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[资料] 空间复合角度刀具的数控刃磨

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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2008329161416.gif
0 p7 Z0 I* K( {5 F5 J1 `3 s图1 气门口复合角度锪刀/ d# p7 G) ^$ }5 N
一、前言* y1 U, K% _1 j, k0 m
图1所示为锪铰缸盖气门孔口的复合角度锪铰刀简图(刀柄和铰刀部分略)。由图可见,该锪刀需要刃磨的刀面较多,而各刀面又具有不同的空间角向位置,且相互之间有严格的位置精度要求。此类刀具一般称为空间复合角度刀具。该类刀具上不同刀面之间的位置关系有时难以准确测量,例如图1中的f30.98±0.100尺寸,通常需采用试切法进行检验。因此刀具的准确刃磨成为关键问题。本文以图1所示锪刀上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ面的刃磨为例说明空间复合角度刀具数控刃磨的方法。
# w, t# u, F& K" `& f二、复合角度锪刀刃磨运动模型- c  {& A+ y& l( H! E& e: ?
机床坐标系1 c' L  a$ M& [& K' T& c! U: U
刃磨空间复合角度刀具的机床一般需设置5个坐标(3个移动坐标和2个转动坐标)。典型的机床坐标系如图2a所示,其中X轴为机床工作台纵向移动,Y轴为机床溜板(或砂轮头架)横向移动,Z轴为砂轮头上下移动,c轴为机床圆工作台(水平转台)的转动,d轴为工件主轴(刀具轴线)的转动。X、Y、Z轴的移动相互垂直并相互独立,水平转台位于机床工作台之上并随工作台一起运动,其轴线与Z轴相一致,工件主轴位于水平转台之上并随水平转台一起转动,其轴线与水平转台轴线垂直相交,其交点设为坐标系原点。为了使刀具准确定位,刀具安装在工件主轴上的位置应能调整。通常工件主轴支座安装在小滑板上,移动小滑板,可使刀具沿工件主轴轴线方向(u向)移动。* l# K7 y* b" G4 s# T
角向位置计算
" g; e8 n/ r) E5 J# {- N设刀面i的单位法矢量为 2008329161633.gif i(见图3),则有:2 s7 ~% w7 s8 E/ J. Q' S% H2 c
i=[6 R4 {: N8 `+ x7 p; \5 p3 t$ T
xni
6 v( p6 }0 j0 u( v) q: u]=[9 d) l; O4 H: o  _
cosgoisinbHi1 [5 t* }4 I3 Z$ E2 E3 I" r
]" g8 T( d/ P  |) k, _' H, `6 {: h
yni3 b7 e/ U4 K8 i8 n
cosgoicosbHi& y3 n  J( Z2 E) q$ R. e3 Z" B
zni
) B8 @+ F6 M# d0 \3 dsingoi% }  L/ u% \) j) |1 k) s. z4 p
2008329161519.gif 7 J- w6 G4 K, Z- A* `
图2 机床坐标系与刀具刃磨起始位置" L& j3 _: w- w
式中goi为刀面i法矢量的方向余角(与XOY坐标平面的夹角);bHi为刀面i法矢量在XOY坐标平面上的投影与Y轴夹角。7 O8 u; P1 _0 R  b
若采用碗形砂轮刃磨(图2b),且令砂轮工作平面与Y轴相垂直,则刃磨刀面i时应使其法矢量与Y轴的反方向相一致。为此可由图2b的位置出发进行下面的两次旋转:
+ M8 o5 @  i9 l$ q, f7 r) X令刀具绕自身轴线(此时为X轴)转wd角,使刀面i的法矢量转至XOY平面(第4象限)上,显然有:: B3 E8 K- @) c* o( [+ j$ w/ l+ ~
wd=-arctan(
9 |' ^2 d' a9 K4 d2 W& wzni
1 X: L0 k3 s' x" w- |1 L)8 b: J' v7 }5 f2 h4 w
yni
4 N3 K4 y8 `$ w( t/ T, G经此旋转后,'i的位置:
% W$ d  a" C6 b) i2 M'i=[* N/ J; |4 L/ j% Q
x'ni/ g% I* I% `+ I
]=[. R: }. U0 ~2 [4 J( ^: B4 ?
