專利名稱：一種基于運動學變換的數控砂輪磨削加工方法
技術領域：
本發明屬于機械加工處理領域，更具體地，涉及一種基于運動學變換的數控砂輪磨削加工方法。
背景技術：
在數控的砂輪磨削加工過程中，常見的加工方式包括機械靠模仿形磨削加工、無靠模的全數控磨削、實時插補技術、砂輪修整和補償等。然而，對于現有技術的數控磨削方式，仍然存在著以下缺陷由于數控磨床自身運動學特性以及幾何誤差，容易引起砂輪在磨削過程中磨削點的實際軌跡與理想軌跡之間產生較大的偏差，并直接導致被加工工件的幾何精度及尺寸精度降低的問題。申請號為CN200810072430. 9的專利文獻中，公開了一種楔形非球面的磨削 加工方法，該方法通過采用金剛石圓弧砂輪加工工具，利用工件固定工具三軸聯動的加工方式，提出了適用于楔形非球面加工的表面點測量及加工軌跡規劃方法。申請號為CN201010208907.9的專利文獻中，提到了一種基于砂輪包絡廓形的復雜曲面數控磨削方法，其利用數控運動補償砂輪幾何誤差，以便對復雜曲面執行精密加工。申請號為CN200510026590. 6的專利文獻中，提到了一種復雜曲線磨削過程中的砂輪法向跟蹤方法
坐寸o然而，上述方法均沒有考慮數控磨床基于本身運動學特性及幾何誤差的偏差對被加工件的幾何精度和尺寸精度影響。因此，不能夠有效解決磨削點運動偏差的問題，存在進一步改進以便提高磨削加工質量的必要。

發明內容
針對現有技術的缺陷和技術需求，本發明的目的在于提供一種基于運動學變換的數控砂輪磨削加工方法，其能夠在對加工路徑的校正過程中較大程度地解決數控磨床的運動學特性以及幾何誤差所造成的不利影響，相應降低磨削點運動偏差，提高磨削加工質量。按照本發明，提供了一種基于運動學變換的數控砂輪磨削加工方法，該方法包括(I)為待加工的工件生成初始砂輪加工路徑，并對該初始砂輪加工路徑執行離散化處理以產生多個離散點；(2)在砂輪架驅動軸的移動范圍內選擇多個非線性的位置點并進行幾何精度檢測，根據這些位置點構成三維空間并進行網格劃分，由此生成多個立方體網格單元；(3)找到分別包含各個所述離散點的立方體網格單元，然后計算各個離散點在其所處立方體網格單元中的體積誤差矢量；(4)利用步驟(3)所算出的體積誤差矢量，對各個離散點依照其所對應的體積誤差矢量執行三維空間的轉換，由此生成經過補償修正后的新的多個離散點；(5)利用步驟(4)所生成的新的多個離散點，通過擬合方式生成新的砂輪加工路徑，并利用該加工路徑對待加工工件執行磨削處理，由此完成整個磨削加工過程。作為進一步優選地，在步驟(I)中，所述初始砂輪加工路徑包括砂輪的移動命令、砂輪的初始加工位置、砂輪的終止加工位置等在內的相關信息。作為進一步優選地，在步驟(3)中，通過迭代算法來找出分別包含各個所述離散點的立方體網格單元。作為進一步優選地，在步驟(3)中，當離散點處于立方體網格單元的表面時，通過直接測量的方式獲得其在X、Y、Z軸方向上的體積誤差矢量；當離散點處于立方體網格單元的內部時，其具體計算過程如下(a)獲得各個離散點的坐標值(xpi，ypi, Zpi),同時在該離散點所位于的立方體網格單元上選取一個立方體頂點作為計算基準點，并分別獲取該頂點的坐標值(xei, yci, zei),其中i = 1，2，3，. .，m，m等于對初始砂輪加工路徑執行離散化處理所獲得離散點的總數；(b)利用下列表達式，分別計算出與所述離散點相關的中間變量無量綱參數ri、Si和\，其中dx、dy、dz分別表示離散點所處的立方體網格單元在X、Y、Z軸方向上的長度r4= (xpi-xci)/dxSi=(ypi-yci)/dyti= (zpi-zci)/dz(c)將步驟(b)所算出的中間變量ri、Si和\代入到下列表達式中，由此分別獲得各個離散點與其所處立方體網格單元各個頂點的方向參數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)將所獲得的各個方向參數h^h8代入到下列表達式中，由此計算得出該離散點
在X、Y、Z軸方向上的體積誤差矢量E (Xi, Yi, Zi)，其中Ek也即E^E8為各個離散點與其所處
立方體網格單元各個頂點的坐標差值矢量
權利要求
