[發明專利]一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法

無效

• 申請號: 201310109266.5
• 申請日: 2013-03-31
• 公開（公告）號: CN103170877A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 曹自洋;薛曉紅;李華;殷振;郭麗華;宋娜;謝鷗;汪幫富;楊建鋒
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: B23Q15/22
• 分類號: B23Q15/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法，屬于微細制造領域。

背景技術

近年來，隨著航空航天、國防工業、現代醫學以及生物工程技術的發展，對微小型裝置的功能、結構復雜程度、可靠性的要求越來越高，從而使得對特征尺寸在微米級到毫米級、采用多種材料、且具有一定形狀精度和表面質量要求的精密微小零件的需求日益迫切。微細車削加工技術因具有多種材料適應性和精確的幾何誤差控制等優點而在微細制造技術中具有獨特的優勢，但是微細車削所采用的金剛石車刀尺寸很小，刀具的磨損檢測和更換刀具時刀具不易準確對心定位，嚴重影響微細車削的加工精度，如何精確定位金剛石車刀已經成為微細車削技術無法普及于工業應用的重大瓶頸之一。

目前可用于微型刀具定位的方法有很多，傳統刀具對心的缺陷是過于依賴人工操作經驗且耗時費力，而目前常用的接觸式刀具定位技術，其定位過程是先以一組LVDT傳感器接觸刀具的切削刃，使刀尖位置及刀刃形狀得到確認，這種方式的定位精度取決于探針的分辨率，精度一般在1-10μm之間，定位系統靈敏度低，容易因定位不準確而使金剛石車刀破損或折斷（Vibrations?of?Micro-Scale?Cutting-Tools?and?Ultra-High-Speed-Spindles-Modeling?and?Experimentation）。Kumar和Singh等人基于激光技術來檢測微型刀具-工件的接觸（A?Preliminary?Investigation?of?the?Laser?Assisted?Micromilling?Process），但是只能達到50μm的精度，定位精度過低。從上面的分析可以看出，目前已見諸文獻的車削過程中金剛石刀具的定位方法，存在種種問題，所以急迫需要開發一種新型、實用、通用的金剛石車刀精確定位的方法。

發明內容

為解決微細車削加工中金剛石刀具難以精確定位的難題，本發明目的在于一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法。

為了解決上述技術問題，實現上述目的，本發明的技術方案是：

通過CCD測量技術，提取刀具影像，計算刀尖坐標位置，然后把測量得到的刀尖位置與原始刀尖位置進行比較，在線進行誤差補償。該方法定位精度高，取代傳統刀具定位技術過于依賴人工、費時且無法在線檢測、適用性差等缺點，以保證微細車削的加工精度。

更進一步，所述測量方法首先確定金剛石車刀刀尖在坐標系中能夠精確對心的原始位置，并記錄位置坐標；

更進一步，所述測量方法通過高精度CCD測量技術，提取刀具影像，利用影像二值化等影像處理技術以及線性最小平方差法計算刀尖在CCD影像系統中的坐標位置，并檢測出金剛石車刀的三維定位誤差；

更進一步，所述測量方法把測量得到的刀尖位置與原始刀尖位置進行比較，采用次像素機器視覺技術，配合機床系統的精密運動平臺，在線進行誤差補償，提高刀具定位精度。

本發明的主要優點是：

1、刀具定位精度高，能夠實現±0.1μm的定位精度；

2、可以實現金剛石車刀的在線定位，更符合實際加工工況；

3、對各種工件材料與金剛石車刀的組合均適用，克服了傳統定位方法對刀具和工件材料的硬度、導電性等性能的限制；

4、定位速度快，節省機床的配置時間；

5、定位方式為非接觸式，提高定位精度；

6、該定位方法設備簡單，實施方便，應用前景廣闊；

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為車刀定位精度檢測裝置結構示意圖。

圖中標號名稱：1、鏡頭；2、CCD攝像機；3、定位平臺；4、工作臺；5、金剛石車刀。

具體實施方式

如圖1所示，本發明是一種微細車削過程中金剛石車刀精確定位的方法。

1、定位精度檢測試驗在自制的微型車削平臺上進行，精密定位平臺采用花崗巖工作臺和氣靜壓導軌，運動平臺的定位精度為50nm；CCD的分辨率為1392×1040，采用基于DSP的控制器實現平臺的運動，系統可實現伺服電機閉環反饋控制。

2、將金剛石車刀在初始位置精確對心，提取刀具CCD影像，設置為坐標系統的原始起點。

3、直線電機驅動器控制車刀縱向移動1mm，在此位置提取刀具影像，計算該位置在影像坐標系的坐標值。