xni
+ ^; @: z  u+ ^3 e  U/ j& ?+ O]/ n1 H3 k* k6 l1 P
y'ni) O" i4 }: H* Z% J3 N
ynicoswdi-znisinwdi
0 @$ J! s: R' n! v  l  x# d5 fz'ni% o4 ]" `6 w! ]$ a) Y- G
ynisinwdi+znicoswdi: E1 g8 o$ M) t- W6 |
2008329161528.gif
' ]# a- J( k. r9 H4 M图3 刀面法矢量& C/ v& y3 S0 q
wci=arctan(
" J4 T7 Q1 k" A5 Sx'ni
' J# z  K2 m2 ~" I)2 y% |2 F0 E* v8 a/ Z/ G$ d+ ]
y'ni
8 f' Q% f: q) P# Y例如,在图2b所示位置上,刀面I的法矢量与XOY平面的夹角go1=5°,其在XOY平面上的投影与Y轴的夹角bH1=150°,由式(1)、(2)、(3)、(4)可分别求出:, e+ S2 S9 A/ m' r8 m, m3 B
1=[% M3 C# |* p+ b* E3 i
0.499* d8 l" O3 z3 o% M
];wd1=3.463°;'1=[* M1 z4 Q% U$ ?! V
0.499% a5 B. a, E" g! a4 _7 ]
];wc1=-29.955°5 W% ^' J1 r9 N* k& M$ x+ H
-0.865
1 R  T5 p& M  ?9 w2 c' y-0.866/ A3 {: h, A6 n# W. [3 Y
0.053" E! E/ s8 Q  O' S5 E; u; ^
0  y3 T) |$ i2 R' q# b3 k; C7 T
2008329161544.gif p=[/ ^5 ?5 S/ v# b
xp
5 U  M+ Q$ z0 V1 z- fyp1 Z8 E, D3 c( n
zp- w# a- J4 y- U' j9 s1 b
]) |+ V. l2 c. W$ E
P点与刀具一起绕自身轴线(图2b位置为X轴)转wd角后,p1:
/ Q5 ~8 R. }0 n, m4 |( E0 q4 R/ h9 Mp1=[! N1 y$ o& ]) m. R$ G
xp1# F5 s2 i; b7 t5 g# A& Q
]=[
& \+ y9 k- d# P3 nxp3 G0 q% K6 O# _+ g$ e  _, @
]* r+ Z4 v/ q3 u4 J4 a/ F$ j
yp19 j' T- A; }/ e" p( ^
ypcoswd-zpsinwd; v) E# C& `' J2 J) k! E. `
zp1  x/ g/ l: K: g* t, {
ypsinwd+zpcoswd
' x; }* @/ G$ u; |* m& }p2:( U3 X# f; {' a: s
p2=[( l2 ^" Z2 C' J7 f+ Z
xp2
8 H6 Z# T& [% X) _' P+ `8 E]=[
- Y: Y& y& X: P! W6 r) [& Oxp1coswc-yp1sinwc) d( W) }# `: o2 I$ }
]# V. w  ]: K" e) c9 c
yp2: G& V  h; N' m
xp1sinwc+yp1coswc( u( a; ^, b  t! b# R
zp29 s  \0 }( g' E
zp1* u3 q& d3 a5 ^1 F3 \2 Y) i! f
例如,刀面I上P1点在图2b所示位置的矢量为:
4 a  L9 D, v: yp=[
0 j# J- }$ [& E& u& |5 S56.440
# v9 l, o* S( K8 T! k" P-11.751' F3 [  ^- i/ X: F' [% I# P
0* s2 Y) k4 U" `
]
8 p9 U% M1 j! w5 v4 B) {经绕自身轴线(X轴)旋转wd1,再绕Z轴旋转wc1后得到:. c$ c" J. p8 N. Q/ S& F5 E% ^
p2=[& X, s  G2 a" t
43.044
) g' M8 o( |: P4 x-38.344
  J, D, J. R' {; \5 r  W" y5 `; d-0.710& h0 t! B5 ]* ?1 G. p
]
. u4 d% \& w  {% T8 m$ F1 Z式中xPR、yPR、zPR为刃磨初始位置砂轮上参考点的坐标,xpi2、ypi2、zpi2为刀面i上对刀点由刃磨初始位置经绕自身轴线(X轴)旋转wdi角,再绕Z轴旋转wci角后的坐标。式(7)即可理解为空间复合角度刀具刃磨运动模型。& [; _& |5 f; H5 j
三、复合角度锪刀的刃磨. d* i; B6 L) b: F9 {) N
实际刃磨时,首先要确定刀具和砂轮的初始位置。初始位置的确定应考虑对刀和调整方便,并应防止刃磨过程中砂轮与工件主轴或刀具非刃磨部分的干涉。图2b是一种可行的方案,在初始位置上砂轮轴线与机床Y轴重合,砂轮工作面以刀具的导向带找正,工件主轴(刀具轴线)与X轴重合,刀面V位于水平位置,并令刀具上f30.938截面距坐标原点为一确定数值(本例定为50,此值可通过第1刀面的对刀获得)。0 t6 G0 C0 E) J) Q) U! ]
