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非圆磨削轮廓误差法向修正方法研究
摘要：本文根据非圆廓形磨削加工的法向逼近分层磨削机理，提出了加工余量、砂轮磨损、廓形法向误差可同质化处理的类曲柄滑块形式的加工模型。给出了基于廓形法向偏距线的分层加工X-C联动坐标计算公式并成功运用该加工模型实现了非圆轮廓磨削与误差补偿控制。该模型具有通用性，可推广到不同形式的非圆曲面类零件加工。
关键词：非圆磨削法向逼近误差补偿
中图分类号：TG596文献标识码：A文章编号：1674-098X〔2021〕11〔b〕-0092-04
偏心轴、凸轮轴、发动机燃烧室等非圆型线类零件磨削普遍采用X-C或X-Y两轴联动的切点跟踪法加工[1-2]。不同于磨削圆，非圆型线廓形需要分多层假设干次磨削才能加工成目标廓形，而且磨削点位置、加工余量、磨除率、刀具磨损等加工参数处于不断变化之中，这导致加工过程复杂，引起误差因素多，误差补偿困难。
此类零件加工精度受多种因素制约，国内一些科研院所根据被加工零件的具体廓形特点，分別在运动学和动力学等方面开展了相关研究分析[3-6]。研究结果说明磨削切深、磨除率波动等现场随机工艺参数直接影响了加工精度，直接控制具有一定难度。而采用轮廓误差补偿的方法对零件精度的保障有一定的效果[7-9]。由于该类研究直接涉及厂商的核心技术及商业利益，因此国内外发表的关于此类零件磨削模型及工艺方面的文献较少。针对工件轮廓误差产生根本原因在于工件和砂轮相对位置发生了变化，本文就非圆磨削加工过程分层模型进行分析研究，提出了切点法向方向补偿轮廓误差的实现方法。研究结论可推广到不同形式的非圆型线类零件加工。
1非圆磨削时砂轮中心轨迹的分层获取
现以两轴联动偏心轴切点跟踪加工为研究对象，假定在固定偏心轴情况下运用反转法，型线磨削过程可理解为砂轮围绕偏心轴公转，并包络形成目标型线，如图1。因砂轮廓形为圆，砂轮中心轨迹即为工件廓形的法向等距线。那么在此工件坐标系下，目标型线法向等距线即为切点跟踪法砂轮中心轨迹。


切点跟踪法磨削型线时，由式〔5〕可得固定坐标系下砂轮中心轨迹坐标如下所示：
其中，砂轮半径为R，假设实际加工时采用型线零件回转、砂轮往复直线运动方式，那么可得磨削内外非圆工件时在机床坐标系下砂轮与工件联动坐标如式〔7〕所示，该式适用于各种X-C联动的非圆型线加工：

有磨削余量的非圆廓形磨削过程是以目标廓形上各点作为加工过程中的依据和最终目标，诸层反向规划法向偏移量，合理设计出前层磨削进给过渡廓形。具体思路是在当前目标廓形上各点的法向方向偏置进给量，得到法向偏距线，此线即为磨削该层时需提前到达的过渡廓形，并在此过渡廓形根底上按式〔8〕做等距线计算得到此层砂轮中心轨迹，从而实现砂轮包络形成此层过渡廓形。
通过逐层磨削使得加工过程过渡廓形从法向逐层逼近目标廓形，如图2所示。
2轮廓误差法向补偿方法

由于运动学和动力学等原因，加工廓形存在偏差。以直动平底从动凸轮廓形检测为例，采用三坐标或凸轮检测仪测量时，其接触测头如图3所示，平面测头与凸轮廓形接触点之间均是相切的，接触点法向方向即测头运动方向，测量出的升程误差直接表达为在廓形测量