挤压丝锥磨削方法及系统与流程

1.本发明涉及一种用于数控螺纹磨床的磨削挤压丝锥的方法及系统，更具体地，是关于数控螺纹磨床能磨削任意截形挤压丝锥的方法及系统。


背景技术：

2.挤压丝锥是一种加工内螺纹的螺纹刀具，在螺纹磨床上通过砂轮旋转、砂轮进给一定的磨削量、旋转挤压丝锥、纵向滑台带动挤压丝锥沿轴向移动，将挤压丝锥的螺纹磨削成型。目前常规的挤压丝锥截面形状为三棱或四棱结构，截面形状的不同及形状精度直接影响挤压螺孔时塑性变形和扭矩值大小，同时丝锥螺纹牙顶螺距以及牙顶宽的精度一致性也是评判挤压丝锥产品精度等级的一个标准。
3.目前，国内加工挤压丝锥主要通过截形棱数、相应的尺寸参数推导出丝锥截形进行加工，截形通用性不高，除常规棱数的挤压丝锥，无法加工其它棱数的挤压丝锥，或加工不在相关标准范围内的挤压丝锥，不能获得较好的产品质量。而且，因为挤压丝锥沿轴向通常有三个锥度，国内目前的加工方法没考虑锥度影响来保证螺纹牙顶螺距及牙宽的精度一致性，难以加工出高精度的挤压丝锥。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种挤压丝锥磨削方法及系统，其能够克服现有技术的不足，适用于任意截形的挤压丝锥磨削，通用性强，使用简便，用户工作量小，有效提高产品加工精度，使用户获得更好的加工生产体验。
6.为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种挤压丝锥磨削方法，包括：s1：根据包含挤压丝锥截面形状信息的文件，获取挤压丝锥的截形曲线信息；s2：将所述挤压丝锥的截形曲线离散化为由极坐标表示的n个点组成的点位信息，所述点位信息包括公称螺纹直径所在位置的截形点位信息；s3：根据s2获得的点位信息，计算出磨削螺纹牙顶的各轴坐标点位信息；s4：结合挤压丝锥的锥度信息，计算出磨削螺纹牙底时的各轴坐标点位信息；s5：根据s3得到的磨削挤压丝锥螺纹牙顶及s4得到的磨削挤压丝锥螺纹牙底的各轴坐标点位信息，结合加工参数，生成分别用于磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的数控加工代码程序文件。
7.在本发明的一个或多个实施方式中，在步骤s4之前，还包括步骤s31，基于挤压丝锥没有锥度的情况下，计算出磨削螺纹牙底的各轴坐标点位信息，在步骤s31的基础上，结合挤压丝锥的锥度信息，计算出实际磨削螺纹牙底时的各轴坐标点位信息。
8.在本发明的一个或多个实施方式中，所述的将所述截形曲线离散化为由极坐标表示的n个点组成的点位信息，包括：根据设定的旋转微分角度将截形曲线离散化为由极坐标表示的n个点组成的点位信息，角度微分值记为stepc，n＝360/stepc，各离散点的坐标信息
记为记为
9.在本发明的一个或多个实施方式中，所述的根据s2获得的点位信息，计算出磨削螺纹牙顶的各轴坐标点位信息，包括：结合挤压丝锥的螺纹长度l、螺距p、螺纹牙型角、锥度参数，根据s1获得的公称螺纹直径所在位置的截形点位信息，进一步计算出磨削螺纹牙顶的各轴坐标点位信息，点位数记为n，记牙型角的齿全高为h，牙型角的后侧角为α，牙型角的前侧角为β，各点的坐标记为其中，h＝p/(tanα tanβ)，j为i除以n的余数，当j为0时，取j＝n，为依据锥度参数信息计算到的该轴向位置处相对公称螺纹直径所在位置的半径变化值。
10.在本发明的一个或多个实施方式中，所述的基于挤压丝锥没有锥度的情况下，计算出磨削螺纹牙底的各轴坐标点位信息，包括：在基于挤压丝锥没有锥度的情况下，计算出磨削螺纹牙底的各轴坐标点位信息，点位数记为n，各点的坐标记为(xi，zi，ci)，i＝1，2，3，
…
，n，其中，ci＝i*stepc，j为i除以n的余数，当j为0时，取j＝n。
11.在本发明的一个或多个实施方式中，所述的在步骤s31的基础上，结合挤压丝锥的锥度信息，计算出实际磨削螺纹牙底时的各轴坐标点位信息，包括：在步骤s31的基础上，基于挤压丝锥的锥度信息，计算出实际磨削螺纹牙底时的坐标值，z
