[发明专利]一种刀具跳动量及刀刃初始角的测量方法及装置有效
申请号: | 201410705822.X | 申请日: | 2014-11-27 |
公开(公告)号: | CN104526464A | 公开(公告)日: | 2015-04-22 |
发明(设计)人: | 彭芳瑜;周林;姚培锋;闫蓉;占策;杨岑岑;闵壮 | 申请(专利权)人: | 华中科技大学 |
主分类号: | B23Q17/09 | 分类号: | B23Q17/09;B23Q17/24 |
代理公司: | 华中科技大学专利中心 42201 | 代理人: | 曹葆青 |
地址: | 430074 湖北*** | 国省代码: | 湖北;42 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 刀具 跳动 刀刃 初始 测量方法 装置 | ||
技术领域
本发明属于机床性能测试技术领域,更具体地,涉及一种刀具跳动量及刀刃初始角的测量方法及装置。
背景技术
超精密机床正日益广泛的应用到机械制造尤其是高精度模具领域。由于被加工件一般都对尺寸精度以及表面形貌纹理等有极高要求,除机床自身几何精度外,刀具末端的变形量对尺寸精度也有显著影响。为了提高被加工件精度和控制形貌纹理,考虑刀具跳动的切削力建模以及形貌纹理算法变得尤为重要,其中刀具跳动量以及刀刃初始角通过实验测得。如图1所示,所述刀具跳动量为由刀具实际转动中心指向刀具理论中心矢量的模ΔD;所谓初始角为刀具上特定齿与理论中心的连线与刀具跳动矢量之间的夹角θ。
目前的刀具跳动量测量的装置及方法,重点都放在主轴性能的评估方面,对刀具跳动量以及刀刃初始角同时进行测量装置及方法鲜有见之。在中国发明专利说明书CN200920129369.7中公开了一种高精度电机主轴跳动无接触测量结构的改良。它在主轴行进位置的前后相对位设有光源装置及光敏组件,使光源装置的一部光源射向主轴,而余光则由光敏组件接收,光敏组件可将在主轴遮光的变化所感知的光量信号转换成相应的电信号输出并整理,这样可得到精确的主轴跳动的测量数据结果。但该专利只能单一的测量主轴跳动量,不能用于测量刀刃初始角,功能相对简单,应用范围也相对狭窄。由于铣削刀具在使用时都进行高速旋转运动,现有技术一般都将刀具考虑成圆柱体来进行刀具跳动量测量,没有考虑刀齿在旋转运动中的具体相位分布,能满足如主轴性能评估等一般应用场合,但在一些特定场合,如高精加工铣削工艺研究中,需要实时获取刀刃相对于实际旋转中心的位置分布,针对这点,现有技术还无法满足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是同步测量刀具跳动量及刀刃初始角,本发明提出的相关装置及方法可以同步完成主轴跳动量及刀刃初始角的测量。本专利提出的装置通过两个激光位移传感器同时采集刀柄跳动量及刀齿跳动量。前者数据用于计算刀具跳动量,后者数据与前者数据共同用于确定刀刃初始角。测量数据通过串口通信,交由上位机处理,能够达到自动化标准,减小人员工作量。
为了实现上述功能,按照本发明的一个方面,提出了一种刀具跳动量及刀刃初始角的测量装置,所述测量装置包括机械测量系统,其中:
所述机械测量系统包括第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、旋转支架、旋转底座与安装底座,其中所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器固定于旋转支架上,所述第一激光位移传感器的激光射线与刀具的刀柄轴线相交,所述第二激光位移传感器的激光射线与刀具的刀刃轴线相交,所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器的激光射线构成一个竖直平面;所述旋转支架通过旋转支架安装螺栓与旋转底座相固定;所述旋转底座通过轴承与安装底座构成旋转副;所述安装底座安装在机械工作台上。
过一步地,所述测量装置还包括数据处理系统,其中所述数据处理系统包括上位机、串口通信电缆、下位机以及传感器专用电缆,其中所述上位机通过串口通信电缆与下位机相连;所述下位机通过传感器专用电缆与机械测量系统连接,所述下位机用于将第一激光位移传感器、第二激光位移传感器采集的位移数据转化成上位机能够处理的数据,所述上位机用于根据下位机传过来的第一激光位移传感器、第二激光位移传感器的两组数据计算刀具跳动量及刀刃初始角。
进一步地,所述第一激光位移传感器用于采集刀柄处跳动,刀柄处跳动的波峰波谷差值的一半即为刀具跳动量;第二激光位移传感器用于采集刀具旋转时刀齿相对第二激光位移传感器的位移数据。
在本发明的一个实施例中,所述装置还包括旋转定位压块,所述旋转定位压块通过旋转定位压块安装螺栓与旋转底座相固定。
在本发明的一个实施例中,所述装置还包括旋转定位螺栓,旋转定位螺栓穿过旋转定位压块上的螺孔与安装底座相接触,调节旋转定位螺栓可实现旋转底座与安装底座的旋转或固定。
在本发明的一个实施例中,其中所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器通过成对激光位移传感器固定螺栓与旋转支架相固定。
在本发明的一个实施例中,所述安装底座通过磁力安装在机械工作台上。
按照本发明的另一方面,还提供了一种基于上述装置的刀具跳动量及刀刃初始角的测量方法,包括:
计算刀柄处第一激光位移传感器测得的位移数据的最大值与最小值的差值,差值的一半即为刀具跳动量;
对于单齿刀具,记录刀刃处第二激光位移传感器测得的位移数据的任一波峰对应的旋转角度,并计算刀柄处第一激光位移传感器测得的位移数据中最临近波峰的旋转角度,两者的差值为刀刃初始角;
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