根据砂轮的大小选取砂轮参考点,本例取参考点为:( |) F& m! C0 s, L5 r# V
Rw=[  ]/ x9 c/ S! H+ J
48$ P- |/ ]! s3 U% X* \
-22.5
+ p# x+ T) y  f7 Q5 F! b0
5 v# {" N* J# B" r, }  r]* W5 Q: j! |. y1 m" q
各刀面原始参数及刃磨参数表
* {+ j, X* P) l" B项目
8 \$ ^  Y1 Y. a# T6 c& {2 H9 T刀面
. i- O* N, J$ q6 v$ `, t
/ O" D" v/ B/ {# q, h; a0 ~( i4 K8 e& L0 O% v
5 K7 d( m: N( |( }6 {
% |1 b: W8 R9 w/ P% X; z
原始参数
* m; w; f4 h" G; y7 Og0(刀面法矢量与XOY平面夹角)(°)
1 R: j- t5 S/ T* ~8 Z3 [' M) [3  x1 i2 i4 o% U$ @( W
154 M( X9 _( |8 |: j. o6 }
36 j) d/ O3 R6 l
15  P4 u3 m5 S' k9 j; b% t( e
bH(刀面法矢量在XOY平面投影与Y轴夹角)(°)
8 j/ k, w( q$ c0 w# R% S* [$ X0 \150- ~9 s  ?& `; z: X( G% y. R
150
$ |; a/ Y3 o2 }, @0 ?: {- H" n110
/ w2 e! L, `& L110; V) g& B* [8 c% q4 ~0 S
x0(刀面上对刀点x坐标)(mm)1 Z6 Z/ x/ M+ [4 B
56.44
- G* V* t+ U: U" n56.442 M, Q! ?. Y7 I3 b
520 H" Y7 g9 R6 ?+ v& P# p% B& _
52
# I* A6 _* {7 }( ty0(刀面上对刀点y坐标)(mm)4 X1 _. q& _3 U. {9 ~6 Q7 l
-11.751- P6 ^8 M- [0 p. S% C5 h8 k
-11.721
9 ?# A+ p5 m& G; W- B-9.974
# P8 k) y) e: }0 L* p-9.897
( P4 D) ?% e) Gz0(刀面上对刀点z坐标)(mm)
5 K! h* N: B8 R/ e' q1 j7 F0
: D( ^' V# @' ?6 P8 q! O0.5. Q  l/ Z: u9 s0 `! r9 ?. F
06 J9 Z. i' B# ]" {( h
0.5
; D$ o) J" ~6 w0 W( ]刃磨参数" g3 c7 n& V3 L% @* `: d# w
wd(绕X轴转角)(°)7 C# w, v. v1 y* T
3.463
% o' z) s5 u) F% I: l5 \17.192+ Z1 _4 U/ K' T8 j
8.7129 S8 K; f- }3 _+ X" _
38.076
$ ~2 J- L4 d7 U& n! w# Qwc(绕Z轴转角)(°)
, }! U) a9 P" r- c! {6 ?-29.955
/ t: ]- p! R0 X7 q-28.8794 y' w/ k6 ?3 J# }' o
-67.7857 N# r+ L' z+ t
-65.186
+ i4 N2 n& {6 s8 \0 kDx(X轴补偿量)(mm)2 T4 N7 |& K8 V: C
4.9560 B) C$ ?4 G4 D! ]$ ^7 Z0 `
4.0584 J% y' S, u; \- B8 z, ~5 E
39.284
/ a+ P( f% q0 q- u( V+ b33.529! ?# P$ X( f' z3 u
Dy(Y轴补偿量)(mm); A; e1 t( s  p# J1 `3 J0 L
15.844
) E4 c% V. H, b14.6921 Z6 F; g0 h4 ?, \
29.704+ q8 |6 g+ u6 ]4 {. h; y! ~$ t1 R
28.098
  u4 s, ]7 ]. {Dz(Z轴补偿量)(mm), ]/ g+ l, f8 X% ^6 V
0.713 }' ~8 e- A* M7 L
2.9874 d2 j$ c! o, A2 R) S
1.511
# F: ^$ D: E$ x' L  O  F5 \' C5.71. |2 O; I+ ^. P, Z- j, r' c8 b2 D
注:表中Ⅲ、Ⅳ刀面的原始参数是经刀具绕自身轴线旋转90°后的参数2 Z; x, k8 X' Q, `# n) _: p3 z
文章关键词: 刀具
发表于 2012-4-17 09:10:18 | 显示全部楼层
努力闯进高手区
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