′a为磨削zi位置处前一个牙顶对应的z坐标，z
″a为磨削zi位置处后一个牙顶对应的z坐标，δx
′a、δx
″a为依据锥度参数信息计算到的分别在轴向z
′a、z
″a位置处相对公称螺纹直径所在位置的半径变化值，δxi为考虑前后牙顶的半径变化值计算出的磨削牙底的半径变化值，其中，z
′a＝z
i-h*tanβ，z
″a＝zi h*tanα，δzi＝(δx
′
a-δxi)*tanβ，由此，在步骤s31的基础上得到磨削螺纹牙底时的各轴坐标点位信息，ci＝i*stepc，j为i除以n的余数，当j为0时，取j＝n。
12.在本发明的一个或多个实施方式中，步骤s5中所述的加工参数包括砂轮修整设置信息和磨削速度。
13.在本发明的一个或多个实施方式中，步骤s1中所述的包含挤压丝锥截面形状信息的文件为用户通过工程制图软件导出的包括挤压丝锥截面形状信息的图形文件。
14.在本发明的一个或多个实施方式中，还包括：根据所述数控加工代码程序文件进行挤压丝锥的磨削加工。
15.本发明还提供了一种挤压丝锥磨削系统，包括获取单元、处理单元以及输出单元。获取单元用于获取包括挤压丝锥截面形状信息的文件，并将其转化为挤压丝锥的截形曲线信息，并获取设定的加工参数信息；处理单元用于将获取单元获得的挤压丝锥的截形曲线离散化为点位信息，并根据获取的相关加工参数信息计算获得磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的各轴坐标点位信息；输出单元用于根据获取的加工参数信息，结合处理单元计算
的各轴坐标点位信息，生成分别用于磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的数控加工代码程序文件。
16.在本发明的一个或多个实施方式中，所述挤压丝锥磨削系统还包括运动控制单元以及执行单元，所述运动控制单元用于对输出单元输出的数控加工代码程序文件进行解析，对各轴的运动进行插补运算，并转化为控制信号；所述执行单元根据所述控制信号进行磨削运动，实现对挤压丝锥的磨削加工。
17.在本发明的一个或多个实施方式中，所述获取单元包括图形导入模块和参数设定模块，所述图形导入模块用于接收包括挤压丝锥截面形状信息的文件，并对文件进行解析，获得挤压丝锥的截形曲线信息，所述的包括挤压丝锥截面形状信息的文件为用户通过工程制图软件导出的包括挤压丝锥截面形状信息的图形文件；所述参数设定模块用于接收用户设置的加工参数信息，所述加工参数信息包括砂轮修整设置信息、挤压丝锥的螺纹长度、螺距、螺纹牙型角、锥度参数以及磨削速度。
18.在本发明的一个或多个实施方式中，处理单元根据获取的挤压丝锥的螺纹长度、螺距、螺纹牙型角、锥度参数计算获得磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的各轴坐标点位信息。
19.在本发明的一个或多个实施方式中，输出单元根据获取的砂轮修整设置信息和磨削速度，结合处理单元计算的各轴坐标点位信息，生成分别用于磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的数控加工代码程序文件。
20.本发明还提供了一种电子设备，包括：
21.至少一个处理器；以及
22.存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行如上述的挤压丝锥磨削方法。
23.本发明还提供了一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行如上述的挤压丝锥磨削方法。
24.与现有技术相比，本发明实施方式的挤压丝锥磨削方法，直接根据用户给出的包含挤压丝锥截面形状信息的图形文件及加工参数，自动进行计算并输出可用于挤压丝锥磨削的数控代码程序文件，适用于任意截形的挤压丝锥磨削，且可保证螺纹牙顶螺距及牙宽的一致性，再结合砂轮修整的设置，可一次装夹完成挤压丝锥螺纹牙底和螺纹牙顶的磨削，通用性强，使用简便，用户工作量小，有效提高产品加工精度，使用户获得更好的加工生产体验。
