一种砂轮动态智能偏转加工方法及装置与流程

本公开涉及智能制造和打磨装置技术领域，具体涉及一种砂轮动态智能偏转加工方法及装置。

背景技术：

在数控加工中，对于一些结构复杂的工件，由于加工的内陷或凸出的倾角砂轮幅度很大，例如马蹄状或喇叭状沟槽时，导致有很多部位无法通过传统的砂轮打磨顺利的加工，或者加工起来很麻烦。从而需要频繁地根据工件打磨情况更换砂轮，或者干脆人工来打磨，加工的效率很低，大部分时间都需要人工监督，导致人工的劳动强度大，这种传统的加工模式并不适合长时间、无人监督的运行，很是不便。目前，在砂轮动态智能偏转的方法有：中国专利申请号cn1699020a复杂曲线磨削过程中的砂轮法向跟踪方法，通过在数控轴中增加一个工作台滑座的回转轴，使工件轮廓相对于砂轮轴线位置可变；然后建立砂轮法向跟踪的数学模型，计算出磨削点处工件轮廓的法线和砂轮径向进给轴线之间的夹角；最后，根据计算出的工件轮廓上各磨削点的正负和大小，在磨削中使工作台滑座绕轴偏转相应的角度，使砂轮轴线和磨削点的法线重合，从而实现曲线磨削过程中砂轮对工件轮廓的法向跟踪。虽然这个技术方案的磨削方法可使砂轮的切削状态保持不变，砂轮受力均匀，变形一致，并有效避开砂轮与工件的干涉，但是该方案每次加工都需要通过数学模型，建立砂轮法向跟踪的数学模型，计算出磨削点处工件轮廓的法线和砂轮径向进给轴线之间的夹角，计算工件曲线轮廓上各点的法向跟踪角，需要大量的计算开销，而且由于其复杂的数学模型不适用于结构复杂的工件，导致不适合结构复杂的工件的加工。

技术实现要素：

为解决上述问题，本公开提供一种砂轮动态智能偏转加工方法及装置的技术方案，在上位机中，导入cad格式的将工件模型轮廓线后，根据将工件模型轮廓线分为多个路径节点，每个路径节点对应一种砂轮偏转角度，按照路径节点的先后顺序依次将路径节点的编号和对应的砂轮偏转角度构建一个偏转切换序列，控制加工设备按照偏转切换序列进行磨削作业，从而实现在加工过程中，按照工件磨削的实际需求进行快速的切换砂轮磨削角度，进行快速的磨削加工。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种砂轮动态智能偏转加工方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，读取工件模型轮廓线数据；

步骤2，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；

步骤3，将路径节点切换到的每个轮廓线元素映射到一个对应的砂轮偏转角度；

步骤4，按照路径节点的先后顺序依次将路径节点的编号和对应的砂轮偏转角度构建偏转切换序列；

步骤5，控制加工设备按照偏转切换序列进行磨削作业。

进一步地，在步骤1中，工件模型轮廓线数据包括但不限于cad/cam软件的矢量图,形式为规则或不规则线段构成的线条，为对工件进行实体造型生成的加工路径。

进一步地，在步骤2中，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点的方法为：从工件模型轮廓线数据中的轮廓线(即加工路径)的起点开始，加工路径出现拐点或转折点则将这一段的线段分解为轮廓线元素，轮廓线的拐点或转折点为直线、斜线、弧线之间的相互转变点，如果轮廓线元素发生改变，则在改变点标记设置为路径节点；其中，轮廓线元素包括但不限于：横直线段，上竖直线段、下竖直线段、左斜线段、右斜线段、凸圆弧线段、凹圆弧线段、左半凸圆弧线段、右半凸圆弧线段、左半凹圆弧线段和右半凹圆弧线段，横直线段为“—”型；上竖直线段和下竖直线段的相对位置分别位于横直线段的上方和下方，为“|”型；左斜线段为“\”型、右斜线段为“/”型；凸圆弧线段为向上的半圆弧线，即“∩”型；凹圆弧线段为向下的半圆弧线，即“∪”型；左半凸圆弧线段为向上的半圆弧线的左边一半；即“∩”型的左边一半，右半凸圆弧线段为向上的半圆弧线的右边一半，即“∩”型的右边一半；左半凹圆弧线段为向下的半圆弧线的左边一半，即“∪”型的左边一半；右半凹圆弧线段为向下的半圆弧线的右边一半，即“∪”型的右边一半。

进一步地，在步骤3中，将路径节点切换到的每个轮廓线元素映射到一个对应的砂轮偏转角度的方法为：将路径节点切换到的每个轮廓线元素映射到一个对应的砂轮偏转角度，其中，轮廓线元素包括但不限于：横直线段，上竖直线段、下竖直线段、左斜线段、右斜线段、凸圆弧线段和凹圆弧线段，对应的砂轮偏转角度包括3种；横直线段，上竖直线段和下竖直线段映射到对应的砂轮偏转角度为偏转-1.5°到1.5°，凸圆弧线段和凹圆弧线段映射到对应的砂轮偏转角度为偏转-3°到3°，左斜线段和右斜线段映射到对应的砂轮偏转角度为-12°到12°，“°”的意义为单位度，切换的意义为上一个轮廓线元素在经过路径节点后转换到下一个轮廓线元素，砂轮偏转角度可在上位机中进行人工自由调整。

