專利名稱：一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法及其裝置。屬于金屬切削加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
刀具的刃口鈍圓半徑是影響刀具切削性能的一個重要因素，直接影響切削力、切削溫度和刀具壽命及其一致性。刀具刃口的型式主要有倒圓型和橢圓型刃口。 刀具刃口鈍圓在加工結(jié)束后，需要測量刀具刃口是否達(dá)到要求的圓弧半徑值，以確定生產(chǎn)的刀具是否符合技術(shù)要求。測量刀片刃口圓弧半徑比較困難，傳統(tǒng)的刀片刃口的測量方法主要是投影法、光切法、輪廓放大法等。其中，投影法比較簡單，但對工作環(huán)境要求較高，首先必須要有投影屏，另外如果刃口與工作臺不垂直則誤差較大，且只能測出最大半徑值，不能測量橢圓刃口的長短軸；光切法雖然較精確，但測量過程繁瑣且計算復(fù)雜；輪廓放大法可以測出不同形狀的刃口半徑，但刀片的安裝定位與測量都復(fù)雜且費(fèi)時。可見已有的方法不適應(yīng)要求高效率高可靠性的現(xiàn)代化刀具生產(chǎn)的在線檢測的要求。本發(fā)明利用包絡(luò)線的原理來測量可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑，其原理是利用一組不同安裝位置的相等半徑大小的圓片與刃口相切，經(jīng)過計算得到這組圓片對刀具刃口的包絡(luò)線并轉(zhuǎn)化為刃口半徑近似大小的方法。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法缺點，實現(xiàn)了高效高精度的測量，平且對測量環(huán)境的要求較低并且可測量任意形狀的刃口形狀。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供可以在生產(chǎn)線上使用的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法及裝置，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，效率高且精度高。1)本發(fā)明一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，它是由傳感器支架、直線位移傳感器、聯(lián)軸器、滑桿支架、相切片、卡槽、滑桿和底座組成，它們之間的位置連接關(guān)系是六個直線位移傳感器在底座上固定，相鄰直線位移傳感器的軸線方向夾角相同；每個直線位移傳感器用不同高度的傳感器支架支撐；直線位移傳感器的測量頭通過聯(lián)軸器與滑桿一端相連，滑桿另一端頭部連接相同半徑的相切片(六個相切片頭部圓孔在非工作狀態(tài)下保持重合，重合點為坐標(biāo)系原點)?；瑮U從滑桿支架的中部圓孔穿過，為保證滑動順暢可以涂機(jī)油潤滑。在相切片半圓形頭部的重合點附近安裝有卡槽，將刀片卡入卡槽內(nèi)可以將相切片向后推動一段距離，而這些距離可以被采集進(jìn)PC機(jī)并在電腦內(nèi)用軟件進(jìn)行處理。所述傳感器支架是底部兩邊代凸耳、中部設(shè)置有圓孔的長方體狀件，加工方法為銑削；所述直線位移傳感器是圓柱狀件，測量范圍0 100mm，分辨力0. 05 μ m ；所述聯(lián)軸器是加工的普通小聯(lián)軸器，用定位銷與測量桿、滑桿相連，加工方法為車削；所述滑桿支架是中部設(shè)置有圓孔的L型金屬結(jié)構(gòu)支架，加工方法為鈑金或銑削；所述相切片是形狀為長方形薄板的加工零件，一端為半圓形，另一端末端帶有 6 X IOmm的凹槽，加工方法為線切割；所述卡槽是由一長方體和方形底板構(gòu)成，長方體立于方形底板角端，其中，長方體一長邊開有2X2X16mm長方形凹槽，加工方法為銑削；所述滑桿是圓柱桿狀件，加工方法為車削，并在一端沿直徑方向進(jìn)行線切割切出-厚度1mm，長度16mm的通槽，可以將相切片的凹槽插入其中，并用定位銷固定；孔。
所述底座是四分之一圓的金屬結(jié)構(gòu)件，加工方法為線切割底板后，用數(shù)控機(jī)床打
其中，該直線位移傳感器的型號規(guī)格是IL-A型(LVDT)； 其中，該聯(lián)軸器的內(nèi)徑為5-7mm ； 其中，該相切片的外形尺寸為80 X 5 X Imm ；
其中，該卡槽的長方體及底板尺寸分別為12 X 12 X 14mm和35 X 35 X 2mm; 其中，該滑桿的外形尺寸為Φ6Χ119. 5mm; 其中，該底座的半徑為200-400mm，厚度為3_5mm。2) 一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法，該方法具體步驟如下步驟一數(shù)據(jù)采集。使用時，刀具測量員將待測刀片用手插入卡槽，使刀具后刀面與卡槽凹槽的一邊相接處，同時將刀片的刃口頂?shù)娇ú鄣膬?nèi)角，該過程為定位。定位過程中，刀刃將推動六個相切片沿直線位移傳感器的軸線方向各向后移動一段距離。待刀具定位穩(wěn)定后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。