附图说明
25.图1是本发明一实施方式的挤压丝锥磨削方法的流程示意图。
26.图2是本发明一实施方式的获取挤压丝锥截面形状的极坐标点位信息的示意图。
27.图3是本发明一实施方式的挤压丝锥螺纹的轴向剖面示意图。
28.图4是本发明一实施方式的根据挤压丝锥锥度计算螺纹牙底半径变化值的示意图。
29.图5是本发明一实施方式的挤压丝锥磨削系统的结构框图。
具体实施方式
30.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
31.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
32.如图1所示，本发明一实施方式提供了一种挤压丝锥磨削方法，包括如下步骤：s1：根据包含挤压丝锥截面形状信息的文件，获取挤压丝锥的截形曲线信息。s2：将所述挤压丝锥的截形曲线离散化为由极坐标表示的n个点组成的点位信息，所述点位信息包括公称螺纹直径所在位置的截形点位信息；s3：根据s2获得的点位信息，计算出磨削螺纹牙顶的各轴坐标点位信息；s31，基于挤压丝锥没有锥度的情况下，计算出磨削螺纹牙底的各轴坐标点位信息；s4：在步骤s31的基础上，结合挤压丝锥的锥度信息，计算出实际磨削螺纹牙底时的各轴坐标点位信息；s5：根据s3得到的磨削挤压丝锥螺纹牙顶及s4得到的磨削挤压丝锥螺纹牙底的各轴坐标点位信息，结合加工参数，生成分别用于磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的数控加工代码程序文件。最后，根据所述数控加工代码程序文件进行挤压丝锥的磨削加工。
33.以下结合一具体实施方式，对上述的挤压丝锥磨削方法进行详细阐述。
34.步骤s1：首先，接收用户通过工程制图软件导出的包括挤压丝锥截面形状信息的图形文件，所述图形文件优选为dxf文件。挤压丝锥螺纹根据需求通常包括多个锥度段，在此定义其靠近尖端处的锥度段为第一段锥度a1，其次的锥度段为第二段锥度a2，以此类推(a3，a4，...，an)。挤压丝锥截面形状通常是挤压丝锥螺纹第一段锥度a1终点、第二段锥度a2起点位置处中径的截面形状，如图3所示。
35.其次，对步骤s1接收的图形文件(dxf文件)进行解读，根据其数据格式对内容进行解析，获得挤压丝锥的截形曲线信息，如图2所示。在本实施例中，图形文件为cad制图软件导出的dxf文件，该导出文件中有标准的数据格式，读取文件内容按数据格式进行解析就可以获得由直线段或圆弧或样条曲线或多段线组成的截形曲线信息。
36.步骤s2：根据设定的旋转微分角度将曲线离散化为由极坐标表示的n个点组成的点位信息，角度微分值记为stepc，n＝360/stepc，各离散点的坐标信息记为其中，所述点位信息包括公称螺纹直径所在位置的截形点位信息。
37.步骤s3：接收用户设定的相关加工参数。相关加工参数包括砂轮修整设置信息、挤压丝锥的螺纹长度l、螺距p、螺纹牙型角、锥度参数、磨削速度等。根据“挤压丝锥每旋转一圈，纵向滑台带动挤压丝锥沿轴向移动一个螺距，同时砂轮进给轴根据锥度在径向做对应的插补运动”这一加工原理，结合挤压丝锥的螺纹长度l、螺距p、螺纹牙型角、锥度参数，在步骤s2获得的公称螺纹直径所在位置的截形点位信息的基础上，进一步计算出磨削螺纹牙顶(外径)的各轴坐标点位信息，点位数记为n，记牙型角的齿全高为h，牙型角的后侧角为α，牙型角的前侧角为β，各点的坐标记为牙型角的前侧角为β，各点的坐标记为其中，
h＝p/(tanα tanβ)，c
ai
＝i*stepc，j为i除以n的余数，当j为0时，取j＝n，为依据锥度参数信息计算到的该轴向位置处相对公称螺纹直径所在位置的半径变化值。
38.步骤s31：在假定挤压丝锥没有锥度的情况下，计算出磨削螺纹牙底(小径)的各轴坐标点位信息，点位数记为n，各点的坐标记为(xi，zi，ci)，i＝1，2，3，
…
，n，其中，ci＝i*stepc，j为i除以n的余数，当j为0时，取j＝n。
