一種刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角的測量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)床性能測試技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角的測量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超精密機(jī)床正日益廣泛的應(yīng)用到機(jī)械制造尤其是高精度模具領(lǐng)域。由于被加工件一般都對尺寸精度以及表面形貌紋理等有極高要求，除機(jī)床自身幾何精度外，刀具末端的變形量對尺寸精度也有顯著影響。為了提高被加工件精度和控制形貌紋理，考慮刀具跳動(dòng)的切削力建模以及形貌紋理算法變得尤為重要，其中刀具跳動(dòng)量以及刀刃初始角通過實(shí)驗(yàn)測得。如圖1所示，所述刀具跳動(dòng)量為由刀具實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)中心指向刀具理論中心矢量的模AD;所謂初始角為刀具上特定齒與理論中心的連線與刀具跳動(dòng)矢量之間的夾角Θ。
[0003]目前的刀具跳動(dòng)量測量的裝置及方法，重點(diǎn)都放在主軸性能的評估方面，對刀具跳動(dòng)量以及刀刃初始角同時(shí)進(jìn)行測量裝置及方法鮮有見之。在中國發(fā)明專利說明書CN200920129369.7中公開了一種高精度電機(jī)主軸跳動(dòng)無接觸測量結(jié)構(gòu)的改良。它在主軸行進(jìn)位置的前后相對位設(shè)有光源裝置及光敏組件，使光源裝置的一部光源射向主軸，而余光則由光敏組件接收，光敏組件可將在主軸遮光的變化所感知的光量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出并整理，這樣可得到精確的主軸跳動(dòng)的測量數(shù)據(jù)結(jié)果。但該專利只能單一的測量主軸跳動(dòng)量，不能用于測量刀刃初始角，功能相對簡單，應(yīng)用范圍也相對狹窄。由于銑削刀具在使用時(shí)都進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)有技術(shù)一般都將刀具考慮成圓柱體來進(jìn)行刀具跳動(dòng)量測量，沒有考慮刀齒在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的具體相位分布，能滿足如主軸性能評估等一般應(yīng)用場合，但在一些特定場合，如高精加工銑削工藝研宄中，需要實(shí)時(shí)獲取刀刃相對于實(shí)際旋轉(zhuǎn)中心的位置分布，針對這點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)還無法滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是同步測量刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角，本發(fā)明提出的相關(guān)裝置及方法可以同步完成主軸跳動(dòng)量及刀刃初始角的測量。本專利提出的裝置通過兩個(gè)激光位移傳感器同時(shí)采集刀柄跳動(dòng)量及刀齒跳動(dòng)量。前者數(shù)據(jù)用于計(jì)算刀具跳動(dòng)量，后者數(shù)據(jù)與前者數(shù)據(jù)共同用于確定刀刃初始角。測量數(shù)據(jù)通過串口通信，交由上位機(jī)處理，能夠達(dá)到自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，減小人員工作量。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述功能，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角的測量裝置，所述測量裝置包括機(jī)械測量系統(tǒng)，其中:
[0006]所述機(jī)械測量系統(tǒng)包括第一激光位移傳感器、第二激光位移傳感器、旋轉(zhuǎn)支架、旋轉(zhuǎn)底座與安裝底座，其中所述第一激光位移傳感器、第二激光位移傳感器固定于旋轉(zhuǎn)支架上，所述第一激光位移傳感器的激光射線與刀具的刀柄軸線相交，所述第二激光位移傳感器的激光射線與刀具的刀刃軸線相交，所述第一激光位移傳感器、第二激光位移傳感器的激光射線構(gòu)成一個(gè)豎直平面；所述旋轉(zhuǎn)支架通過旋轉(zhuǎn)支架安裝螺栓與旋轉(zhuǎn)底座相固定；所述旋轉(zhuǎn)底座通過軸承與安裝底座構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副；所述安裝底座安裝在機(jī)械工作臺(tái)上。
