本發(fā)明屬于微銑削加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微銑削刀具的偏心量提取方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今在眾多領(lǐng)域?qū)Ω呔芪⑿土慵男枨笳诓粩鄤≡?，尤其是在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、電子通訊和環(huán)保技術(shù)等領(lǐng)域。微銑削加工技術(shù)在加工復(fù)雜微型零部件方面有著其獨(dú)特的優(yōu)勢，因?yàn)槲娤骷庸ぜ夹g(shù)出現(xiàn)相對較晚，且相對于宏觀銑削加工技術(shù)有著其特有的尺寸效應(yīng)等特性，國內(nèi)外眾多學(xué)者紛紛對其銑削過程的加工機(jī)理進(jìn)行研究，主要包括銑削力的建模、表面形貌的建模等，目前對于微銑削加工機(jī)理研究還處于發(fā)展階段。在微銑削加工機(jī)理的研究過程中，刀具的偏心量是影響模型精確性的關(guān)鍵變量，從而準(zhǔn)確提取刀具偏心量顯得至關(guān)重要。

刀具的偏心通常被當(dāng)作主軸的回轉(zhuǎn)中心與刀具的幾何中心的偏離來處理，且基于刀具的幾何形狀完整或是誤差小于偏心量的假設(shè)，提取的偏心量是刀具的近底部的值。其中，刀具偏心量主要包括兩個參數(shù)：一、刀具偏心距離R₀(指主軸回轉(zhuǎn)中心與刀具幾何中心的偏移距離)；二、刀具偏心角度γ₀(指刀具偏離的方向與相鄰最近刀齒之間的夾角)。對于這兩個參數(shù)的提取，刀具偏心距提取相對比較容易，而刀具偏心角度提取存在一定的難度。

目前關(guān)于偏心量提取的方法有很多種，包括：采用銑削力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入銑削力模型進(jìn)行反向標(biāo)定；采用千分表測量各個刀齒旋轉(zhuǎn)半徑之間的差值代入理論模型進(jìn)行求解；采用實(shí)際測量的表面形貌與其理論模型進(jìn)行分析反向標(biāo)定。不難發(fā)現(xiàn)，上述的偏心量提取方法都有涉及理論模型，提取的精度對模型以及數(shù)值計算方法等都有很大的依賴，提取方法復(fù)雜，操作繁瑣，難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種微銑削刀具的偏心量提取方法，該方法簡單，便于操作。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種微銑削刀具的偏心量提取方法，采用以下步驟：

一)采用激光位移傳感器Ⅰ獲取微銑刀刀柄外輪廓跳動量數(shù)據(jù)，采用激光位移傳感器Ⅱ獲取銑削刀底部外輪廓跳動量數(shù)據(jù)，所述激光位移傳感器Ⅰ和所述激光位移傳感器Ⅱ測量方向與刀具主軸的旋轉(zhuǎn)中心線垂直且所處相位相同；

二)采集一個周期內(nèi)的微銑刀刀柄外輪廓跳動量數(shù)據(jù)和微銑刀底部外輪廓跳動量數(shù)據(jù)；

三)提取微銑削刀具的偏心量：

${\mathrm{\γ}}_0=\arcsin \frac{\mathrm{\Δ}h*{\mathrm{sin\γ}}_1*{\mathrm{sin\γ}}_2}{R*({\mathrm{sin\γ}}_2-{\mathrm{sin\γ}}_1)}$

$R_0=\frac{\mathrm{\Δ}h}{2}\sqrt{\frac{4*R^2-{\mathrm{\Δh}}^2}{4*R^2*{\cos }^2{\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\Δh}}^2}}$

其中，γ₀-刀具偏心角度；R₀-刀具偏心距離；R-刀具半徑；Δh-位于偏心線兩側(cè)且距離偏心線最近的刀齒C和刀齒F有效切削半徑差值，等于刀齒C與刀齒F經(jīng)過激光位移傳感器Ⅱ時跳動量數(shù)據(jù)的差值，通過步驟二)獲得；γ₁-離偏心線最近且處于偏心正半軸區(qū)域內(nèi)的刀齒C和刀具主軸回轉(zhuǎn)中心O連線與偏心線BE的夾角，等于刀齒C經(jīng)過激光位移傳感器Ⅱ時對應(yīng)時刻t₂與刀柄距離傳感器最近端B經(jīng)過激光位移傳感器Ⅰ時對應(yīng)時刻t₁的時間差Δt₁乘以刀具主軸轉(zhuǎn)速，刀具主軸轉(zhuǎn)速已知，時間差Δt₁可通過步驟二)獲得；γ₂-離偏心線最近且處于偏心負(fù)半軸區(qū)域內(nèi)的刀齒F和刀具主軸回轉(zhuǎn)中心O連線與偏心線BE的夾角，等于刀齒F經(jīng)過激光位移傳感器Ⅱ的時刻t₄與刀柄距離傳感器最遠(yuǎn)端E經(jīng)過激光位移傳感器Ⅰ的對應(yīng)時刻t₃的時間差Δt₂乘以刀具主軸轉(zhuǎn)速，時間差Δt₂通過步驟二)獲得；

