[發明專利]一種微銑削加工中空間刀具跳動參數測量裝置及提取方法

有效

• 申請號: 202010434267.7
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111687465B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 呂榮宇;景秀并;王福軍;田延嶺;王偉杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: B23C3/00;B23C9/00;B23Q17/09
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

1.一種微銑削加工中空間刀具跳動參數的提取方法，所述提取方法采用微銑削空間刀具跳動參數測量裝置，所述測量裝置包括：

第一磁性表座(2)和第二磁性表座(3)，均固定于工作臺上；

測量組件，包括激光位移傳感器(4)、第一電容傳感器(5)和第二電容傳感器(6)；以及，

支撐組件，包括第一支撐柱(7)、第二支撐柱(8)、第三支撐柱(9)和第四支撐柱(10)，所述第一支撐柱(7)與所述第一磁性表座(2)相連、所述第二支撐柱(8)與所述第二磁性表座(3)相連，所述第三支撐柱(9)與所述激光位移傳感器(4)相連、所述第四支撐柱(10)與所述第一電容傳感器(5)和所述第二電容傳感器(6)相連，所述第一支撐柱(7)與所述第三支撐柱(9)之間能拆裝地連接、所述第二支撐柱(8)與所述第四支撐柱(10)之間能拆裝地連接；

其特征在于，所述提取方法包括以下步驟：

步驟1，獲取微銑刀(11)刀柄軸向位置Ⅰ和刀柄軸向位置Ⅱ之間的距離z₁以及刀柄軸向位置Ⅰ與刀尖的距離z₀，其中，刀柄軸向位置Ⅰ和刀柄軸向位置Ⅱ為微銑刀(11)刀柄上的任意兩個位置；

步驟2，主軸以恒定速度旋轉，采集若干個周期內的微銑刀(11)刀柄外輪廓跳動量數據以及刀尖輪廓數據，其中，采用第一電容傳感器(5)獲取刀柄軸向位置Ⅰ的外輪廓跳動量數據，采用第二電容傳感器(6)獲取刀柄軸向位置Ⅱ的外輪廓跳動量數據，采用激光位移傳感器(4)獲取刀尖輪廓數據；

步驟3，根據第一電容傳感器(5)所采集的數據獲得刀柄軸向位置Ⅰ在一個周期內的外輪廓距離最大值d_max(1)和最小值d_min(1)，根據第二電容傳感器(6)所采集的數據獲得刀柄軸向位置Ⅱ在一個周期內的外輪廓距離最大值d_max(2)和最小值d_min(2)，并獲得d_max(1)和d_max(2)之間的相位差

步驟4，通過式(1)提取刀柄軸向位置Ⅰ的跳動長度ρ(1)和刀柄軸向位置Ⅱ的跳動長度ρ(2)：

步驟5，建立機床主軸坐標系O-XYZ：Z軸為主軸回轉軸線，原點O為d_min(1)所在點P₁在Z軸上的投影點，X軸的方向為原點O指向P₁點的方向，Y軸的方向根據右手定則確定；

步驟6，在機床主軸坐標系O-XYZ中，獲得d_min(1)所在點P₁的坐標為(ρ(1),0,0)，獲得d_min(2)所在點P₂的坐標為

步驟7，通過式(2)獲得刀具軸線的方向向量

步驟8，刀具軸線的空間直線方程L_T通過方向向量及點P₁的坐標，利用對稱式方程(3)得出：

步驟9，刀具任意軸向位置的坐標通過式(3)計算出，并通過式(4)得出刀具任一點的跳動量ρ(z)：

步驟10，根據激光位移傳感器(4)的數據，獲取由于刀具偏心導致的長短切削刃的差值ΔR，刀具初始跳動角度λ(z₀)根據幾何關系由式(5)構成的方程解出：

式中，R為刀具半徑，ρ(z₀)為刀具尖端跳動量；

步驟11，刀具任意一點的跳動角度λ(z)根據刀具初始跳動角度λ(z₀)和螺旋滯后角算出，如式(6)所示：

式中，β為刀具的螺旋角，表示刀具在位置z的螺旋滯后角；z₀為刀柄軸向位置Ⅰ與刀尖的距離。

2.根據權利要求1所述的微銑削加工中空間刀具跳動參數的提取方法，其特征在于，所述激光位移傳感器(4)、所述第一電容傳感器(5)和所述第二電容傳感器(6)均垂直于微銑床(1)主軸軸線。

3.根據權利要求1所述的微銑削加工中空間刀具跳動參數的提取方法，其特征在于，所述第一電容傳感器(5)和所述第二電容傳感器(6)處于同一相位。