刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正方法及装置的制作方法

专利名称：：刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及刀具整体铲磨砂轮，具体涉及该铲磨砂轮型线误差的修正方法及装置。縣駄异形工件是用型线铣刀切削加工的，型线铣刀的刃口型线与工件的轮廓型线一致，即可加工出该异形工件。型线铣刀的生产模式有两种一种是数控刀磨；另外一种是铲磨。其中铲磨也有两种方式一种是用单片砂轮对铣刀刃口型线分段铲磨，磨削一件时间为4天；另一种是用整体成形砂轮对铣刀刃口型线整体铲磨，磨削一件时间仅需2个小时便能完成。这两种方式比较，整体成形砂轮比单片砂轮的工作效率提高了很多，更经济。用整体成形砂轮加工铣刀的工艺过程是先在磨床上磨削整体成形砂轮，使其型线与刀具刃口型线一致，再将磨削好的整体成形砂轮安装在铲床上，铲磨刀具。可见，工件的形状精度是由铣刀刃口型线精度决定的，而铣刀刃口型线精度又是由整体成形砂轮的型线精度决定的。用整体成形砂轮铲磨铣刀时，整体成形砂轮自身也会磨损，当其型线精度不符合要求时，就需要修正，将整体成形砂轮卸下，置于磨床上，重新磨削，恢复其型线精度。目前的修正的方法是参见图l:根据对刀具型线的检测结果，对型线上有误差的控制点A,以该控制点A为圆心，以该控制点与理论型线上对应的控制点之间的法向距离厶X为半径画圆，这个圆与该控制点的法线有两个交点，即位置高于圆心的上交点A'和位置低于圆心的下交点A"，如果该控制点与理论型线的控制点相比位置较高，则用下交点A"来代替该有误差的控制点A，反之，则用上交点A'来代替，对每个有误差的控制点都采取这样的方法修正(图中示出的实际型线控制点比理论型线控制点低)，得到新的型线，按此型线重新磨削整体成形砂轮，再用此新型线整体成形砂轮加工刀具，检验刀具是否合格，如果仍不合格，则重复上述修正过程。这种修正方法是逼近法，需要通过多次修正，才能使控制点的误差在设计允许的范围内。实际修正过程中，经常由于控制点的方向调整错误出现更大的偏差，至少要重复修正10多次，异常繁琐，耗时5-7天，效率极低。而且，修正工作必须技术人员与机床操作人员协作配合，依赖技术人员制定修正方案。
发明内容本发明的目的，是提供一种刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正方法及装置，使用该方法及装置可以大幅度縮短修正时间；修正的技术手段固化在磨床的操作系统中，自动修正整体铲磨砂轮型线，无需人工修正；修正工作由磨床操作员即可完成，不再依赖技术人员。本发明的技术解决方案是一种刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正方法，包括步骤(1).检测整体铲磨砂轮的实际型线；(2).将该实际型线与理论型线进行比较，找出有误差的控制点；(3).计算实际型线控制点的误差值；(4).根据控制点的误差值调整控制点的位置，使其与理论型线一致；所述步骤(4)调整控制点的位置的方法是将实际型线和理论型线置于平面坐标系中；规定实际型线控制点A,的坐标为X卜Yp规定理论型线对应控制点A2的坐标为X2、Y2;用控制点的法向误差值AX表征实际控制点^偏移的距离，用实际控制点法线与X轴的夹角P表征实际控制点A！偏移的方向；得出如下数学模型当控制点A,位于型线的上升段或拐点，P》90°时，X2=X广AXcos"-e);Y2=Y,+AXsin(n-e);当控制点A,位于型线的下降段，P〈90°时，XfX!+厶Xcos(e),Y2=Yi+AXsin(e);规定控制点A,在理论型线对应控制点A2的下方时，AX取正值，反之，厶X取负值。