所述激光位移傳感器Ⅰ和所述激光位移傳感器Ⅱ固定在豎直設(shè)置的傳感器支架上，所述傳感器支架固定在水平設(shè)置的分度盤上，所述激光位移傳感器Ⅰ和所述激光位移傳感器Ⅱ測量方向沿所述分度盤的同一徑向設(shè)置且所處相位相同；

所述分度盤安裝在Z向精密位移平臺上，所述Z向精密位移平臺安裝在X向精密位移平臺上，所述X向精密位移平臺安裝在Y向精密位移平臺上，所述Y向精密位移工作臺固定在微銑削機(jī)床工作臺上。

所述X向精密位移平臺、所述Y向精密位移平臺、所述Z向精密位移平臺和所述分度盤各設(shè)有一手動搖把。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：基于測量傳感器的測量數(shù)據(jù)，通過幾何計算提取微銑削刀具的偏心量，易于實(shí)現(xiàn)對刀具偏心量的精確提取，可操作性好、可移植性強(qiáng)，可應(yīng)用于微銑削加工技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)用性強(qiáng)，市場前景廣闊，易于推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明應(yīng)用的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為應(yīng)用本發(fā)明的刀具偏心示意圖；

圖3為本發(fā)明應(yīng)用時調(diào)整傳感器Ⅰ和傳感器Ⅱ測量方向相對主軸旋轉(zhuǎn)中心的位置示意圖；

圖4為本發(fā)明應(yīng)用時傳感器Ⅰ的測量示意圖；

圖5為本發(fā)明應(yīng)用時傳感器Ⅱ的測量示意及微微銑刀的偏心量提取原理圖；

圖6為本發(fā)明步驟二)采集的數(shù)據(jù)曲線圖。

圖中：1、X向精密位移平臺；2、手動搖把；3、分度盤；4、激光位移傳感器Ⅱ；5、傳感器支架；6、激光位移傳感器Ⅰ；7、刀具夾具；8、微銑刀；9、手動搖把；10、手動搖把；11、Z向精密位移平臺；12、手動搖把；13、Y向精密位移平臺；O、刀具主軸回轉(zhuǎn)中心；O′、刀齒部分幾何中心；O″、刀柄部分幾何中心；O′與O″水平投影重合；O₀、分度盤幾何中心；A、刀齒A位置；C、刀齒C位置；D、刀齒D位置；F、刀齒F位置；B、刀柄距離傳感器最近端；E、刀柄距離傳感器最遠(yuǎn)端。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

請參閱圖1～圖6，一種微銑削刀具的偏心量提取方法，采用以下步驟：

一)采用激光位移傳感器Ⅰ6獲取微銑刀刀柄外輪廓跳動量數(shù)據(jù)，采用激光位移傳感器Ⅱ4獲取銑削刀8底部外輪廓跳動量數(shù)據(jù)，所述激光位移傳感器Ⅰ6和所述激光位移傳感器Ⅱ4所處相位相同。所述微銑刀8通過刀具夾具7裝夾在刀具主軸上。

二)采用一個周期內(nèi)的微銑刀刀柄外輪廓跳動量數(shù)據(jù)和微銑刀底部外輪廓跳動量數(shù)據(jù)。

三)提取微銑削刀具的偏心量：

${\mathrm{\γ}}_0=\arcsin \frac{\mathrm{\Δ}h*{\mathrm{sin\γ}}_1*{\mathrm{sin\γ}}_2}{R*({\mathrm{sin\γ}}_2-{\mathrm{sin\γ}}_1)}$

$R_0=\frac{\mathrm{\Δ}h}{2}\sqrt{\frac{4*R^2-{\mathrm{\Δh}}^2}{4*R^2*{\cos }^2{\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\Δh}}^2}}$

其中，γ₀-刀具偏心角度；R₀-刀具偏心距離；R-刀具半徑；Δh-位于偏心線兩側(cè)且距離偏心線最近的刀齒C和刀齒F有效切削半徑差值，等于刀齒C與刀齒F經(jīng)過激光位移傳感器Ⅱ4時跳動量數(shù)據(jù)的差值，通過步驟二)可以獲得；γ₁-離偏心線最近且處于偏心正半軸區(qū)域內(nèi)的刀齒C和刀具主軸回轉(zhuǎn)中心O連線與偏心線BE的夾角，等于刀齒C經(jīng)過激光位移傳感器Ⅱ4時對應(yīng)時刻t₂與刀柄距離傳感器最近端B經(jīng)過激光位移傳感器Ⅰ6時對應(yīng)時刻t₁的時間差Δt₁乘以刀具主軸轉(zhuǎn)速，刀具主軸轉(zhuǎn)速已知而時間差Δt₁可通過步驟二)獲得；γ₂-離偏心線最近且處于偏心負(fù)半軸區(qū)域內(nèi)的刀齒F和刀具主軸回轉(zhuǎn)中心O連線與偏心線BE的夾角，等于刀齒F經(jīng)過激光位移傳感器Ⅱ4的時刻t₄與刀柄距離傳感器最遠(yuǎn)端E經(jīng)過激光位移傳感器Ⅰ6的對應(yīng)時刻t₃的時間差Δt₂乘以刀具主軸轉(zhuǎn)速，主軸轉(zhuǎn)速已知而時間差Δt₂通過步驟二)獲得。

