的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，控制機(jī)床上加工磨具的位置對(duì)零件進(jìn)行加工。在一種實(shí)施方式中，該軋輥加工設(shè)備為磕頭機(jī)構(gòu)的數(shù)控軋磨輥床，通過磨具在橫向的微小進(jìn)給實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的曲線研磨。上面的步驟S401-408針對(duì)磨具的磨削線為曲線的情況進(jìn)行了說明，對(duì)于磨削線為直線的情況，其整個(gè)過程類似。區(qū)別之處在于，在計(jì)算調(diào)整距離的步驟S404中，K2等于 0，磨削面與零件接觸點(diǎn)始終為磨削線的一端部，即實(shí)際磨削點(diǎn)與磨削線中點(diǎn)始終相距W/2。 在Kl <K2時(shí)，調(diào)整距離為W/2 ；在Kl >K2時(shí)，調(diào)整距離為-W/2。上述步驟可以通過數(shù)控機(jī)床上的控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可以通過為此過程單獨(dú)設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以通過單獨(dú)的輸入輸出單元獲得待加工零件的目標(biāo)形狀以及加工刀具的尺寸參數(shù)；可以通過單獨(dú)計(jì)算單元根據(jù)所獲得的零件和加工刀具的形狀和尺寸參數(shù)計(jì)算刀具的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡；并且還可以通過單獨(dú)的控制單元來控制機(jī)床上安裝的加工刀具按照所計(jì)算的運(yùn)動(dòng)軌跡執(zhí)行磨削操作。進(jìn)一步，上述單獨(dú)的計(jì)算單元可以包括斜率計(jì)算單元，其按照步驟S404計(jì)算各個(gè)曲線的斜率；包括距離計(jì)算單元，其按照步驟S405計(jì)算Px點(diǎn)與T點(diǎn)之間的調(diào)整距離；以及包括曲線擬合單元，其按照計(jì)算出的調(diào)整距離和目標(biāo)輪廓曲線，擬合出加工刀具的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡。無論是以單獨(dú)的硬件單元分別實(shí)現(xiàn)圖4所描述各個(gè)步驟的功能，還是用集成的處理器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述控制處理方法的全部步驟，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。圖5示出了依照本發(fā)明的一種機(jī)械加工控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示的機(jī)械加工控制裝置51包括輸入輸出單元501，處理單元502以及進(jìn)給控制單元503。輸入輸出單元501可以是鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、顯示器等用于輸入輸出數(shù)據(jù)的設(shè)備，機(jī)械加工控制裝置的使用者通過輸入輸出單元501輸入各種參數(shù)和指令，例如加工刀具的尺寸參數(shù)、每個(gè)采樣點(diǎn)的間距等。此外，該輸入輸出單元還可以外部的數(shù)據(jù)庫相連接， 并讀取數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的信息。例如，操作者輸入某種加工刀具的型號(hào)和需要加工的零件型號(hào)，輸入輸出單元從所連接的數(shù)據(jù)庫自動(dòng)讀取該型號(hào)加工刀具的尺寸參數(shù)以及該零件的輪廓形狀和尺寸。輸入輸出單元將獲得的各種信息，例如刀具參數(shù)、零件形狀等，傳送到處理單元 502。處理單元在接收到上述信息之后，按照本發(fā)明提供的機(jī)械加工控制方法的各個(gè)步驟， 計(jì)算調(diào)整距離并且擬合出加工刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。進(jìn)給控制單元503依照處理單元502計(jì)算獲得的結(jié)果，控制機(jī)床設(shè)備以插補(bǔ)方式加工零件上的曲面。上面僅以舉例的方式說明了根據(jù)被加工零件即軋輥的設(shè)計(jì)輪廓曲線計(jì)算相對(duì)應(yīng)的磨削線中心點(diǎn)運(yùn)動(dòng)曲線的方法。如果設(shè)計(jì)輪廓曲線為其他形式的函數(shù)，如正弦、余弦或是 CVC曲線形式，也可以采取一樣的計(jì)算方式。根據(jù)被加工部件所要求的精度，在設(shè)計(jì)曲線上提取不同數(shù)量的采樣點(diǎn)，可以滿足對(duì)機(jī)械精度的不同要求。上面針對(duì)軋輥的磨削過程的描述只是一種優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明闡述的加工方法不僅適用于磨削加工設(shè)備，而還適用于對(duì)加工精度要求高、并且需要考慮到由加工刀具本身形狀造成的設(shè)計(jì)輪廓曲線與刀具加工運(yùn)動(dòng)曲線間差距的任何機(jī)械加工設(shè)備。本發(fā)明提出的控制方法和設(shè)備也不僅可以用于金屬部件的加工，而是還可以用于諸如橡膠、花崗巖等其他非金屬材料零件的加工。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍并非由上述實(shí)施例限定。 