专利名称：一种基于运动学变换的数控砂轮磨削加工方法
技术领域：
本发明属于机械加工处理领域，更具体地，涉及一种基于运动学变换的数控砂轮磨削加工方法。
背景技术：
在数控的砂轮磨削加工过程中，常见的加工方式包括机械靠模仿形磨削加工、无靠模的全数控磨削、实时插补技术、砂轮修整和补偿等。然而，对于现有技术的数控磨削方式，仍然存在着以下缺陷由于数控磨床自身运动学特性以及几何误差，容易引起砂轮在磨削过程中磨削点的实际轨迹与理想轨迹之间产生较大的偏差，并直接导致被加工工件的几何精度及尺寸精度降低的问题。申请号为CN200810072430. 9的专利文献中，公开了一种楔形非球面的磨削 加工方法，该方法通过采用金刚石圆弧砂轮加工工具，利用工件固定工具三轴联动的加工方式，提出了适用于楔形非球面加工的表面点测量及加工轨迹规划方法。申请号为CN201010208907.9的专利文献中，提到了一种基于砂轮包络廓形的复杂曲面数控磨削方法，其利用数控运动补偿砂轮几何误差，以便对复杂曲面执行精密加工。申请号为CN200510026590. 6的专利文献中，提到了一种复杂曲线磨削过程中的砂轮法向跟踪方法
坐寸o然而，上述方法均没有考虑数控磨床基于本身运动学特性及几何误差的偏差对被加工件的几何精度和尺寸精度影响。因此，不能够有效解决磨削点运动偏差的问题，存在进一步改进以便提高磨削加工质量的必要。
发明内容
针对现有技术的缺陷和技术需求，本发明的目的在于提供一种基于运动学变换的数控砂轮磨削加工方法，其能够在对加工路径的校正过程中较大程度地解决数控磨床的运动学特性以及几何误差所造成的不利影响，相应降低磨削点运动偏差，提高磨削加工质量。按照本发明，提供了一种基于运动学变换的数控砂轮磨削加工方法，该方法包括(I)为待加工的工件生成初始砂轮加工路径，并对该初始砂轮加工路径执行离散化处理以产生多个离散点；(2)在砂轮架驱动轴的移动范围内选择多个非线性的位置点并进行几何精度检测，根据这些位置点构成三维空间并进行网格划分，由此生成多个立方体网格单元；(3)找到分别包含各个所述离散点的立方体网格单元，然后计算各个离散点在其所处立方体网格单元中的体积误差矢量；(4)利用步骤(3)所算出的体积误差矢量，对各个离散点依照其所对应的体积误差矢量执行三维空间的转换，由此生成经过补偿修正后的新的多个离散点；(5)利用步骤(4)所生成的新的多个离散点，通过拟合方式生成新的砂轮加工路径，并利用该加工路径对待加工工件执行磨削处理，由此完成整个磨削加工过程。作为进一步优选地，在步骤(I)中，所述初始砂轮加工路径包括砂轮的移动命令、砂轮的初始加工位置、砂轮的终止加工位置等在内的相关信息。作为进一步优选地，在步骤(3)中，通过迭代算法来找出分别包含各个所述离散点的立方体网格单元。作为进一步优选地，在步骤(3)中，当离散点处于立方体网格单元的表面时，通过直接测量的方式获得其在X、Y、Z轴方向上的体积误差矢量；当离散点处于立方体网格单元的内部时，其具体计算过程如下(a)获得各个离散点的坐标值(xpi，ypi, Zpi),同时在该离散点所位于的立方体网格单元上选取一个立方体顶点作为计算基准点，并分别获取该顶点的坐标值(xei, yci, zei),其中i = 1，2，3，. .，m，m等于对初始砂轮加工路径执行离散化处理所获得离散点的总数；(b)利用下列表达式，分别计算出与所述离散点相关的中间变量无量纲参数ri、Si和\，其中dx、dy、dz分别表示离散点所处的立方体网格单元在X、Y、Z轴方向上的长度r4= (xpi-xci)/dxSi=(ypi-yci)/dyti= (zpi-zci)/dz(c)将步骤(b)所算出的中间变量ri、Si和\代入到下列表达式中，由此分别获得各个离散点与其所处立方体网格单元各个顶点的方向参数Ii1I8 Ii1=(I-ITi) (I-Si) (1-ti)Vri(I-Si)(Hi)ha^Sid-tj)Ii4=(I-ITi) Si (1-t)K5=(ITi) (I-Si)Ii6=Iri (I-Si) hK8=(ITi) Sjti(d)将所获得的各个方向参数h^h8代入到下列表达式中，由此计算得出该离散点
在X、Y、Z轴方向上的体积误差矢量E (Xi, Yi, Zi)，其中Ek也即E^E8为各个离散点与其所处
立方体网格单元各个顶点的坐标差值矢量
权利要求