用计算出的控制点的坐标值X2、Y2取代&、这样就将控制点A,调整到A2。上述方法的具体步骤是①.用刀具型线检测装置检测刀具型线，由此得到整体铲磨砂轮的实际型线，将该型线与理论型线比较，找出误差超出允许范围的控制点，并计算出各控制点的法向误差值AX;②.将实际型线和理论型线置于平面坐标系中；规定实际型线控制点A,的坐标值Y!和理论型线对应控制点A2的坐标值X2、Y2;用控制点的法向误差值AX表征实际控制点A,偏移的距离，用实际控制点法线与X轴的夹角P表征实际控制点^偏移的方向；得出如下数学模型:当控制点Ai位于型线的上升段或拐点，e^9(T时，X2=X广AXcos(ii-e);Y2=Y!+AXsin(n-0);当控制点A!位于型线的下降段，P〈90°时，X2-Xi+AXcos(P)，YfY,+AXsin(e);规定控制点A,在理论型线对应控制点A2的下方时，AX取正值，反之，AX取负值。③.用逼近法调整控制点Apa.当控制点A！在理论型线对应控制点A2的下方时，将控制点A往上调，得到新的控制点A,'当控制点Ai在理论型线对应控制点A2的上方时，将控制点Ai往下调，得到新的控制点A,";调整满足下式当控制点A位于型线的上升段或拐点，0^90°时，控制点、'的坐标值为Xi，-X广AXcos(n-e);Y!，=Yi+AXsin(it—e);当控制点A!位于型线的下降段，6<90°时，控制点A,的坐标值为X2，-Xi十AXcos(e)，Y2，-Y!十AXsin(e);b.将所有新的控制点按顺序分为每三点一组，将每一组的三个控制点平滑连接，得到新的型线；c.按新的型线磨削砂轮，再用该砂轮铲磨刀具；d.检验刀具，若合格，修正终±，若不合格，重复上述修正过程，直到刀具合格。一种刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正装置，包括刀具型线检测装置、磨床及其磨床控制系统，所述刀具型线检测装置具有比较模块，用于将刀具实际型线与理论型线进行比较，找出刀具型线中位置误差超出允许范围的控制点；计算模块，用于计算误差超出允许范围控制点的法向误差值；判断模块，用于根据实际型线中有否误差超出允许范围的控制点判断实际型线是否合格；输出模块，用于输出判断结果及误差超出允许范围控制点的法向误差值数据；所述磨床控制系统包括一处理器，该处理器具有数据采集模块，用于采集来自刀具型线检测装置的数据；存储模块，用于存储控制点坐标值的数学模型、采集的数据、计算结果的输出数据;修正模块，用于修正实际型线控制点的坐标值，得到新的型线；输出模块，用于将修正后的型线数据输出到磨床的型线调整机构。所述修正模块包括三个子模块，分别是计算模块A，用于按照数学模型计算实际型线控制点的当前坐标值及其法线与X轴的夹角；计算模块B,用于按照数学模型计算将控制点调整到合格位置所对应的坐标值；型线生成模块，用于根据控制点新的坐标值生成新的砂轮型线。本发明的有益技术效果由于采用控制点的坐标值来修正控制点的位置，精度很高，最多只需2次逼近修正,砂轮型线即可符合要求，半天就能完成，以现有技术的5-7天相比，大幅度提高了工作效率。并且，修正方案被固化在磨床的控制系统中，修正过程由控制系统自动完成，不再依赖技术人员制定修正方案，只需磨床操作员按程序操作，非常简便。