所述激光位移傳感器Ⅰ6和所述激光位移傳感器Ⅱ4固定在豎直設(shè)置的傳感器支架5上，所述傳感器支架5固定在水平設(shè)置的分度盤3上，所述激光位移傳感器Ⅰ6和所述激光位移傳感器Ⅱ4測量方向沿所述分度盤3的同一徑向設(shè)置且所處相位相同，具體地說，為了保證所述激光位移傳感器Ⅰ6和所述激光位移傳感器Ⅱ4所取數(shù)據(jù)是同一相位的數(shù)據(jù)，須保證所述激光位移傳感器Ⅰ6和所述激光位移傳感器Ⅱ4的測量方向在同一豎直面內(nèi)、相互平行且與刀具主軸旋轉(zhuǎn)中心線垂直，兩個傳感器安裝位置除了高度外其余均保持一致。

所述分度盤3安裝在Z向精密位移平臺11上，所述Z向精密位移平臺11安裝在X向精密位移平臺1上，所述X向精密位移平臺1安裝在Y向精密位移平臺13上，所述Y向精密位移工作臺13固定在微銑削機(jī)床工作臺上。

在本實(shí)施例中，為了增強(qiáng)可操作性，所述X向精密位移平臺1、所述Y向精密位移平臺13、所述Z向精密位移平臺11和所述分度盤3各設(shè)有一手動搖把2、12、10和9。

具體操作過程分三部分：

一)傳感器位置調(diào)整

首先通過手動搖把10調(diào)整Z向精密位移工作臺11使得所述激光位移傳感器Ⅰ6和所述激光位移傳感器Ⅱ4分別對準(zhǔn)微銑刀刀柄和微銑刀底部，然后通過手動搖把2、12調(diào)整X向精密位移平臺1和Y向精密位移平臺13，使所述激光位移傳感器Ⅰ6和所述激光位移傳感器Ⅱ4位于其量程內(nèi)的合適位置。

接著啟動刀具主軸，轉(zhuǎn)速ω，通過手動搖把9調(diào)整分度盤3使得所述激光位移傳感器Ⅰ6的測量數(shù)據(jù)在一個周期內(nèi)峰-谷差值最小，即認(rèn)為所述激光位移傳感器Ⅰ6和所述激光位移傳感器Ⅱ4測量方向與刀具主軸的旋轉(zhuǎn)中心線垂直，調(diào)整過程可參閱圖3。

二)測量信號采集

刀具主軸啟動后，開啟所述激光位移傳感器Ⅰ6和所述激光位移傳感器Ⅱ4，采集一個完整周期的測量信號，如圖6所示。

三)刀具偏心量提取

如圖6所示，激光位移傳感器Ⅰ6采集的數(shù)據(jù)為虛線，其中刀柄距離傳感器最近端B經(jīng)過激光位移傳感器Ⅰ6時的跳動量為谷值、刀柄距離傳感器最遠(yuǎn)端E經(jīng)過激光位移傳感器Ⅰ6時的跳動量為峰值，所在時間軸的位置t₁與t₃確定，同樣激光位移傳感器Ⅱ4采集的數(shù)據(jù)為實(shí)線，其中離偏心線BE最近且處于偏心正半軸區(qū)域內(nèi)的刀齒C經(jīng)過激光位移傳感器Ⅱ4時跳動量為谷值，離偏心線BE最近且處于偏心負(fù)半軸區(qū)域內(nèi)的刀齒F經(jīng)過激光位移傳感器Ⅱ4時跳動量為谷值，所在時間軸位置t₂與t₄也可以確定，從而可以獲知Δt₁＝t₂-t₁、Δt₂＝t₄-t₃和Δh。

如圖5所示，γ₁與γ₂可分別表示為γ₁＝ω*Δt₁、γ₁＝ω*Δt₁，作輔助線垂直于偏心線BE且垂足為M與N，再由幾何關(guān)系，和可表示為且已知，從而可以得到刀具偏心角度γ₀。其中和又可表示為且已知，刀具偏心角度γ₀已從上面求出，從而可以得到刀具偏心距R₀。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。