[发明专利]一种高精度刀具磨损2D在线检测方法

说明书

本发明公开了一种高精度刀具磨损2D在线检测方法，包括以下步骤：预处理软质金属表面；预判刀具切削刃钝圆半径；确定测量路径；刀具压入软质金属；测量刀具磨损前凹痕轮廓；测量刀具磨损后凹痕轮廓；刀具磨损分析。本发明创新性地将刀具复刻在软质金属上留痕，通过对凹痕的扫描点数据进行拟合，获取复刻的钝圆半径大小，间接的获取了刀具的磨损状况。本发明根据接触式轮廓测量设备探针半径与刀具切削刃钝圆半径的大小关系决定是否进行补偿，从而可准确的获取刀具磨损前后扫描点坐标数据，通过对比磨损前后拟合圆半径大小可帮助我们直观的了解刀具的磨损状况，实现更高精度的磨损测量。本发明可实现刀具磨损的在线监测，有利于提高加工效率。

技术领域

本发明属于刀具磨损检测领域，特别是一种高精度的刀具磨损2D在线检测方法。

背景技术

超精密加工是现代高技术战争、高科技产业和前沿科技发展的关键技术，金刚石刀具能很好的满足超精密切削加工要求，因此金刚石刀具磨损的评价及测量技术是超精密切削的重要支撑技术，具有重大的应用前景。刀具的磨损会导致其切削性能变差，从而会降低被加工工件的加工精度，增大工件的表面粗糙度，严重的会使切削过程产生振动，影响生产效率，甚至会造成安全事故。而对刀具磨损进行检测，避免过度磨损刀具的使用是避免上述问题的有效途径，因此刀具磨损检测对保证加工质量以及降低生产安全隐患等方面具有十分重要的意义。

目前刀具磨损检测方法主要有以下几种方法：光学显微测量方法、扫描电子显微镜方法、原子力显微镜方法、超景深显微镜测量方法。其中，光学显微测量方法由于受光衍射效应的影响，微观磨损的测量可信度很低；借助扫描电子显微镜测量刀具刃口轮廓质量时，需要在刀具表面镀一层导电薄膜，这会影响检测精度，同时高能电子束也会损坏刀具，此外，利用扫描电子显微镜测量无法将磨损量化；原子力显微镜检测通过原子力探针对刀具刃口区进行扫描，获得刃口区三维形貌，进而判断刀具磨损程度，但这种方法探针与刀具刃口对准困难，使得刀具刃口的测量既费时又低效；超景深显微镜通过对刀尖Z轴方向逐层采集图像，通过堆叠生成高度图从而在三维中实现刀尖表面显微形貌的可视化，但超景深显微镜往往会受到照明方式和光学镜头的影响，不利于测量表面光滑或透明反光的物体。

中国专利CN200910031737.9提出了一种基于形状复制的数控铣削加工刀具磨损测量方法，该方法用数控机床控制刀具，将磨损前和加工时刀具多次压入复印材料，形成一系列复印孔，根据刀具形状的几何关系，通过用三坐标测量仪测量磨损前后径向距离差，进而算出后刀面磨损量。中国专利CN201010111727.9公开了一种基于槽切铣削轮廓复制的刀具磨损测量方法，也采用了类似的方法对槽切铣削刀具的磨损进行了测量。

虽然上述刀具的检测方法能在一定程度上反应刀具的磨损情况，但是当切削刃钝圆半径和三坐标测量机探针的半径处于同一数量级时，探针半径对测量结果有显著影响，检测精度不高；还存在检测步骤难以实现，检测速度慢，测量时需要拆卸刀具或工件，不能在线测量等一些问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种测量精度高、测量速度快、检测简单，同时又适用于在线检测的高精度刀具磨损2D在线检测方法。

为了实现上述目的，本发明的基本思路是：首先进行刀具切削刃钝圆半径预判，分别用磨损前后刀具加工一个工件，根据工件的形貌来预判磨损前后切削刃钝圆半径的大小。然后将未磨损和磨损后的刀具压入至软质金属中，并形成凹痕；根据预判结果，若切削刃钝圆半径远大于所用接触式轮廓测量设备探针半径，则用接触式轮廓测量设备以合适的方向扫描凹痕的轮廓，获取凹痕扫描路线上的各扫描点的坐标值；否则在用接触式轮廓测量设备测量刀具轮廓时，需要剔除探针半径的影响，进行半径补偿，从而获得刀具实际轮廓各扫描点的坐标数据。最后，用最小二乘法拟合刀具磨损前后的凹痕截面轮廓或刀具轮廓，根据刀具未磨损时的拟合钝圆半径的大小为参照值，以此为基础判断刀具的磨损程度，从而实现刀具磨损的高精度测量。

本发明的技术方案如下：一种高精度刀具磨损2D在线检测方法，包括以下步骤：