一種超精密車削對刀裝置制造方法
【專利摘要】一種超精密車削對刀裝置，屬于超精密加工【技術領域】。其安裝方便快捷，成本低廉，對刀精度高，對刀分辨率可調，是解決超精密車削對刀難題的有效手段。對刀裝置基座固定于機床主軸的上端，對刀裝置基座的前端固定安裝有快換夾頭，光學系統(tǒng)安裝座通過快換夾頭夾持固定，光學顯微鏡固定在光學系統(tǒng)安裝座上，CCD圖像傳感器與光學顯微鏡連接，且光學顯微鏡位于CCD圖像傳感器的下端，刀具安裝在刀架上，刀架的滑塊滑動設置在刀架安裝座的滑槽內，刀架安裝座的滑槽與機床Z向導軌滑動配合，機床主軸固定在超精密機床上，超精密機床的滑槽與機床X向導軌滑動配合。本發(fā)明用于超精密車削對刀。
【專利說明】一種超精密車削對刀裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于超精密加工【技術領域】，具體的說是一種超精密車削對刀裝置。
【背景技術】
[0002]在數(shù)控車削加工中，應首先確定零件的加工原點，以建立準確的加工坐標系，同時要考慮刀具尺寸不同對加工的影響，這些都需要通過對刀來解決。對刀的目的是在機床上建立工件坐標系，是必不可少的一項非常重要的操作內容。
[0003]對刀的精度和效率直接影響了產(chǎn)品的加工質量和生產(chǎn)效率，因此尋找適合的刀具對刀方法，提高對刀速度和精度，減少加工誤差和對刀時間，對于車削加工來說是提高生產(chǎn)效率，保證經(jīng)濟效益的有效手段之一。
[0004]在數(shù)控車削加工中，對刀的基本方法有手動對刀和自動對刀等。對于常規(guī)精度零件的車削加工，手動對刀其原理簡單、方法直觀易掌握及適用性廣而被廣泛采用，如試切法，塞尺對刀法，頂尖對刀法等，但其對刀效率及對刀精度均較低，不適合超精密車削機床。而目前的自動對刀方法如對刀儀對刀法等，雖對刀效率較高，但結構復雜，成本較高，且一般達不到超精密加工的要求。電感測微儀法雖能達到2?3Mm的對刀精度，但其結構復雜，操作繁瑣，成本較高。
[0005]對于超精密車削而言，對刀精度已成為影響加工精度的一項主要因素。目前雖有一種基于圖像處理的雙C⑶對刀裝置，但由于兩個C⑶獲取的圖像間的匹配誤差等因素，并不能滿足超精密車削加工的要求，且其系統(tǒng)較為復雜，成本較高。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種超精密車削對刀裝置，其安裝方便快捷，成本低廉，對刀精度高，對刀分辨率可調，是解決超精密車削對刀難題的有效手段。
[0007]本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是:
一種超精密車削對刀裝置，包括機械系統(tǒng)和光學系統(tǒng)，所述的機械系統(tǒng)包括對刀裝置基座、快換夾頭、光學系統(tǒng)安裝座、刀具、刀架、刀架安裝座、機床Z向導軌和機床X向導軌，所述的光學系統(tǒng)包括CCD圖像傳感器和光學顯微鏡，
所述的對刀裝置基座固定于機床主軸的上端，對刀裝置基座的前端固定安裝有快換夾頭，光學系統(tǒng)安裝座通過快換夾頭夾持固定，光學顯微鏡固定在光學系統(tǒng)安裝座上，CCD圖像傳感器與光學顯微鏡連接，且光學顯微鏡位于CCD圖像傳感器的下端，刀具安裝在刀架上，刀架的下端設有滑塊，刀架安裝座的上端面設有與刀架的滑塊形狀相匹配的滑槽，刀架的滑塊滑動設置在刀架安裝座的滑槽內，刀架安裝座的下端面設有與機床Z向導軌相匹配的滑槽，刀架安裝座的滑槽與機床Z向導軌滑動配合，機床主軸固定在超精密機床上，超精密機床的下端面設有與機床X向導軌相匹配的滑槽，超精密機床的滑槽與機床X向導軌滑動配合。
[0008]進一步的是，所述的光學系統(tǒng)還包括照明光源；所述的照明光源安裝在光學顯微鏡上。
[0009]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下有益效果:
1、本發(fā)明通過對刀裝置基座固定于機床主軸的上端，將光學系統(tǒng)固定于光學系統(tǒng)安裝座上，根據(jù)不同的對刀條件，可通過更換光學顯微鏡物鏡的放大倍數(shù)來提供不同的對刀分辨率；通過快換夾頭可實現(xiàn)光學系統(tǒng)的快速精確定位；初次安裝時通過試切法對光學系統(tǒng)位置進行標定從而使光學系統(tǒng)定位機床的某一確定坐標位置；通過測量工件原點與機床某一固定點的距離關系即可獲取光學系統(tǒng)定位點與工件原點間的坐標關系；通過CCD圖像傳感器和光學顯微鏡標定刀具的水平坐標位置，并通過CCD圖像傳感器的調焦算法標定刀尖的垂直高度；在外部計算機和運動控制器的控制下實現(xiàn)刀尖在機床Z向和機床X向的調節(jié)。當?shù)都獾竭_光學系統(tǒng)標定的坐標位置時便可獲知刀尖與工件原點的坐標關系，即完成了對刀過程。
[0010]2、快換夾頭采用鋼球鎖緊光學系統(tǒng)安裝座，夾緊可靠，在工作中不會松動脫落，結構簡單，徑向尺寸小，操作方便，僅用單手進行推或拉，即可在1~2秒的時間內裝卸光學系統(tǒng)。其定位精度為2Mm。
[0011]3、光學顯微鏡的放大作用主要取決于物鏡。物鏡是決定顯微鏡的分辨率和成像清晰程度的主要部件，所以對物鏡的校正是很重要的。本裝置使用10倍無窮遠物鏡(可更換其他倍數(shù)無窮遠物鏡)與工業(yè)CXD (300萬像素，2048*1536分辨率)相配合可達到0.3Mm的
數(shù)字分辨率。
[0012]綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下突出的主要效果:
.1、根據(jù)不同的對刀條件，通過更換光學顯微鏡物鏡的放大倍數(shù)來提供不同的對刀分辨
率；
.2、通過快換夾頭實現(xiàn)光學系統(tǒng)的快速更換及精確定位；
.3、通過光學顯微鏡和工業(yè)CXD的配合工作，最終可達到小于3Mm的定位精度；
.4、通過CXD圖像傳感器和光學顯微鏡實現(xiàn)機床水平坐標的標定，同時通過光學系統(tǒng)的調焦算法標定機床垂直高度坐標，從而實現(xiàn)對車刀空間三維坐標的定位；
.5、通過測量工件原點與機床某一固定點的距離關系即可獲取光學系統(tǒng)定位點與工件原點間的坐標關系；
.6、通過固定于機床的光學系統(tǒng)標定一個空間三維坐標，調整車刀的位置，當車刀刀尖到達該坐標位置后，通過機床坐標系的轉換即可完成對刀操作；
. 7、本發(fā)明具有安裝方便快捷，成本低廉，對刀精度高，對刀分辨率可調等優(yōu)勢，是解決超精密車削對刀難題的有效手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的整體結構立體圖。
[0014]圖2是圖1的主視圖。
[0015]圖3是圖1的俯視圖。
[0016]圖4是圖1的右側視圖。
[0017]圖中:1.CCD圖像傳感器；2.光學系統(tǒng)安裝座；3.光學顯微鏡；4.刀具；5.刀架；6.刀架安裝座；7.機床Z向導軌；8.機床X向導軌；9.超精密機床；10.機床主軸；11.照明光源；12.快換夾頭；13.對刀裝置基座；14.外部計算機；15.運動控制器。
【具體實施方式】
[0018]下面結合【專利附圖】

【附圖說明】和實施例對本發(fā)明專利進一步說明，但不限定本發(fā)明。
[0019]如圖1至圖4所示，一種超精密車削對刀裝置，包括機械系統(tǒng)和光學系統(tǒng)，所述的機械系統(tǒng)包括對刀裝置基座13、快換夾頭12、光學系統(tǒng)安裝座2、刀具4、刀架5、刀架安裝座6、機床Z向導軌7和機床X向導軌8,所述的光學系統(tǒng)包括(XD圖像傳感器I和光學顯微鏡3，
所述的對刀裝置基座13固定于機床主軸10的上端，對刀裝置基座13的前端固定安裝有快換夾頭12，光學系統(tǒng)安裝座2通過快換夾頭12夾持固定，光學顯微鏡3固定在光學系統(tǒng)安裝座2上，CXD圖像傳感器I與光學顯微鏡3連接，且光學顯微鏡3位于CXD圖像傳感器I的下端，刀具4安裝在刀架5上，刀架5的下端設有滑塊，刀架安裝座6的上端面設有與刀架5的滑塊形狀相匹配的滑槽，刀架5的滑塊滑動設置在刀架安裝座6的滑槽內，刀架安裝座6的下端面設有與機床Z向導軌7相匹配的滑槽，刀架安裝座6的滑槽與機床Z向導軌7滑動配合，機床主軸10固定在超精密機床9上，超精密機床9的下端面設有與機床X向導軌8相匹配的滑槽，超精密機床9的滑槽與機床X向導軌8滑動配合。