[0007]過一步地，所述測量裝置還包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括上位機(jī)、串口通信電纜、下位機(jī)以及傳感器專用電纜，其中所述上位機(jī)通過串口通信電纜與下位機(jī)相連；所述下位機(jī)通過傳感器專用電纜與機(jī)械測量系統(tǒng)連接，所述下位機(jī)用于將第一激光位移傳感器、第二激光位移傳感器采集的位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成上位機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)，所述上位機(jī)用于根據(jù)下位機(jī)傳過來的第一激光位移傳感器、第二激光位移傳感器的兩組數(shù)據(jù)計(jì)算刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角。
[0008]進(jìn)一步地，所述第一激光位移傳感器用于采集刀柄處跳動(dòng)，刀柄處跳動(dòng)的波峰波谷差值的一半即為刀具跳動(dòng)量；第二激光位移傳感器用于采集刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)刀齒相對第二激光位移傳感器的位移數(shù)據(jù)。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括旋轉(zhuǎn)定位壓塊，所述旋轉(zhuǎn)定位壓塊通過旋轉(zhuǎn)定位壓塊安裝螺栓與旋轉(zhuǎn)底座相固定。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括旋轉(zhuǎn)定位螺栓，旋轉(zhuǎn)定位螺栓穿過旋轉(zhuǎn)定位壓塊上的螺孔與安裝底座相接觸，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)定位螺栓可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)底座與安裝底座的旋轉(zhuǎn)或固定。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，其中所述第一激光位移傳感器、第二激光位移傳感器通過成對激光位移傳感器固定螺栓與旋轉(zhuǎn)支架相固定。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述安裝底座通過磁力安裝在機(jī)械工作臺(tái)上。
[0013]按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基于上述裝置的刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角的測量方法，包括:
[0014]計(jì)算刀柄處第一激光位移傳感器測得的位移數(shù)據(jù)的最大值與最小值的差值，差值的一半即為刀具跳動(dòng)量；
[0015]對于單齒刀具，記錄刀刃處第二激光位移傳感器測得的位移數(shù)據(jù)的任一波峰對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，并計(jì)算刀柄處第一激光位移傳感器測得的位移數(shù)據(jù)中最臨近波峰的旋轉(zhuǎn)角度，兩者的差值為刀刃初始角；
[0016]對于多齒刀具，測量前記錄第一個(gè)被測刀刃的編號(hào)，其后通過統(tǒng)計(jì)刀刃處第二激光位移傳感器測得的位移數(shù)據(jù)的波峰的個(gè)數(shù)，判斷波峰所對應(yīng)刀刃編號(hào)，根據(jù)所需求解刀刃選取對應(yīng)波峰，記錄該波峰對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度，并計(jì)算刀柄處第一激光位移傳感器測得的位移數(shù)據(jù)中最臨近波峰的旋轉(zhuǎn)角度，兩者的差值為所求刀刃初始角。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018](I)使用兩個(gè)激光位移傳感器同步采樣刀具的刀柄跳動(dòng)量及刀刃跳動(dòng)量，并通過計(jì)算獲取刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角，所測數(shù)據(jù)結(jié)果可靠，操作便捷，自動(dòng)化程度高，現(xiàn)有技術(shù)多關(guān)注刀具跳動(dòng)量的測量，無法完成刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角的同步測量。
[0019](2)兩個(gè)激光位移傳感器所采樣數(shù)據(jù)均通過下位機(jī)轉(zhuǎn)換后交由上位機(jī)處理，不需要人工計(jì)算，將求解算法程序化后實(shí)現(xiàn)自主采集、自主計(jì)算刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角。
[0020](3)激光位移傳感器安裝于旋轉(zhuǎn)支架上，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)定位螺栓可使旋轉(zhuǎn)支架處于可以繞安裝底座做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，通過旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支架可以得知激光射線對準(zhǔn)效果，并通過調(diào)節(jié)安裝底座位置或者激光位移傳感器本身位置來實(shí)現(xiàn)激光射線與刀柄或刀刃軸線的相交，完成對準(zhǔn)后可以通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)定位螺栓可使旋轉(zhuǎn)支架處于相對安裝底座固定的狀 ??τ O
