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专利号: 2018100206888
申请人: 吉林大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-07-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种正弦柱面超精密车削螺旋刀具轨迹生成方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)对Z轴进行刻度划分,推导获取或使用现有正弦柱面母线方程;

(2)将正弦柱面进行径向份数划分,参数t表示,根据所推导正弦柱面生成表达式,使正弦柱面母线绕轴线按径向划分份数旋转一周获取正弦柱面;

(3)将正弦柱面轴向进行螺距f刻度划分,同时将螺距f进行刀触点轨迹刻度划分,参数d表示,根据所推导刀触点轨迹生成表达式,在正弦柱面上生成螺旋刀触点刀具轨迹;

(4)选取刀具半径r,根据一定的几何关系,刀具半径补偿表达式,对螺旋刀触点刀具轨迹进行半径补偿得到刀位点坐标值;

(5)将刀位点坐标值转换为实际数控加工NC代码。

2.根据权利要求1所述的一种正弦柱面超精密车削螺旋刀具轨迹生成方法,其特征在于,所述的步骤(1)中对Z轴进行刻度划分,推导或使用现有母线方程为:根据所需加工的正弦柱面母线特征,进行必要参数设定:工件半径R,加工正弦柱面特征长度L,采用现有的方程或根据自身需要进行母线方程推导,即:xj=h·sin(ω·zj)+R

(xj,zj)为母线上坐标点,其中j为对Z轴长度为L范围内进行刻度l划分的份数,j=1,2,

3…N,h为正弦函数幅值,ω用于确定函数周期。

3.根据权利要求2所述的一种正弦柱面超精密车削螺旋刀具轨迹生成方法,其特征在于,所述的步骤(2)中对正弦柱面进行径向划分为:将工件在径向2π进行刻度划分,份数为t,主要是用于在生成正弦柱面中,曲面是由多少条母线生成,同时为后面生成刀触点做基础,正弦柱面生成表达式为:(x(i,j),y(i,j),z(i,j))为生成正弦柱面的坐标点,其中i=1,2,3…t+1,i的最终数值为t+

1是为了使最终生成的正弦柱面为封闭曲面,此时正弦柱面轴向刻度为l,此处正弦柱面生成表达式x、y、z为双下标,其中i表示生成正弦柱面的母线条数,j表示生成每一条母线上的坐标点数;当i为确定的一个数值时,变化变量j,即可生成组成正弦柱面母线的逐个坐标点(x(i,j),y(i,j),z(i,j)),变化变量i进行生成下一条正弦柱面母线,同时乘以对应角度的正弦、余弦函数值得到正弦柱面上相应位置的坐标点,生成正弦柱面。

4.根据权利要求3所述的一种正弦柱面超精密车削螺旋刀具轨迹生成方法,其特征在于,所述的步骤(3)中轴向螺距f刻度划分表示在进行正弦柱面车削加工中,刀具沿工件径向车削一周在工件轴向的进给长度,刀具在工件径向车削一周过程中每两点之间夹角为2π/t,同时在轴向,刀触点刻度表达式为:d=f/t

即车削过程中相邻刀触点轴向刻度为d,每车削t个点,车削刀具轨迹下降一个螺距f,同时每相邻两刀触点在X、Y、Z三个方向以一定的关系协同变化,保证刀触点车削轨迹沿整个正弦曲面,整个正弦柱面加工完成,其曲面上刀触点总点数为L/d,刀触点轨迹生成表达式为:(Xm,Ym,Zm)为刀触点轨迹坐标点,其中m=1,2,3…L/d,此处生成刀触点车削轨迹中,Z轴刻度为d,不同于正弦柱面生成刻度l,刀触点车削轨迹每一点均由母线方程计算所得,同时在正弦柱面所分的t条母线上,通过对Z轴刻度螺距f的划分,刀具每车削工件一周即进给一个螺距,所以需在每个螺距中进行更小的刻度划分d,即每相邻刀触点之间刻度为d,保证车削过程中车削工件一周刀具轴向进给f。

5.根据权利要求4所述的一种正弦柱面超精密车削螺旋刀具轨迹生成方法,其特征在于,所述的步骤(4)中所依据的几何关系是:在刀具对工件进行车削加工中,数控机床所控制的点是刀尖的圆弧圆心点,所以需要通过将刀尖圆弧半径的长度在每个刀触点的法线方向进行补偿,故需要对每一个刀触点处的倾斜角度θ'进行求取,进而得到刀位点;根据步骤(3)中所求解的刀触点,每一刀触点倾斜角度表达式和刀触点刀具半径补偿表达式分别为:倾斜角度表达式:

θ'm=arctan(X'm)

其中X'm=h·ω·cos(ω·Zm);

刀触点刀具半径补偿得到刀位点表达式:

(X'm,Y'm,Z'm)为刀位点坐标,其中R'为每一刀触点到工件轴线的距离,表达式为r为所选刀尖圆弧半径。

6.根据权利要求5所述的一种正弦柱面超精密车削螺旋刀具轨迹生成方法,其特征在于,所述步骤(5)中,将刀位点坐标值转换为实际数控加工NC代码,其转换表达式为:根据上式可以将所得刀位点进行NC代码转换,所得NC坐标点(ρm,θm,Z”m)直接用于数控机床对正弦柱面的车削加工。