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

背景技術：

現(xiàn)今在眾多領域對高精密微型零件的需求正在不斷劇增，尤其是在航空航天、生物醫(yī)學、電子通訊和環(huán)保技術等領域。微銑削加工技術在加工復雜微型零部件方面有著其獨特的優(yōu)勢，因為微銑削加工技術出現(xiàn)相對較晚，且相對于宏觀銑削加工技術有著其特有的尺寸效應等特性，國內(nèi)外眾多學者紛紛對其銑削過程的加工機理進行研究，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理研究還處于發(fā)展階段。在微銑削加工機理的研究過程中，刀具的偏心量是影響模型精確性的關鍵變量，從而準確提取刀具偏心量顯得至關重要。

刀具的偏心通常被當作主軸的回轉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，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。

目前關于偏心量提取的方法有很多種，包括：采用銑削力實驗數(shù)據(jù)代入銑削力模型進行反向標定；采用千分表測量各個刀齒旋轉半徑之間的差值代入理論模型進行求解；采用實際測量的表面形貌與其理論模型進行分析反向標定。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，提取方法復雜，操作繁瑣，難度較大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術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)明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：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時對應時刻t₁的時間差Δt₁乘以刀具主軸轉速，刀具主軸轉速已知，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半軸區(qū)域內(nèi)的刀齒F和刀具主軸回轉中心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端E經(jīng)過激光位移傳感器Ⅰ的對應時刻t₃的時間差Δt₂乘以刀具主軸轉速，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固定在豎直設置的傳感器支架上，所述傳感器支架固定在水平設置的分度盤上，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有一手動搖把。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：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，易于實現(xiàn)對刀具偏心量的精確提取，可操作性好、可移植性強，可應用于微銑削加工技術領域，實用性強，市場前景廣闊，易于推廣應用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明應用的結構示意圖；

圖2為應用本發(fā)明的刀具偏心示意圖；

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

圖4為本發(fā)明應用時傳感器Ⅰ的測量示意圖；

圖5為本發(fā)明應用時傳感器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端。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

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時對應時刻t₁的時間差Δt₁乘以刀具主軸轉速，刀具主軸轉速已知而時間差Δt₁可通過步驟二)獲得；γ₂-離偏心線最近且處于偏心負半軸區(qū)域內(nèi)的刀齒F和刀具主軸回轉中心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端E經(jīng)過激光位移傳感器Ⅰ6的對應時刻t₃的時間差Δt₂乘以刀具主軸轉速，主軸轉速已知而時間差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固定在豎直設置的傳感器支架5上，所述傳感器支架5固定在水平設置的分度盤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固定在微銑削機床工作臺上。

在本實施例中，為了增強可操作性，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。

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