1.2复杂形状刀具虚实集成数控磨削技术.pdfVIP

华 中科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 拥有了数控工具磨削设备，并不就意味着能加工出自己的产品，数控工具磨削 设备需依靠数控磨削软件才能加工出所设计的刀具。国外数控工具磨床的生产厂 商，往往就是刀具制造厂商.其机床所配置的数控系统及磨削加工软件是在其长期 积累的刀具制造经验基础上开发出来的。随着刀具性能的不断提高，刀具结构的不 断优化改进，非标专用刀具需求的增加，进口机床中随机附带的刀具磨削软件难以 胜任新型刀具的制造，必须开发新的磨削加工软件。开发新的磨削加工软件时，须 结合刀具磨削加工的经验，对新刀具的数控磨削工艺作深入的研究，同时，还必须 保证所开发的磨削加工软件与数控工具磨床数控系统的兼容性。 由此可见，深入研究复杂形状刀具的数控磨削工艺、开发具有自主版权的数控 磨削机床及磨削软件，是实现复杂形状刀具真正国产化的必由之路。 1.2复杂形状刀具虚/实集成数控磨削技术 1.2.1复杂形状刀具数控磨削特点 在复杂形状刀具磨削过程中，刀具表面是山砂轮与刀具之间以一定的相对空间 位置关系在沿着特定轨迹的运动过程中，砂轮的磨削加工面在刀具上所形成的包络 面。砂轮与工件之间的空间位置关系由被加工刀具的刀刃曲线、刀具的结构参数(如 刀体直径、容屑槽深度、刀刃宽度、刃线螺旋角等)及刀具几何角度 (如刀具法前 角、后角等)等设计参数以及保证磨削过程中不发生干涉的条件决定。 复杂形状刀具功能表面的数控磨削与空间自由曲面的数控铣削在曲面成形原理 上存在较大差异. 空间自由曲面的数控铣削过程中，刀具与理想加工表面之间相交于一点，即加 工点，所谓不发生千涉即是确保加工过程中加工点的唯一。随着刀具的运动，由各 加工点形成自由曲面某一截面的截形曲线，由各截形曲线形成加工曲面。因此，对 于数控铣削加工来说，可以通过加工轨迹的合理规划、刀具位置及姿态的调整等手 段得到与理想自由曲面尽量逼近的加工表面. 在进行复杂形状刀具某些形状复杂的表面 (如刀具前刀面)的数控磨削的过程 中，为保证磨削加工所需的较高的切削速度，砂轮的尺寸往往比较大，加工过程中 砂轮的磨削表面与加工所得到的表面之间存在一条交线或切线而不是一点，即切触 线.因此，在采用现行的磨削方式进行加工时，磨削加工所得到的表面是由切触线 组成，加工过程中无法控制刀具理想功能表面上各点的形成。不仅如此，在磨削过 程中往往会出现砂轮的磨削表面与刀具己加工表面或非加工表面之间、砂轮的非磨 削表面与刀具相邻刀齿之间等的干涉现象，从而影响切触线的形状及位置.为避免 干涉现象的发生，必须对加工过程中砂轮的姿态进行调整，而砂轮姿态的调整必然 、 ..叫...，，..- .‘‘‘ ，‘‘ ...，网， ， 7 华 中科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 会引起实际切触线的变化，使得所加工出的功能表面更加具有不确定性。 由此可见，复杂形状刀具的数控磨削很难得到设计所要求的理想表面，因此， 对所加工出的刀具特征表面往往是要求满足刀具的使用性能要求，而非一定要得到 所谓的理想表面。 ，2.2复杂形状刀具设计及磨削加工中存在的问题 目前在国内进行复杂形状刀具设计及磨削加工时需解决如下问题: (1)刀具设计方面: 设计复杂形状刀具时，刀具的结构及参数主要是通过二维图形方式表达，对于 形状复杂的刀具功能表面，如前刀面、后刀面等，是通过其在某剖面内的截形及相 关参数来描述:而对于作为刃线的空间曲线仅仅通过曲线类型及参数或相应的数学 表达式来表达。这种表达方式难以直观地表达复杂形状刀具的结构特征。为了更加 清楚、直观地表达设计效果，需要对所设计的刀具进行三维可视化。 (2)刀具CNC磨削方面: 在刀具数控磨削加工方面需解决的问题主要是刀位计算及加工代码的生成及 检验: a.刀位计算 在复杂形状刀具的数控磨削过程中，刀具的功能表面是由砂轮按特定轨迹运动 所形成的包络面，涉及到复杂的空间曲面啮合问题。目前国内所采用的刀位计算方 法