进一步地，在步骤4中，所述偏转切换序列为数组形式的有序元素序列，偏转切换序列中的元素为二元组形式，每个元素包括路径节点顺序和砂轮偏转角度两个数据成员，路径节点顺序为从0开始每次递增1的整数，例如第3个节点切换到(左斜线段)则偏转切换序列的第3个元素为[2][-12°]。

进一步地，在步骤5中，控制加工设备按照偏转切换序列进行磨削作业的方法为：从工件模型轮廓线数据中的加工路径的起点开始，加工过程中每经过一个路径节点，查询偏转切换序列中该路径节点的元素中的砂轮偏转角度，上位机发送相应的角度偏转值信号驱动伺服电机或高精度传动带动偏转轴偏转相应角度，从而驱动加工设备偏转相应的砂轮偏转角度，高精度传动包括但不限于电机或其他制动设备通过滑动螺旋、滚动螺旋、静压螺旋、差动螺旋、蜗轮蜗杆方式进行传动。

其中，加工设备包括但不限于数控机床、数控铣床任意一种。所述加工设备包括有固定座，在所述固定座上设有与伺服电机连接的活动杆，活动杆的一侧设置有夹紧机构，夹紧机构的一端设置有砂轮，砂轮通过偏转轴与伺服电机连接，上位机发送相应的角度偏转值信号可以使伺服电机可以通过旋转偏转轴对砂轮的加工角度进行偏转，角度偏转值信号包括偏转执行信号和角度的值，偏转执行信号用于启动伺服电机进行偏转，偏转执行信号是用于启动伺服电机进行偏转的脉冲信息或信号。

本发明还提供了一种砂轮动态智能偏转加工设备，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：

模型轮廓线读取单元，用于读取工件模型轮廓线数据；

路径节点分段单元，用于将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；

偏转角度映射单元，用于将路径节点切换到的每个轮廓线元素映射到一个对应的砂轮偏转角度；

偏转切换序列单元，用于按照路径节点的先后顺序依次将路径节点的编号和对应的砂轮偏转角度构建偏转切换序列；

磨削作业单元，用于控制加工设备按照偏转切换序列进行磨削作业。

本公开的有益效果为：本发明提供一种砂轮动态智能偏转加工方法及装置，提高加工效率与精度，简便易行，按照工件磨削的实际需求进行快速的切换砂轮磨削角度，进行快速的磨削加工，偏转切换序列的构建速度很快，且不需要大量的计算开销，每种类型的偏转切换序列对应的偏转角度可以灵活地人工设置，比较适合结构复杂的工件的加工，且无需人工监督进行磨削作业，智能化程度高，能够全自动磨削工件。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：

图1所示为一种砂轮动态智能偏转加工方法的流程图；

图2所示为轮廓线元素图；

图3所示为一种砂轮动态智能偏转加工设备图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示为根据本公开的一种砂轮动态智能偏转加工方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的一种砂轮动态智能偏转加工方法。

本公开提出一种砂轮动态智能偏转加工方法，具体包括以下步骤：

步骤1，读取工件模型轮廓线数据；

步骤2，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；

步骤3，将路径节点切换到的每个轮廓线元素映射到一个对应的砂轮偏转角度；

步骤4，按照路径节点的先后顺序依次将路径节点的编号和对应的砂轮偏转角度构建偏转切换序列；

步骤5，控制加工设备按照偏转切换序列进行磨削作业。

进一步地，在步骤1中，工件模型轮廓线数据包括但不限于cad/cam软件的矢量图,形式为规则或不规则线段构成的线条，为对工件进行实体造型生成的加工路径。

进一步地，在步骤2中，将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点的方法为：从工件模型轮廓线数据中的轮廓线(即加工路径)的起点开始，加工路径出现拐点或转折点则将这一段的线段分解为轮廓线元素，轮廓线的拐点或转折点为直线、斜线、弧线之间的相互转变点，如果轮廓线元素发生改变，则在改变点标记设置为路径节点；