1.一種基于運動學變換的數控砂輪磨削加工方法，該方法包括 (O為待加工的工件生成初始砂輪加工路徑,并對該初始砂輪加工路徑執行離散化處理以產生多個離散點； (2)在砂輪架驅動軸的移動范圍內選擇多個非線性的位置點，根據這些位置點構成三維空間并進行網格劃分，由此生成多個立方體網格單元； (3)找到分別包含各個所述離散點的立方體網格單元，然后計算各個離散點在其所處立方體網格單元中的體積誤差矢量； (4)利用步驟(3)所算出的體積誤差矢量，對各個離散點依照其所對應的體積誤差矢量執行三維空間的轉換，由此生成經過補償修正后的新的多個離散點； (5)利用步驟(4)所生成的新的多個離散點，通過擬合方式生成新的砂輪加工路徑，并 利用該加工路徑對待加工工件執行磨削處理，由此完成整個磨削加工過程。
2.如權利要求I所述的數控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述初始砂輪加工路徑包括砂輪的移動命令、砂輪的初始加工位置、砂輪的終止加工位置等在內的相關信息。
3.如權利要求I或2所述的數控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(3)中，通過迭代算法來找出分別包含各個所述離散點的立方體網格單元。
4.如權利要求1-3任意一項所述的數控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(3)中，當離散點處于立方體網格單元的表面時，通過直接測量的方式獲得其在X、Y、Z軸方向上的體積誤差矢量；當離散點處于立方體網格單元的內部時，其具體計算過程如下 (a)獲得各個離散點的坐標值(xpi，ypi,zpi),同時在該離散點所處的立方體網格單元上選取一個立方體頂點作為計算基準點，并分別獲取該頂點的坐標值(χ。” yci, Zei),其中i =·1，2，3，. .，m，m等于對初始砂輪加工路徑執行所述離散化處理所獲得離散點的總數； (b)利用下列表達式，分別計算出與所述離散點相關的中間變量無量綱參數ri、Si和\，其中dx、dy、dz分別表示離散點所處的立方體網格單元在X、Y、Z軸方向上的長度 Ti= (xpi-xci)/dx Si=(ypi-yci)/dy tf (Zpi Zci) /dz (c)將步驟(b)所算出的中間變量ri、Si和\代入到下列表達式中，由此分別獲得各個離散點與其所處立方體網格單元各個頂點的方向參數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)將所獲得的各個方向參數IllI8代入到下列表達式中，由此計算得出各個離散點在X、Y、Z軸方向上的體積誤差矢量E (Xi，yi，Zi)，其中Ek也即E^E8為各個離散點與其所處立方體網格單元各個頂點的坐標差值矢量
5.如權利要求1-4任意一項所述的數控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(4)中，采用遞歸算法來執行對各個離散點的所述補償修正過程。
6.如權利要求1-5任意一項所述的數控砂輪磨削加工方法，其特征在于，在步驟(4)后，通過壓縮算法對所生成的新的多個離散點執行剔除處理，以淘汰冗余點。
7.如權利要求6所述的數控砂輪磨削加工方法，其特征在于，對于所述剔除處理以淘汰冗余點的過程，其中 當多個離散點被擬合為線性路徑時，通過以下表達式來計算確定最小二乘法公式
全文摘要
本發明公開了一種基于運動學變換的數控砂輪磨削加工方法，包括生成初始砂輪加工路徑并執行離散化處理以產生多個離散點；在砂輪架驅動軸的移動范圍內選擇位置點，并根據這些位置點網格劃分生成多個立方體網格單元；找到分別包含各個離散點的立方體網格單元，然后計算離散點在所處網格單元中的體積誤差矢量；利用體積誤差矢量對各個離散點執行轉換，由此生成新的多個離散點；通過擬合方式生成新的砂輪加工路徑并執行相應的磨削處理。本發明中還公開了對計算體積誤差矢量和點壓縮處理方式的改進。通過本發明，能夠有效降低由于數控磨床運動學特性及幾何誤差所引起的實際磨削軌跡與理想磨削軌跡之間的偏差，相應提高加工的幾何精度和尺寸精度。
文檔編號B24B51/00GK102785166SQ20121024936
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月18日 優先權日2012年7月18日
發明者張國軍, 張尚, 彭碧, 李明震, 柳懿麟, 邵新宇, 黃禹 申請人:華中科技大學