w隨明图1是现有技术修正方法原理图图2是本发明的工艺流程图图3是本发明修正装置的结构示意图图4是本发明修正方法原理图(实际控制点低于理论控制点，控制点位于型线上升段)图5是本发明修正方法原理图(实际控制点高于理论控制点，控制点位于型线下降段)图6是本发明逼近修正的原理图图7是本发明修正后的控制点连接示意图图8是控制点误差放大图图9是图8中控制点A的近一步放大图鼎錢対参见图3:本发明的刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正装置，包括刀具型线检测装置l、磨床及其控制系统，所述刀具型线检测装置1具有-比较模块l.l，用于将刀具实际型线与理论型线进行比较，找出刀具型线中位置误差超出允许范围的控制点；计算模块1.2，用于计算误差超出允许范围控制点的法向误差值；判断模块1.3，用于根据实际型线中有否误差超出允许范围的控制点判断实际型线是否合格；输出模块1.4，用于输出判断结果及误差超出允许范围控制点的法向误差值数据；所述磨床控制系统包括一处理器2，该处理器具有数据采集模块2.1,用于采集来自刀具型线检测装置的数据；存储模块2.3，用于存储控制点坐标值的数学模型、采集的数据、计算结果的输出数据；修正模块2.2，用于修正实际型线控制点的坐标值，得到新的型线；输出模块2.4，用于将修正后的型线数据输出到磨床的型线调整机构。所述修正模块包括三个子模块，分别是计算模块A,用于按照数学模型计算实际型线控制点的当前坐标值及其法线与X轴的夹角；计算模块B，用于按照数学模型计算将控制点调整到合格位置所对应的坐标值；型线生成模块2.2.1，用于根据控制点新的坐标值生成新的砂轮型线。参见图2，本发明的工艺流程是由技术员将"铣刀型线"画好，对"铣刀型线"进行截形计算得出加密控制点，根据加密控制点在autocad中画出砂轮型线，把砂轮型线放在数光磨床上，生成机床的NC代码，通过数光磨床将砂轮磨削到与砂轮型线一致时，把砂轮放在铲床，在铲床上对刀具进行铲磨，将铲磨好的刀具到质管部检测，合格就这把刀加工完毕；如果不合格，则根据理论型线与实际的刀具相比较，找出没在公差范围之内的控制点，并记录下每个点的误差值和方向，经修正软件计算出修正后的控制点的坐标，将这些点在autocad生成新的砂轮型线，再将这一型线应用于数光磨床，直至刀具产品合格为止。本发明的特点是，修正砂轮型线误差是采用修正软件来完成的。参见图4、图5，本修正方法包括如下步骤(1).检测刀具型线，由此得到整体伊磨砂轮的实际型线；(2).将该实际型线与理论型线进行比较，找出有误差的控制点；(3).计算实际型线控制点的误差值；(4).根据控制点的误差值调整控制点的位置，使其与理论型线一致；所述步骤(4)调整控制点的位置的方法是将实际型线和理论型线置于平面坐标系中；规定实际型线控制点A,的坐标为规定理论型线对应控制点A2的坐标为X2、Y2;当控制点A!位于型线的上升段或拐点，0^90°时，X2=X广AXcos(it-p);Y2=Y一厶Xsin(it-p);当控制点A!位于型线的下降段，e<90°时，X^X!+AXcos(e)，YfYi+AXsin(e);规定控制点A在理论型线对应控制点A2的下方时，AX取正值，反之，厶X取负值。用计算出的控制点的坐标值X2、Y2取代X,、Yp这样就将控制点^调整到A2。以上是本误差修正方法的基本原理，是一种理想状态的修正方法，但在实际修正过程中，由于机床及检测装置精度有限，测量得来的控制点法向误差值本身并不精确，与理论值也有误差，因此，计算得出的控制点的新坐标值也不可能是理论值，也就是说，按照控制点的新坐标值调整该点的位置，所得的新点不会与理论型线上对应得控制点重合，仍有偏差。因此，仍需采用逼近法修正，具体步骤是①.用刀具型线检测装置检测刀具型线，由此得到整体铲磨砂轮的实际型线，将该型线与伦理型线比较，找出误差超出允许范围的控制点，并计算出各控制点的法向误差值；②.将实际型线和理论型线置于平面坐标系中；分别得出实际型线控制点A,的坐标值&、、和理论型线对应控制点A2的坐标值X2、Y2;用控制点的法向误差值AX表征实际控制点A偏移的距离，用实际控制点法线与X轴的夹角e表征实际控制点&偏移的方向；得出如下数学模型当控制点A!