[发明专利]基于机床光栅尺信号的超精密车削刀具磨损实时监测方法

说明书

本发明公开了一种基于机床光栅尺信号的超精密车削刀具磨损实时监测方法，包括获取超精密机床上的车削刀具在加工光学元件时所安装溜板对应的机床光栅尺信号；将机床光栅尺信号转换得到实际坐标值；若实际坐标值的偏差值超过预设的阈值上限，则判定车削刀具存在磨损。本发明可实现完全保持原有加工系统状态的实时监测，直接利用超精密机床固有的光栅尺部件的信号实现刀具磨损的监测，无需增加辅助传感器，构造简单，完全保持原有加工系统的状态。本发明可实现极高的监测分辨率，例如超精密机床的光栅尺一般都具有1nm甚至更高的分辨率即可实现1nm以下分辨率的刀具侧位置波动，对应到刀具磨损量上，可实现亚微米量级的磨损监测。

技术领域

本发明涉及光学元件的超精密车削加工技术，具体涉及一种基于机床光栅尺信号的超精密车削刀具磨损实时监测方法。

背景技术

超精密车削技术是铜、铝等有色金属、硅、锗等晶体材料光学元件的高效低成本加工方法，得到广泛应用。在加工单晶硅、单晶氟化钙、热压多晶氟化镁等典型的硬脆材料时，金刚石车刀的耐用度较低，在短时间加工后便会发生较明显的磨损，造成加工精度和表面质量显著下降。因此，在加工过程中实时监测金刚石车刀的磨损现象，对硬脆材料的加工过程把控和加工质量的保证上，显得尤为重要。

常用的刀具磨损监测方法主要有基于显微成像等直接观测的方法，基于力传感器、加速度传感器、声发射传感器等间接观测的方法。基于显微成像的观测直接将车刀头放大，观测前后刀面和刀刃的磨损情况，必须在停机的情况下进行，无法实现加工过程中的实时观测，且对于超精密车削而言，刀具磨损量一般为微米量级甚至更小，必须使用高倍显微镜。基于力传感器、加速度传感器、声发射传感器等的观测方法，利用刀具磨损后的切削力变化、震动变化、声音变化等，实现对刀具磨损的间接监测，可实现加工过程中的实时监控，但需要在加工系统中附加传感器，改变了原有加工系统的状态，且硬件成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于机床光栅尺信号的超精密车削刀具磨损实时监测方法，本发明能够实现车削加工过程中的刀具磨损实时监测，及时掌握加工状态和加工质量，无需附加的传感器等硬件设施，监测分辨率高，尤其适用于小磨损量的刀具磨损监测。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于机床光栅尺信号的超精密车削刀具磨损实时监测方法，包括：

1)获取超精密机床上的车削刀具在加工光学元件时所安装溜板对应的机床光栅尺信号；

2)将机床光栅尺信号转换得到实际坐标值；

3)计算实际坐标值、理想坐标值之间的偏差值；

4)若偏差值超过预设的阈值上限，则判定车削刀具存在磨损。

可选地，所述机床光栅尺信号的分辨率小于10nm。

可选地，所述机床光栅尺信号的分辨率为1nm。

可选地，步骤4)之前还包括标定预设的阈值上限的步骤：针对安装在超精密机床的未磨损的车削刀具样本，在其加工光学元件时时获取所安装溜板对应的机床光栅尺信号，将机床光栅尺信号转换得到坐标值，并将得到的坐标值作为理想坐标值；将未磨损的车削刀具样本加工到可判定为磨损的临界状态，针对安装在超精密机床的处于磨损的临界状态的车削刀具样本，在其加工光学元件时时获取所安装溜板对应的机床光栅尺信号，将机床光栅尺信号转换得到坐标值，并将得到的坐标值作为临界坐标值，计算临界坐标值、理想坐标值之间的偏差值作为预设的阈值上限。

可选地，所述车削刀具所安装溜板为超精密机床上的Z轴溜板，所述实际坐标值是指加工光学元件时Z轴的实际坐标值，所述理想坐标值是指加工光学元件时Z轴的理想坐标值。