一种木工成型铣刀的后刀面的磨削轨迹求解方法技术

本发明专利技术公开了一种木工成型铣刀的后刀面的磨削轨迹求解方法，首先定义木工成型刃相关几何参数，定义工件坐标系和切削刃坐标系，定义木工铣刀成型刃及后刀面，考虑砂轮摆角以及抬角对初始姿态的影响，进行砂轮轨迹计算，最终确定砂轮轨迹在工件坐标系的描述。本发明专利技术以灵活的砂轮磨削姿态来应对成型刃灵活多变的不规则刃线，可在保证磨削质量的同时，通过对磨削点所处位置的判断，实现砂轮磨削姿态定义的灵活性，从而保证后角准确、避免干涉。

【技术实现步骤摘要】
一种木工成型铣刀的后刀面的磨削轨迹求解方法
本专利技术属于木工成型铣刀制造
，具体涉及一种木工成型铣刀的后刀面的磨削轨迹求解方法。
技术介绍
随着木工刀具市场的发展，对木工刀具的研发和发展方向研究提出了更高的要求。木工铣刀的成型方式与金属铣刀类似，但是木工铣刀相较金属铣刀具有前角较大、后角较大、切削齿数少、切削刃的长度和形状跨度大等特点。目前已有的相关金属铣刀的磨削轨迹的研究无法直接套用与木工铣刀。因此，针对木工成型铣刀的后刀面磨削方法展开研究，对提高木工成型铣刀的磨削精度具有十分重要的意义。木工铣刀的成型原理和金属切削铣刀一样，也是范成法的成型原理，有一个或多个刃口的回转运动，配合工件(木料)的进给运动，切削掉多余材料，形成所需表面。成型形状取决于刃口的回转轮廓轴剖面形状，而不是刀具每个齿的实际形状。所以，如何把复杂的刀具回转形状转换到刃口的回转轮廓轴剖面形状；如何对刀具刃磨过程中砂轮运动轨迹进行数学表达；以及如何把刀具刃磨的砂轮刀位轨迹转换到具体数控机床各轴运动等就成为了研究木工铣刀刃磨方法研究的关键问题。其中木工成型铣刀成型形状较为灵活和复杂，切削性能稳定、耐用度高、切削速度快，但是其制造过程中存在着许多难点：加工毛坯至成品过程，磨削量较大，形状落差较大，非正交刃线等。因此迫切需要精确、可避免干涉的磨削方法来提高木工成型铣刀后刀面的制造精度，降低其磨削制备难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足而提供一种木工成型铣刀的后刀面加工的磨削工艺，旨在加工具有非正交刀刃的木工成型铣刀，在保证磨削质量的同时，通过后角朝向的不同和其他工艺参数，实现砂轮磨削姿态定义的灵活性，从而避免干涉。本专利技术的一种木工成型铣刀的后刀面的磨削轨迹求解方法，包括以下步骤：步骤1：定义成型刃相关几何参数(1)偏心值H：定义成型刃所在平面与刀具回转中心面之间的距离为偏心值H。(2)刃口的回转轮廓轴剖面形状上的点P：木工成型铣刀通常是已知刀刃的回转形状，定义成型刃的回转轮廓轴剖面形状上的点为P点。(3)磨削点P0：定义工件坐标系下切削刃上的磨削点为P0点。(4)后刀面末端上的磨削点P0对应点P1：过磨削点P0做垂直于后刀面的平面，其与后刀面末端相交点为P1点。步骤2：定义坐标系(1)工件坐标系Ow-XwYwZw：为了便于木工成型铣刀数控磨削的对刀和得到控制机床的NC程序，需要先将刀具回转轮廓轴剖面形状上的点P转换到工件坐标系下成型刃实际所在坐标进行描述。定义刀具回转轴为Zw轴，以木工铣刀成型刃起点所在端面为XwOwYw平面，以坐标原点Ow和成型刃线起点的连线为工件坐标系的Xw轴。(2)切削刃坐标系Om-XmYmZm：切削刃坐标系是浮动坐标系，坐标系的原点位于磨削点P0处；刃线在P0点的切矢定义为切削刃坐标系的Zm轴，Xm轴平行于Xw轴。点P从切削刃坐标系下的坐标Pm转换到工件坐标系下的坐标Pw的变换关系，如式(1)所示Pw＝Mm-w·Pm+Tm-w(1)式中Mm-w表示从切削刃坐标系到工件坐标系的旋转矩阵：其中，θ是Zm轴与Zw轴之间的夹角；在切削刃坐标系下，设Ph(xph_w、yph_w、zph_w)为与磨削点P0(xp0_w、yp0_w、zp0_w)相邻的刃线坐标点，则θ表达式如下：Tm-w表示从切削刃坐标系到工件坐标系的平移矩阵：步骤3：定义木工铣刀成型刃及后刀面(1)成型刃后刀面宽度和后角：木工铣刀成型刃后刀面的所有定义都基于切削刃坐标系；成型刃后刀面宽度和后角都以XmYm平面为基准。