位于型线的上升段或拐点，e》90°时，:X2=X广AXcos(it-p);Y2=Y!+AXsin(m—e);当控制点A位于型线的下降段，P<90°时，X:rX!+AXcos(P)，Y2=Yi+AXsin(e);规定控制点A,在理论型线对应控制点A2的下方时，AX取正值，反之，厶X取负值。③.用遏近法调整控制点Ai,参见图6:a.当控制点在理论型线对应控制点A2的下方时，将控制点A,往上调，得到新的控制点A^当控制点A!在理论型线对应控制点A2的上方时，将控制点Ai往下调，得到新的控制点A广；调整满足下式当控制点A,位于型线的上升段或拐点，e》90°时，控制点A,，的坐标值为X!,=XrAXcos(n-p);Y!，-Y^AXsinU-P);当控制点A,位于型线的下降段，e<90°时，控制点Ar的坐标值为X2，-X一AXcos(e)，Y2，-Y!十AXsin(e);b.将所有新的控制点按顺序分为每三点一组，将每一组的三个控制点平滑连接，得到新的型线；C.按新的型线磨削砂轮，再用该砂轮铲磨刀具；d.检验刀具，若合格，修正终止，若不合格，重复上述修正过程，直到刀具合格。本发明的误差修正软件有三个功能模块①.计算模块A,用于按照数学模型计算实际型线控制点的当前坐标值及其法线与X轴的夹角。②.计算模块B，根据砂轮型线修正前的坐标及其法向与X轴夹角和各控制点误差，计算出将控制点调整到合格位置所对应的坐标值。③.型线生成模块2.2.1，根据修正后的砂轮型线控制点的坐标值在autocad中自动绘制成数光磨床所需型线。分别详述如下。计算模块A:用于按照数学模型计算实际型线控制点的当前坐标值及其法线与X轴的夹角。首先将砂轮的轮廓线连成一条多线段，直接由autoCAD数据库中读取该多线段的数据，获得各连接片段(直线或圆弧)的坐标和弓弦比；通过对各片段弓弦比是否为零，可判定每一段是圆弧还是直线，同时计算出各片段各自的中点坐标和法向角度、两端点的法向角度，结合其前后两片段末点、始点的法向角度，对两端点的法向角度计算出平均值作为调整的角度方向。这样就得到各片段端点和中点的原始坐标点及法向调整角度，并以文本文件方式输出。计算模块B:由各控制点的误差值、砂轮型线修正前控制点的坐标与其夹角的三角函数计算出砂轮型线修正后控制点的坐标。BP:修正后的坐标-修正前的坐标+误差X三角函数(夹角)。并将各控制点修正后的坐标以文本文件方式输出。参见图6，具体数学算法如下①当e》90。时，如果将A调整到A"(即A—A")，此时A"点的X坐标值为-X"-X+AXcos(n-e)(规定实际型线控制点在理论型线下方，AX为正值；实际型线控制点在理论型线上方，AX为负值)。此时的X"应比X的值大，且控制点位于理论型线上方，故AX为负值，所以计算公式为X"=X-AXC0S(n-e);如果将A调整到A'(即A—A')，此时X'应比X小，且控制点位于理论型线的下方，故AX为正值，故计算公式即为X，-X-厶Xcos(n-e);因此只要e》90°贝!|X，=X-AXcos(n-e)或X"-X-AXcos(it-e);同理Y坐标也可采取同样的方法得到其坐标，即Y'=Y+AXsinU-e)、Y"-Y+厶Xsin(n-e)，Y，与Y"便由AX来决定。结论当P》90°时X，=X-AXcos(3i-e)，Y，=Y+AXsin(ii-e)。②当P〈9(T时X，-X+AXcos(e)或X"-X+AXcos("(当A——A，时，将图6镜像180度，可得出X，=X+AXcos(e)，此时的AX为正值；当A——A"时，此时的AX为负值)，同理亦可得出Y坐标的计算公式Y，=￥+厶乂3让")或Y"=Y+AXsin(e),其具体值由AX决定。结论当e〈9(T时X'-X+厶Xcos(e)，Y'=Y+AXsin(e)。