39.步骤s4：在步骤s31的基础上，考虑挤压丝锥的锥度信息，计算出实际磨削螺纹牙底时的x、z坐标值，如图4所示。图4中，1为不考虑锥度时的螺纹形状，2为实际有锥度时的螺纹形状，z
′a为磨削zi位置处前一个牙顶对应的z坐标，z
″a为磨削zi位置处后一个牙顶对应的z坐标，δx
′a、δx
″a为依据锥度参数信息计算到的分别在轴向z
′a、z
″a位置处相对公称螺纹直径所在位置的半径变化值，δxi为考虑前后牙顶的半径变化值计算出的磨削牙底的半径变化值，其中，z
′a＝z
i-h*tanβ，z
″a＝zi h*tanα， h*tanα，δzi＝(δx
′
a-δxi)*tanβ，由此，在步骤s31的基础上得到磨削螺纹牙底时的各轴坐标点位信息，ci＝i*stepc,＝i*stepc,j为i除以n的余数，当j为0时，取j＝n。
40.步骤s5：根据步骤s3计算到的磨削挤压丝锥螺纹牙顶及步骤s4计算到的磨削挤压丝锥螺纹牙底的各轴坐标点位信息，结合步骤s2接收的砂轮修整设置信息和磨削速度等加工参数，生成分别用于磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的数控加工代码程序文件，其中，所述数控加工代码程序文件为数控加工g代码程序文件。
41.参考图5所示，本发明还提供了一种挤压丝锥磨削系统，包括获取单元10、处理单元20、输出单元30、运动控制单元40、执行单元50，存储单元60以及显示单元70。
42.获取单元10用于获取包括挤压丝锥截面形状信息的文件，并将其转化为挤压丝锥的截形曲线信息，并获取设定的相关加工参数信息。
43.具体的，获取单元10包括图形导入模块101和参数设定模块102，图形导入模块101用于接收包括挤压丝锥截面形状信息的文件，并对文件进行解析，获得挤压丝锥的截形曲线信息，所述的包括挤压丝锥截面形状信息的文件为用户通过工程制图软件导出的包括挤压丝锥截面形状信息的图形文件，优选为dxf文件。获得的挤压丝锥的截形曲线信息存储在存储单元60中，并将曲线描绘出来显示在显示单元70的对应界面中。参数设定模块102用于接收用户设置的相关加工参数信息，所述相关加工参数信息包括砂轮修整设置信息、挤压丝锥的螺纹长度、螺距、螺纹牙型角、锥度参数以及磨削速度等。
44.处理单元20用于将获取单元10获得的挤压丝锥的截形曲线离散化为点位信息，并根据获取的相关加工参数信息计算获得磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的各轴坐标点位信息。
45.具体的，处理单元20用于将获取单元10获得的挤压丝锥的截形曲线离散化为点位
信息，再根据挤压丝锥的螺纹长度、螺距、螺纹牙型角、锥度参数分别计算获得磨削挤压丝锥螺纹牙顶和挤压丝锥螺纹牙底的各轴点位信息数据，存储在存储单元60中。
46.输出单元30用于根据获取的相关加工参数信息，结合处理单元20计算的各轴坐标点位信息，生成分别用于磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的数控加工代码程序文件。
47.具体的，输出单元30用于根据参数设定模块102设置的砂轮修整设置信息以及磨削速度等加工参数，结合处理单元20存储在存储单元60中的点位信息数据，生成分别用于磨削挤压丝锥螺纹牙顶和螺纹牙底的数控加工g代码程序文件。
48.运动控制单元40用于对输出单元30输出的数控加工代码程序文件进行解析，对各轴的运动进行插补运算，并转化为控制信号；执行单元50根据控制信号进行磨削运动，实现对挤压丝锥的磨削加工。
49.与现有技术相比，本发明实施方式的挤压丝锥磨削方法，直接根据用户给出的包含挤压丝锥截面形状信息的图形文件及加工参数，自动进行计算并输出可用于挤压丝锥磨削的数控代码程序文件，适用于任意截形的挤压丝锥磨削，且可保证螺纹牙顶螺距及牙宽的一致性，再结合砂轮修整的设置，可一次装夹完成挤压丝锥螺纹牙底和螺纹牙顶的磨削，通用性强，使用简便，用户工作量小，有效提高产品加工精度，使用户获得更好的加工生产体验。