1.一种基于运动学变换的数控砂轮磨削加工方法，该方法包括 (O为待加工的工件生成初始砂轮加工路径,并对该初始砂轮加工路径执行离散化处理以产生多个离散点； (2)在砂轮架驱动轴的移动范围内选择多个非线性的位置点，根据这些位置点构成三维空间并进行网格划分，由此生成多个立方体网格单元； (3)找到分别包含各个所述离散点的立方体网格单元，然后计算各个离散点在其所处立方体网格单元中的体积误差矢量； (4)利用步骤(3)所算出的体积误差矢量，对各个离散点依照其所对应的体积误差矢量执行三维空间的转换，由此生成经过补偿修正后的新的多个离散点； (5)利用步骤(4)所生成的新的多个离散点，通过拟合方式生成新的砂轮加工路径，并 利用该加工路径对待加工工件执行磨削处理，由此完成整个磨削加工过程。
2.如权利要求I所述的数控砂轮磨削加工方法，其特征在于，在步骤(I)中，所述初始砂轮加工路径包括砂轮的移动命令、砂轮的初始加工位置、砂轮的终止加工位置等在内的相关信息。
3.如权利要求I或2所述的数控砂轮磨削加工方法，其特征在于，在步骤(3)中，通过迭代算法来找出分别包含各个所述离散点的立方体网格单元。
4.如权利要求1-3任意一项所述的数控砂轮磨削加工方法，其特征在于，在步骤(3)中，当离散点处于立方体网格单元的表面时，通过直接测量的方式获得其在X、Y、Z轴方向上的体积误差矢量；当离散点处于立方体网格单元的内部时，其具体计算过程如下 (a)获得各个离散点的坐标值(xpi，ypi,zpi),同时在该离散点所处的立方体网格单元上选取一个立方体顶点作为计算基准点，并分别获取该顶点的坐标值(χ。” yci, Zei),其中i =·1，2，3，. .，m，m等于对初始砂轮加工路径执行所述离散化处理所获得离散点的总数； (b)利用下列表达式，分别计算出与所述离散点相关的中间变量无量纲参数ri、Si和\，其中dx、dy、dz分别表示离散点所处的立方体网格单元在X、Y、Z轴方向上的长度 Ti= (xpi-xci)/dx Si=(ypi-yci)/dy tf (Zpi Zci) /dz (c)将步骤(b)所算出的中间变量ri、Si和\代入到下列表达式中，由此分别获得各个离散点与其所处立方体网格单元各个顶点的方向参数Ii1Ii8 Ii1=(I-Iri) (I-Si) (1-ti)K2^i(I-Si) (1-ti)hs^iSid-tj) Ii4=(I-Iri) Si (1-ti) Ii5=(I-Iri) (I-Si) h h6=ri (I-S^ti h7_risiti h8= (I-ITi) Siti (d)将所获得的各个方向参数IllI8代入到下列表达式中，由此计算得出各个离散点在X、Y、Z轴方向上的体积误差矢量E (Xi，yi，Zi)，其中Ek也即E^E8为各个离散点与其所处立方体网格单元各个顶点的坐标差值矢量
5.如权利要求1-4任意一项所述的数控砂轮磨削加工方法，其特征在于，在步骤(4)中，采用递归算法来执行对各个离散点的所述补偿修正过程。
6.如权利要求1-5任意一项所述的数控砂轮磨削加工方法，其特征在于，在步骤(4)后，通过压缩算法对所生成的新的多个离散点执行剔除处理，以淘汰冗余点。
7.如权利要求6所述的数控砂轮磨削加工方法，其特征在于，对于所述剔除处理以淘汰冗余点的过程，其中 当多个离散点被拟合为线性路径时，通过以下表达式来计算确定最小二乘法公式
全文摘要
本发明公开了一种基于运动学变换的数控砂轮磨削加工方法，包括生成初始砂轮加工路径并执行离散化处理以产生多个离散点；在砂轮架驱动轴的移动范围内选择位置点，并根据这些位置点网格划分生成多个立方体网格单元；找到分别包含各个离散点的立方体网格单元，然后计算离散点在所处网格单元中的体积误差矢量；利用体积误差矢量对各个离散点执行转换，由此生成新的多个离散点；通过拟合方式生成新的砂轮加工路径并执行相应的磨削处理。本发明中还公开了对计算体积误差矢量和点压缩处理方式的改进。通过本发明，能够有效降低由于数控磨床运动学特性及几何误差所引起的实际磨削轨迹与理想磨削轨迹之间的偏差，相应提高加工的几何精度和尺寸精度。
文档编号B24B51/00GK102785166SQ20121024936
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者张国军, 张尚, 彭碧, 李明震, 柳懿麟, 邵新宇, 黄禹 申请人:华中科技大学