型线生成模块2.2.1:将修正后的控制点坐标三点为一组(下一组数据的起点是上一组数据的终点，并且要考虑如果三点构成的半径值特别大则用直线来代替这一段圆弧)，然后将各组数据用圆弧连接起来就完成了砂轮型线的自动绘制(该模块的工作环境是autocad)。具体算法如图7所示点Pl与点p2构成的直线与点P2与点p3构成的直线夹角的正弦值如果等于0，则画直线，否则画圆弧。即sin(A)^，三点画成直线；sin(A)^0,三点画成圆弧。再将各组数据相连即生成了修正后的砂轮型线。本发明误差修正软件的操作步骤如下1.利用计算模块A，计算实际型线控制点的当前坐标值及其法线与X轴的夹角在autocad中加载子程序一，执行point2命令，选中需要修正的砂轮型线，在autocad命令栏内录入文件名(用来保存输出砂轮型线控制点和法向夹角的文本文件名)。2.利用计算模块B,计算将控制点调整到合格位置所对应的坐标值a)建立数据窗体——单击"导入数据"命令按钮，模块A输出的数据就自动导入下图的数据窗体中。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>b)录入控制点误差值(将误差的默认值设为0，并让该列数据设置为可修改)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>c)单击"修正"命令按钮，将自动计算的新控制点坐标在数据窗体中"修正X"和"修正Y"两列数据体现<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>d)单击"导出结果"命令按钮，将数据表中"修正X和修正Y"新控制点坐标值以文本文件方式输出*.txt。3.用型线生成模块2.2.1，生成新的砂轮型线在autocad加载子程序三，执行test命令，打开文件*.txt，便在autocad中完成自动生成修正后的砂轮型线。采用本方法及装置修正砂轮型线，技术效果非常突出，图8、图9是修正前后的型线比较图，修正后的砂轮型线与理论型线的各控制点误差值极小，可达10—3咖级。特别适合加工精铣刀。权利要求1.一种刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正方法，包括步骤(1).检测整体铲磨砂轮的实际型线；(2).将该实际型线与理论型线进行比较，找出有误差的控制点；(3).计算实际型线控制点的误差值；(4).根据控制点的误差值调整控制点的位置，使其与理论型线一致；其特征在于，所述步骤(4)调整控制点的位置的方法是将实际型线和理论型线置于平面坐标系中；规定实际型线控制点A1的坐标为X1、Y1，规定理论型线对应控制点A2的坐标为X2、Y2；用控制点的法向误差值ΔX表征实际控制点A1偏移的距离，用实际控制点法线与X轴的夹角β表征实际控制点A1偏移的方向；得出如下数学模型当控制点A1位于型线的上升段或拐点，β≥90°时，X2＝X1-ΔXcos(π-β)；Y2＝Y1+ΔXsin(π-β)；当控制点A1位于型线的下降段，β＜90°时，X2＝X1+ΔXcos(β)，Y2＝Y1+ΔXsin(β)；规定控制点A1在理论型线对应控制点A2的下方时，ΔX取正值，反之，ΔX取负值；用计算出的控制点的坐标值X2、Y2取代X1、Y1，这样就将控制点A1调整到A2。2.根据权利要求1所述的刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正方法，其特征在于，该方法的具体步骤是①.用刀具型线检测装置检测刀具型线，由此得到整体铲磨砂轮的实际型线，将该型线与理论型线比较，找出误差超出允许范围的控制点，计算控制点的法向误差值AX;②.