50.本发明还提供了一种电子设备可以包括至少一个处理器、存储器(例如非易失性存储器)、内存和通信接口，并且至少一个处理器、存储器、内存和通信接口经由总线连接在一起。至少一个处理器执行在存储器中存储或编码的至少一个计算机可读指令。
51.应该理解，在存储器中存储的计算机可执行指令当执行时使得至少一个处理器进行本说明书的实施例中的各种操作和功能。
52.在本说明书的实施例中，电子设备可以包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、工作站、桌面型计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、移动电子设备、智能电话、平板计算机、蜂窝电话、个人数字助理(pda)、手持装置、消息收发设备、可佩戴电子设备、消费电子设备等等。
53.根据一个实施例，提供了一种比如机器可读介质的程序产品。机器可读介质可以具有指令(即，上述以软件形式实现的元素)，该指令当被机器执行时，使得机器执行本说明书的实施例中描述的各种操作和功能。具体地，可以提供配有可读存储介质的系统或者装置，在该可读存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机或处理器读出并执行存储在该可读存储介质中的指令。
54.在这种情况下，从可读介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此机器可读代码和存储机器可读代码的可读存储介质构成了本说明书的一部分。
55.可读存储介质的实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如cd-rom、cd-r、cd-rw、dvd-rom、dvd-ram、dvd-rw、dvd-rw)、磁带、非易失性存储卡和rom。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上或云上下载程序代码。
56.本领域技术人员应当理解，上面公开的各个实施例可以在不偏离发明实质的情况下做出各种变形和修改。因此，本说明书的保护范围应当由所附的权利要求书来限定。
57.需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和单元都是必须
的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或单元。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行确定。上述各实施例中描述的装置结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些单元可能由同一物理客户实现，或者，有些单元可能分由多个物理客户实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
58.以上各实施例中，硬件单元或模块可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元、模块或处理器可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，fpga或asic)来完成相应操作。硬件单元或处理器还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。
59.上面结合附图阐述的具体实施方式描述了示例性实施例，但并不表示可以实现的或者落入权利要求书的保护范围的所有实施例。在整个本说明书中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
60.本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所对应的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。