[0020]快換夾頭12的型號為3R-628_28_S，為市場采購件。
[0021]根據(jù)不同的對刀條件，可通過更換光學顯微鏡3物鏡的放大倍數(shù)來提供不同的對刀分辨率；通過快換夾頭12即可實現(xiàn)光學系統(tǒng)的快速更換及精確定位；通過光學系統(tǒng)位置標定從而使光學系統(tǒng)定位機床的某一確定坐標位置；外部計算機14通過運動控制器15控制，實現(xiàn)刀尖在機床Z向導軌7方向和機床X向導軌8方向的位置調節(jié)，當?shù)都獾竭_光學系統(tǒng)標定的三維坐標位置時便可獲知刀尖與工件原點的坐標關系，即完成了對刀過程。
[0022]所述的光學系統(tǒng)還包括照明光源11 ;所述的照明光源11安裝在光學顯微鏡3上，用于光學顯微鏡3照明。
[0023]本發(fā)明提供的總的工作過程是:包括光學系統(tǒng)安裝定位和機床對刀兩個過程。
[0024]光學系統(tǒng)安裝定位過程為:初次使用時，將本裝置通過對刀裝置基座13固定于機床主軸10之上,將光學系統(tǒng)固定于光學系統(tǒng)安裝座2,根據(jù)不同的對刀分辨率要求,選擇合適放大倍數(shù)的光學顯微鏡物鏡的光學系統(tǒng)，通過快換夾頭12可實現(xiàn)光學系統(tǒng)的快速精確定位；初次安裝時通過試切法確定主軸的空間三維坐標位置，調整光學系統(tǒng)使刀尖處于視場中即可獲取刀尖的水平坐標，通過調焦算法確定刀尖的垂直高度，測量工件與主軸間的位置關系從而標定光學系統(tǒng)與主軸的坐標關系。
[0025]機床對刀過程為:通過測量工件原點與機床主軸間的距離關系并將相關數(shù)據(jù)輸入外部計算機中，即可獲取光學系統(tǒng)定位點與工件原點間的坐標關系；在外部計算機14和運動控制器15的控制下實現(xiàn)刀尖在機床Z向和機床X向的調節(jié)，從而將刀尖移動至視場中，通過CXD圖像傳感器I和光學顯微鏡3標定刀具4的水平坐標位置，調整刀尖高度使刀尖圖像最清晰，當?shù)都獾竭_光學系統(tǒng)標定的坐標位置時便可獲知刀尖與工件原點的坐標關系即完成了對刀過程。
【權利要求】
1.一種超精密車削對刀裝置，包括機械系統(tǒng)和光學系統(tǒng)，其特征是:所述的機械系統(tǒng)包括對刀裝置基座(13)、快換夾頭(12)、光學系統(tǒng)安裝座(2)、刀具(4)、刀架(5)、刀架安裝座(6)、機床Z向導軌(7)和機床X向導軌(8)，所述的光學系統(tǒng)包括CCD圖像傳感器(I)和光學顯微鏡(3), 所述的對刀裝置基座(13)固定于機床主軸(10)的上端，對刀裝置基座(13)的前端固定安裝有快換夾頭(12)，光學系統(tǒng)安裝座(2)通過快換夾頭(12)夾持固定，光學顯微鏡(3)固定在光學系統(tǒng)安裝座(2)上，CCD圖像傳感器(I)與光學顯微鏡(3)連接，且光學顯微鏡(3)位于CCD圖像傳感器(I)的下端，刀具(4)安裝在刀架(5)上，刀架(5)的下端設有滑塊，刀架安裝座(6)的上端面設有與刀架(5)的滑塊形狀相匹配的滑槽，刀架(5)的滑塊滑動設置在刀架安裝座(6)的滑槽內，刀架安裝座(6)的下端面設有與機床Z向導軌(7)相匹配的滑槽，刀架安裝座(6)的滑槽與機床Z向導軌(7)滑動配合，機床主軸(10)固定在超精密機床(9)上，超精密機床(9)的下端面設有與機床X向導軌(8)相匹配的滑槽，超精密機床(9)的滑槽與機床X向導軌(8)滑動配合。
2.如權利要求1所述的一種超精密車削對刀裝置，其特征是:所述的光學系統(tǒng)還包括照明光源(11);所述的照明光·源(11)安裝在光學顯微鏡(3)上。
【文檔編號】B23B25/06GK103706816SQ201310730009
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權日:2013年12月26日
【發(fā)明者】趙學森, 李增強, 胡振江, 孫濤, 陳龍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學