将实际型线和理论型线置于平面坐标系中；规定实际型线控制点A,的坐标为Xt、Y"规定理论型线对应控制点A2的坐标为X2、Y2;用控制点的法向误差值AX表征实际控制点A,偏移的距离，用实际控制点法线与x轴的夹角e表征实际控制点A,偏移的方向；得出如下数学模型当控制点A,位于型线的上升段或拐点，3^90°时，X2=X「AXcos(n-e);Y2=Y,+厶Xsin(n—P);当控制点Ai位于型线的下降段，e〈90°时，X2=X,+AXcos(P)，Y2=Yi+AXsin(P);规定控制点^在理论型线对应控制点A2的下方时，AX取正值，反之，AX取负值；③.用逼近法调整控制点A,:a.当控制点A,在理论型线对应控制点夂的下方时，将控制点A往上调，得到新的控制点V当控制点A,在理论型线对应控制点A2的上方时，将控制点A,往下调，得到新的控制点A,";调整满足下式当控制点A,位于型线的上升段或拐点，P》90°时，控制点A,'的坐标值为XZ=XfAXcos(it-e);Y/=Y,+AXsin(n-"；当控制点A,位于型线的下降段，0<90°时，控制点V'的坐标值为X2，=^+AXcos(P)，V=Y,+AXsin(P);b.将所有新的控制点按顺序分为每三点一组，将每一组的三个控制点平滑连接，得到新的型线；c.按新的型线磨削砂轮，再用该砂轮铲磨刀具；d.检验刀具，若合格，修正终止，若不合格，重复上述修正过程，直到刀具合格。3.—种刀具整体伊磨砂轮型线误差的修正装置，包括刀具型线检测装置、磨床及其控制系统，所述刀具型线检测装置具有比较模块，用于将刀具实际型线与理论型线进行比较，找出刀具型线中位置误差超出允许范围的控制点；计算模块，用于计算误差超出允许范围控制点的法向误差值；判断模块，用于根据实际型线中有否误差超出允许范围的控制点判断实际型线是否合格；输出模块，用于输出判断结果及误差超出允许范围控制点的法向误差值数据；所述磨床控制系统包括一处理器，该处理器具有数据采集模块，用于采集来自刀具型线检测装置的数据；存储模块，用于存储控制点坐标值的数学模型、采集的数据、计算结果的输出数据;修正模块，用于修正实际型线控制点的坐标值，得到新的型线；输出模块，用于将修正后的型线数据输出到磨床的型线调整机构。4.根据权利要求3所述的刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正装置，其特征在于，所述修正模块包括三个子模块，分别是计算模块A,用于按照数学模型计算实际型线控制点的当前坐标值及其法线与X轴的夹角；计算模块B，用于按照数学模型计算将控制点调整到合格位置所对应的坐标值；型线生成模块，用于根据控制点新的坐标值生成新的砂轮型线。全文摘要本发明公开一种刀具整体铲磨砂轮型线误差的修正方法及装置，方法包括步骤(1)检测刀具型线，由此得到整体铲磨砂轮的实际型线；(2)将该实际型线与理论型线进行比较，找出有误差的控制点；(3)计算实际型线控制点的误差值；(4)根据控制点的误差值调整控制点的位置，使其与理论型线一致；步骤(4)调整控制点的方法是将实际型线和理论型线置于平面坐标系中；分别得出实际型线控制点A₁的坐标值X₁、Y₁和理论型线对应控制点A₂的坐标值X₂、Y₂；用控制点的法向误差值ΔX表征实际控制点A₁偏移的距离，用实际控制点法线与X轴的夹角β表征实际控制点A₁偏移的方向，得出数学模型，用该数学模型计算将控制点调整到合格位置所对应的坐标值，再由新的坐标值生成整体铲磨砂轮的型线。文档编号B24B3/00GK101352837SQ200810046069公开日2009年1月28日申请日期2008年9月13日优先权日2008年9月13日发明者刘文泽,波吴,周伶俐,胡建华,钟成明申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司