定义P0P1为后刀面与XmYm平面的交线，l为第一后刀面宽度；λ为第一后角。P0点在切削刃坐标系的坐标为P0_m(0,0,0)，分析可知P1点坐标P1_m在切削刃坐标系的坐标表达如下：(2)成型刃后刀面的法矢量定义成型刃后刀面的单位法矢量为Fg0_m，其在切削刃坐标系下的表达式如下：步骤4：砂轮轨迹计算(1)砂轮初始姿态为了保证木工刀成型刃后刀面的磨削质量，采用根据刃线上不同磨削点所对应的后角方向不同灵活调整砂轮姿态的磨削方式，定义Fy_m是工件坐标系的Yw轴在切削刃坐标系下的表达，即定义P0指向P1的矢量为Ft，则Ft垂直Fy，且Ft和Fy构成的平面与砂轮初始姿态下的砂轮端面重合；定义此平面的法矢为砂轮轴矢量Fg，则在切削刃坐标系下表达为Fg_m＝Ft_m×Fy_m(8)定义P0指向砂轮磨削端面圆中点Og即刀位点的矢量为Fb，砂轮大端面在P0点与矢量Ft相切；由于Fb垂直于Fg与Ft，则在切削刃坐标系下得Fb_m＝Fg_m×Ft_m(9)因此只要将P0沿着矢量Fb方向移动砂轮端面半径Rg的距离，即可得到刀位点坐标在切削刃坐标系下的表达：Og_m＝P0_m+Rg_m·Fb_m(10)(2)砂轮摆角工艺参数对初始姿态的影响为了避免在后刀面磨削过程中可能产生的砂轮与成型刃其他特征结构的干涉，在切削刃坐标系中引入砂轮摆角工艺参数；定义成型刃后刀面在P0点处的法矢量为Fg0，则在切削刃坐标系下表达为定义摆角μag为砂轮以P0为中心，以矢量Fg0为回转轴所旋转的角度。已知绕空间任一单位矢量N(Nx,Ny,Nz)旋转一个角度γ的旋转矩阵Rot通式为：式中versγ＝1-cosγ。则点P1绕矢量Fg0旋转摆角μαg得到点P1'，其表达式如下：P1′＝Rot(Fg0_m,μαg)P1_m(13)由点P1'和点P0得到矢量Ft'，根据式(8)-(10)，推算得到具有摆角的砂轮轴矢量Fg'和具有摆角的刀位点坐标Og'。(3)砂轮抬角工艺参数对初始姿态的影响为了减少后刀面磨削过程中砂轮与后刀面的磨削接触区域，在切削刃坐标系中引入砂轮的抬角工艺参数；定义抬角δαg为砂轮绕经过摆角变换后的具有摆角的砂轮轴矢量Ft'所旋转的角度。切削刃坐标系下，定义Fg”为经过抬角变换的砂轮轴矢量，其由Fg'绕Ft'旋转δαg得到F″g_m＝Rot(F′t_m,δαg)F′g_m(14)进一步根据式(8)-(10)，推算得到具有抬角的砂轮刀位点坐标Og”。(4)砂轮轨迹在工件坐标系的描述由上述变换得到的刀位点坐标和砂轮轴矢量结合浮动的磨削点P0的坐标，得到木工铣刀成型刃任意点P0对应的刀位点坐标和砂轮轴矢量；且上述砂轮轴矢量和刀位点坐标都是在切削刃坐标系下描述的，为了便于用于实际加工，需要最终转换到工件坐标系下表达；转换矩阵如式(15)、(16)所示，其中Og_w为刀位点坐标，Fg_w为砂轮轴矢量：Fg_w＝Mm-w·F″g_m(15)Og_w＝Mm-w·O″g_m+Tm-w(16)本专利技术的有益效果是：本专利技术定义了木工铣刀成型刃后刀面磨削的砂轮姿态，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木工成型铣刀的后刀面的磨削轨迹求解方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：定义成型刃相关几何参数/n(1)偏心值H：定义成型刃所在平面与刀具回转中心面之间的距离为偏心值H；/n(2)刃口的回转轮廓轴剖面形状上的点P：木工成型铣刀通常是已知刀刃的回转形状，定义成型刃的回转轮廓轴剖面形状上的点为P点；/n(3)磨削点P