其中，如图2，从左到右依次所示，轮廓线元素包括但不限于：横直线段(图2中的0上方对应的图样)，上竖直线段(图2中的1上方对应的图样)、下竖直线段(图2中的2上方对应的图样)、左斜线段(图2中的3上方对应的图样)、右斜线段(图2中的4上方对应的图样)、凸圆弧线段(图2中的5上方对应的图样)、凹圆弧线段(图2中的6上方对应的图样)、左半凸圆弧线段(图2中的7上方对应的图样)、右半凸圆弧线段(图2中的8上方对应的图样)、左半凹圆弧线段(图2中的9上方对应的图样)和右半凹圆弧线段(图2中的10上方对应的图样)，横直线段为“—”型；上竖直线段和下竖直线段的相对位置分别位于横直线段的上方和下方，为“|”型；左斜线段为“\”型、右斜线段为“/”型；凸圆弧线段为向上的半圆弧线，即“∩”型；凹圆弧线段为向下的半圆弧线，即“∪”型；左半凸圆弧线段为向上的半圆弧线的左边一半；即“∩”型的左边一半，右半凸圆弧线段为向上的半圆弧线的右边一半，即“∩”型的右边一半；左半凹圆弧线段为向下的半圆弧线的左边一半，即“∪”型的左边一半；右半凹圆弧线段为向下的半圆弧线的右边一半，即“∪”型的右边一半。

进一步地，在步骤3中，将路径节点切换到的每个轮廓线元素映射到一个对应的砂轮偏转角度的方法为：将路径节点切换到的每个轮廓线元素映射到一个对应的砂轮偏转角度，其中，轮廓线元素包括但不限于：横直线段，上竖直线段、下竖直线段、左斜线段、右斜线段、凸圆弧线段和凹圆弧线段，对应的砂轮偏转角度包括3种；横直线段，上竖直线段和下竖直线段映射到对应的砂轮偏转角度为偏转-1.5°到1.5°，凸圆弧线段和凹圆弧线段映射到对应的砂轮偏转角度为偏转-3°到3°，左斜线段和右斜线段映射到对应的砂轮偏转角度为-12°到12°，“°”的意义为单位度。例如，在加工马蹄形的工件时，偏转角度由左斜线段、横直线段和右斜线段三个线段之间的路径节点组合而成，即砂轮偏转角度为(左斜线段)-12°转换到(横直线段)0°然后再转换到(右斜线段)12°；在加工楔子形的工件时，偏转角度由上竖直线段1.5°切换到(左斜线段)-12°，切换的意义为上一个轮廓线元素在经过路径节点后转换到下一个轮廓线元素，砂轮偏转角度可在上位机中进行人工自由调整。

进一步地，在步骤4中，所述偏转切换序列为数组形式的有序元素序列，偏转切换序列中的元素为二元组形式，每个元素包括路径节点顺序和砂轮偏转角度两个数据成员，路径节点顺序为从0开始每次递增1的整数，例如第3个节点切换到(左斜线段)则偏转切换序列的第3个元素为[2][-12°]。

进一步地，在步骤5中，控制加工设备按照偏转切换序列进行磨削作业的方法为：从工件模型轮廓线数据中的加工路径的起点开始，加工过程中每经过一个路径节点，查询偏转切换序列中该路径节点的元素中的砂轮偏转角度，上位机发送相应的角度偏转值信号驱动伺服电机或高精度传动带动偏转轴偏转相应角度，从而驱动加工设备偏转相应的砂轮偏转角度，高精度传动包括但不限于电机或其他制动设备通过滑动螺旋、滚动螺旋、静压螺旋、差动螺旋、蜗轮蜗杆方式进行传动。

其中，加工设备包括但不限于数控机床、数控铣床任意一种。所述加工设备包括有固定座，在所述固定座上设有与伺服电机连接的活动杆，活动杆的一侧设置有夹紧机构，夹紧机构的一端设置有砂轮，砂轮通过偏转轴与伺服电机连接，上位机发送相应的角度偏转值信号可以使伺服电机可以通过旋转偏转轴对砂轮的加工角度进行偏转，角度偏转值信号包括偏转执行信号和角度的值，偏转执行信号是用于启动伺服电机进行偏转的脉冲信息或信号。

在本发明中的其它实施例中，本实施例中伺服电机构成的传动组件可以被液压或气压传动组件代替。

本公开的实施例提供的一种砂轮动态智能偏转加工设备，如图3所示为本公开的一种砂轮动态智能偏转加工设备图，该实施例的一种砂轮动态智能偏转加工设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种砂轮动态智能偏转加工设备实施例中的步骤。

所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：

模型轮廓线读取单元，用于读取工件模型轮廓线数据；

路径节点分段单元，用于将工件模型轮廓线数据中的加工路径按照轮廓线元素进行分段获得路径节点；

偏转角度映射单元，用于将路径节点切换到的每个轮廓线元素映射到一个对应的砂轮偏转角度；

偏转切换序列单元，用于按照路径节点的先后顺序依次将路径节点的编号和对应的砂轮偏转角度构建偏转切换序列；

磨削作业单元，用于控制加工设备按照偏转切换序列进行磨削作业。

所述一种砂轮动态智能偏转加工设备可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种砂轮动态智能偏转加工设备，可运行的装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种砂轮动态智能偏转加工设备的示例，并不构成对一种砂轮动态智能偏转加工设备的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种砂轮动态智能偏转加工设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种砂轮动态智能偏转加工设备运行装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种砂轮动态智能偏转加工设备可运行装置的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种砂轮动态智能偏转加工设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。