在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的各種變形、修改、替換以及改進(jìn)， 均應(yīng)該包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械加工方法，包括以下步驟設(shè)計(jì)步驟(S40》確定待加工零件的目標(biāo)形狀； 其特征在于所述加工方法還包括刀具確定步驟(S40;3)在加工進(jìn)給方向限定的進(jìn)給平面(U-Z)內(nèi)，確定所述加工刀具的二維尺寸；計(jì)算步驟根據(jù)所述目標(biāo)形狀和所述加工刀具的二維尺寸，計(jì)算所述加工刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡；以及加工控制步驟(S408)控制所述加工刀具按照所述運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，并對(duì)所述零件進(jìn)行加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械加工方法，其中所述加工刀具對(duì)零件起加工作用的表面在所述進(jìn)給平面(U-Z)上投影為一加工接觸線，所述運(yùn)動(dòng)軌跡是該加工接觸線中點(diǎn)在加工過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡；以及所確定的加工刀具二維尺寸包括刀具在所述進(jìn)給平面上截面的寬度，和所述加工接觸線圓弧的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械加工方法，其中所述計(jì)算步驟中包括 從所述目標(biāo)形狀上抽取一采樣點(diǎn)；所述加工刀具與零件的接觸點(diǎn)處于該采樣點(diǎn)位置時(shí)，計(jì)算所述接觸點(diǎn)與加工接觸線中點(diǎn)分別在所述刀具的兩個(gè)進(jìn)給方向(U，Z)上的距離，作為調(diào)整距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械加工方法，其中所述計(jì)算步驟還包括調(diào)整距離計(jì)算步驟(S40O 分別計(jì)算目標(biāo)形狀上多個(gè)采樣點(diǎn)與相應(yīng)接觸線中點(diǎn)之間的距離作為調(diào)整距離；以及擬合步驟(S407)基于所述多個(gè)采樣點(diǎn)位置以及相應(yīng)調(diào)整距離確定所述接觸線中點(diǎn)的位置，從而擬合出所述運(yùn)動(dòng)軌跡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的機(jī)械加工方法，其中該計(jì)算步驟還包括斜率計(jì)算步驟(S404)，用于計(jì)算所述目標(biāo)形狀曲線上采樣點(diǎn)位置的斜率Kl和所述加工接觸線上采樣點(diǎn)位置的斜率K2 ；并且在|κι| < |K2的情況下，計(jì)算得到的所述調(diào)整距離隨采樣點(diǎn)位置的變化而變化； 在|κι| > |Κ2的情況下，計(jì)算得到的所述調(diào)整距離為固定值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的機(jī)械加工方法，其中該加工刀具在進(jìn)給平面上截面的寬度越大，所述調(diào)整距離越大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械加工方法，其中所述加工刀具是用于進(jìn)行磨削加工的砂輪。
8.一種機(jī)械加工控制裝置，包括以下部件輸入輸出單元640 ，用于確定待加工零件的目標(biāo)形狀，以及在由加工進(jìn)給方向限定的平面(U-Z)內(nèi)確定所述加工刀具的二維尺寸；處理單元，用于根據(jù)所述目標(biāo)形狀和加工刀具二維尺寸計(jì)算加工刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡；以及控制單元(S408)，用于控制該加工刀具按照該運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加工控制裝置，其中所述處理單元(S40;3)確定的加工刀具的二維尺寸包括刀具在所述主平面上截面的寬度和所述加工接觸線圓弧的半徑；所述處理單元計(jì)算目標(biāo)形狀曲線的斜率K1、以及加工刀具與零件的接觸面在主平面 (U-Z)上投影得到的接觸曲線的斜率K2 ；所述處理單元進(jìn)一步從所述目標(biāo)形狀曲線上抽取采樣點(diǎn)，并計(jì)算所述接觸曲線中心點(diǎn)與所述采樣點(diǎn)之間的距離作為調(diào)整距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加工控制裝置，其中所述計(jì)算單元還包括曲線擬合單元(S407)，用于根據(jù)計(jì)算的調(diào)整距離和所述目標(biāo)形狀曲線確定接觸線中心點(diǎn)的位置，從而擬合出運(yùn)動(dòng)軌跡。
11.一種機(jī)床加工控制裝置，包括以下部件輸入輸出單元(501)，用于獲得被加工零件和加工刀具的形狀和尺寸參數(shù)；計(jì)算單元(502)，用于根據(jù)所述輸入輸出單元獲得的形狀和尺寸參數(shù)計(jì)算所述加工刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡；控制單元(503)，用于按照所述計(jì)算單元計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)軌跡控制加工刀具的運(yùn)動(dòng)；其特征在于所述計(jì)算單元(502)按照權(quán)利要求1-6中任意一個(gè)所描述的方法計(jì)算所述刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)零件機(jī)械加工過程進(jìn)行控制的方法和裝置。所述機(jī)械加工方法首先確定待加工零件的目標(biāo)形狀，隨后確定加工刀具在加工進(jìn)給方向所限定的平面內(nèi)截面的二維尺寸，并且根據(jù)加工零件目標(biāo)輪廓曲線和加工刀具的形狀和尺寸，計(jì)算和推導(dǎo)所述加工刀具的實(shí)際加工軌跡。
文檔編號(hào)B24B51/00GK102452042SQ201010524350
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者張嘉彧 申請(qǐng)人:西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司