【技术特征摘要】
1.一种木工成型铣刀的后刀面的磨削轨迹求解方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：定义成型刃相关几何参数
(1)偏心值H：定义成型刃所在平面与刀具回转中心面之间的距离为偏心值H；
(2)刃口的回转轮廓轴剖面形状上的点P：木工成型铣刀通常是已知刀刃的回转形状，定义成型刃的回转轮廓轴剖面形状上的点为P点；
(3)磨削点P0：定义工件坐标系下切削刃上的磨削点为P0点；
(4)后刀面末端上的磨削点P0对应点P1：过磨削点P0做垂直于后刀面的平面，其与后刀面末端相交点为P1点；
步骤2：定义坐标系
(1)工件坐标系Ow-XwYwZw：为了便于木工成型铣刀数控磨削的对刀和得到控制机床的NC程序，需要先将刀具回转轮廓轴剖面形状上的点P转换到工件坐标系下成型刃实际所在坐标进行描述；定义刀具回转轴为Zw轴，以木工铣刀成型刃起点所在端面为XwOwYw平面，以坐标原点Ow和成型刃线起点的连线为工件坐标系的Xw轴；
(2)切削刃坐标系Om-XmYmZm：切削刃坐标系是浮动坐标系，坐标系的原点位于磨削点P0处；刃线在P0点的切矢定义为切削刃坐标系的Zm轴，Xm轴平行于Xw轴；
点P从切削刃坐标系下的坐标Pm转换到工件坐标系下的坐标Pw的变换关系，如式(1)所示
Pw＝Mm-w·Pm+Tm-w(1)
式中Mm-w表示从切削刃坐标系到工件坐标系的旋转矩阵：



其中，θ是Zm轴与Zw轴之间的夹角；在切削刃坐标系下，设Ph(xph_w、yph_w、zph_w)为与磨削点P0(xp0_w、yp0_w、zp0_w)相邻的刃线坐标点，则θ表达式如下：



Tm-w表示从切削刃坐标系到工件坐标系的平移矩阵：



步骤3：定义木工铣刀成型刃及后刀面
(1)成型刃后刀面宽度和后角：木工铣刀成型刃后刀面的所有定义都基于切削刃坐标系；成型刃后刀面宽度和后角都以XmYm平面为基准；
定义P0P1为后刀面与XmYm平面的交线，l为第一后刀面宽度；λ为第一后角；
P0点在切削刃坐标系的坐标为P0_m(0,0,0)，分析可知P1点坐标P1_m在切削刃坐标系的坐标表达如下：



(2)成型刃后刀面的法矢量
定义成型刃后刀面的单位法矢量为Fg0_m，其在切削刃坐标系下的表达式如下：



步骤4：砂轮轨迹计算
(1)砂轮初始姿态
为了保证木工刀成型刃后刀面的磨削质量，采用根据刃线上不同磨削点所对应的后角方向不同灵活调整砂轮姿态的磨削方式，定义Fy_m是工件坐标系的Yw轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，李勇，
申请(专利权)人：四川新迎顺信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51