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角的測量原理圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角的求解原理圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)工作原理圖；
[0024]圖4是本發(fā)明的機(jī)械測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖5是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用戶界面截圖；
[0026]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0027]1、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2、上位機(jī)3、串口通信電纜4、下位機(jī)5、傳感器專用電纜6、機(jī)械測量系統(tǒng)7、主軸8、激光位移傳感器固定螺栓9、第一激光位移傳感器10、旋轉(zhuǎn)支架11、旋轉(zhuǎn)底座12、安裝底座13、旋轉(zhuǎn)定位壓塊14、旋轉(zhuǎn)定位螺栓15、軸承16、旋轉(zhuǎn)定位壓塊安裝螺栓17、旋轉(zhuǎn)支架安裝螺栓18、銑刀19、第二激光位移傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0029]如圖3和圖4所示，本發(fā)明提供了一種用于刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角的測量裝置，該裝置包括機(jī)械測量系統(tǒng)6其中:
[0030]所述機(jī)械測量系統(tǒng)6包括第一激光位移傳感器9、第二激光位移傳感器19、旋轉(zhuǎn)支架10、旋轉(zhuǎn)底座11與安裝底座12，其中所述第一激光位移傳感器9、第二激光位移傳感器19固定于旋轉(zhuǎn)支架10上，所述第一激光位移傳感器9的激光射線與刀具的刀柄軸線相交，所述第二激光位移傳感器19的激光射線與刀具的刀刃軸線相交，所述第一激光位移傳感器9、第二激光位移傳感器19的激光射線構(gòu)成一個(gè)豎直平面；所述旋轉(zhuǎn)支架10通過旋轉(zhuǎn)支架安裝螺栓17與旋轉(zhuǎn)底座11相固定；所述旋轉(zhuǎn)底座11通過軸承15與安裝底座12構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副；所述安裝底座12安裝在機(jī)械工作臺(tái)上。
[0031]進(jìn)一步地，如圖3所示，所述測量裝置還包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1，其中所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)I包括上位機(jī)2、串口通信電纜3、下位機(jī)4以及傳感器專用電纜5，其中所述上位機(jī)2通過串口通信電纜3與下位機(jī)4相連；所述下位機(jī)4通過傳感器專用電纜5與機(jī)械測量系統(tǒng)6連接，所述下位機(jī)4用于將第一激光位移傳感器9、第二激光位移傳感器19采集的位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成上位機(jī)2能夠處理的數(shù)據(jù)，所述上位機(jī)2用于根據(jù)下位機(jī)4傳過來的第一激光位移傳感器9、第二激光位移傳感器19的兩組數(shù)據(jù)計(jì)算刀具跳動(dòng)量及刀刃初始角。
[0032]其中，對于第一激光位移傳感器9、第二激光位移傳感器19，所述第一激光位移傳感器9用于采集刀柄處跳動(dòng)，刀柄處跳動(dòng)的波峰波谷差值的一半即為刀具跳動(dòng)量；第二激光位移傳感器19用于采集刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)刀齒相對第二激光位移傳感器19的位移數(shù)據(jù)。
[0033]進(jìn)一步地，如圖4所示，所述裝置還包括旋轉(zhuǎn)定位壓塊13，所述旋轉(zhuǎn)定位壓塊13通過旋轉(zhuǎn)定位壓塊安裝螺栓16與旋轉(zhuǎn)底座11相固定。
[0034]進(jìn)一步地，如圖4所示，所述裝置還包括旋轉(zhuǎn)定位螺栓14，旋轉(zhuǎn)定位螺栓14穿過旋轉(zhuǎn)定位壓塊13上的螺孔與安裝底座12相接觸，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)定位螺栓14可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)底座11與安裝底座12的旋轉(zhuǎn)或固定。
[0035]在將第一激光位移傳感器9的激光射線對準(zhǔn)刀柄的軸線時(shí)，可以通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)支架10，觀察位移數(shù)據(jù)的變化量大小，來判斷對準(zhǔn)的效果，并通過調(diào)整安裝底座