直線位移傳感器的位移量用電壓差值的形式表示，經(jīng)過采集經(jīng) USB借口輸入PC機(jī)轉(zhuǎn)化為位移量，這六個位移量將經(jīng)過軟件處理得到刃口的長短軸半徑， 數(shù)據(jù)處理軟件為MATLAB。步驟二 數(shù)據(jù)處理。軟件處理的具體步驟如下1)輸入六根桿的直線位移，輸入六根桿的實際角度和相切片頭部圓形片的實際半徑(可標(biāo)定，即測量出實際角度和半徑的大小，并用軟件修正)；2)計算圓片的實際圓心位置(可標(biāo)定，即測量初始的圓心位置與原點的誤差)；3)計算六個圓兩兩相交后靠近刃口的五個交點，并用圖形輸出交點位置；4)利用六個相同大小的圓片與刀具刃口相切得到的靠近刃口的五個交點的坐標(biāo)作為數(shù)據(jù)點(非切點，但在誤差允許范圍內(nèi))，建立橢圓模型，如式(1)所示x2+Exy+Ay2+Bx+Cy+D = 0(1)其中，E = 0，因為利用兩邊呈90°的卡槽可以卡住刀片的后刀面與刀尖頂部，使坐標(biāo)系內(nèi)的橢圓為正橢圓，從而消除xy項；A為短軸與長軸的比值，B、C決定橢圓圓心的坐標(biāo)，D為常數(shù)項，χ、y分別表示橢圓曲線上一點的坐標(biāo)。5)對五個交點的坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘法擬合，轉(zhuǎn)化為線性方程，如式( 所示
(2)求出二次曲線的四個未知參數(shù)；6)轉(zhuǎn)化二次曲線公式為標(biāo)準(zhǔn)式，得到刃口的長短軸半徑和橢圓圓心。應(yīng)用本發(fā)明測量快速，精度高。經(jīng)過仿真發(fā)現(xiàn)，測量刃口半徑大于30 μ m的橢圓或圓形刃口時，精度小于15%，達(dá)到目前公認(rèn)的測量標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明適用于刀具生產(chǎn)線上的在線檢測，測量員只需將刀片卡入卡槽即可進(jìn)行讀數(shù)，得到近似結(jié)果，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)線的需求。
χ/y32 2 ~ χ γ
χ/ οχ2xy OXBχ3C——2xyyχ γχyD_ ^2 _


圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是刀刃與圓片相切部分的示意圖。圖3是數(shù)據(jù)處理流程圖。圖4是標(biāo)準(zhǔn)對比法結(jié)果示意圖。(實測數(shù)據(jù)點為20μπι和55μπι的刃口半徑)圖中符號說明如下1傳感器支架；2直線位移傳感器；3聯(lián)軸器；4滑桿支架；5相切片；6卡槽；7滑桿； 8底座。
具體實施例方式1)本發(fā)明一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，它是由傳感器支架1、直線位移傳感器2 ；聯(lián)軸器3、滑桿支架4、相切片5、卡槽6、滑桿7和底座8組成，它們之間的位置連接關(guān)系是六個直線位移傳感器2在底座8上固定，相鄰直線位移傳感器2的軸線方向夾角相同；每個直線位移傳感器2用不同高度的傳感器支架1支撐；直線位移傳感器的2 測量頭通過聯(lián)軸器3與滑桿7 —端相連，滑桿7另一端頭部連接相同半徑的相切片5(六個相切片頭部圓孔在非工作狀態(tài)下保持重合，重合點為坐標(biāo)系原點)?；瑮U7從滑桿支架 4的中部圓孔穿過，為保證滑動順暢可以涂機(jī)油潤滑。在相切片5半圓形頭部的重合點附近安裝有卡槽6，將刀片卡入直角卡槽6內(nèi)可以將相切片5向后推動一段距離，而這些距離可以被采集進(jìn)PC機(jī)并在電腦內(nèi)用軟件進(jìn)行處理。其中，該直線位移傳感器2的型號規(guī)格是IL-A型(LVDT)；該聯(lián)軸器3的內(nèi)徑為6mm;該相切片5的外形尺寸為80Χ5Χ Imm;該卡槽6的長方體及底板尺寸分別為12 X 12 X 14mm和35 X 35 X 2mm ；該滑桿7的外形尺寸為 Φ6Χ119. 5mm。測量設(shè)備底座8為一個四分之一圓的薄鋼板，圓半徑為300mm，板厚為4mm，圓心坐標(biāo)設(shè)為(0，0)；在圓心處安裝一 90°卡槽6，卡槽6兩邊距離圓心2mm，即交點為0，2)。這樣，每一次測量時，相同半徑的刃口將位于同一位置。相鄰直線位移傳感器2的軸線方向呈 10°夾角(六個圓片與底座底邊呈20°、30°、…、70° )；每個傳感器支架1為不同高度且相互交錯，以保證不同的相切片5位于不同水平面，軸線所在水平面之間的距離為1.5mm。 測量用的相切片5實際是頭部加工成15mm半圓的長方形薄板，最下面一層相切片5與最上面一層的間距為6. 5mm，即可測出尺寸大于6. 5mm刀片的刃口半徑。直線位移傳感器2精度范圍要求0. 05 0. 1 μ m,應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)時取小數(shù)點后前三位。2)本發(fā)明一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法，該方法具體步驟如下步驟一數(shù)據(jù)采集，即測量過程。由于制作誤差的存在，在正式測量前首先應(yīng)該進(jìn)行誤差標(biāo)定，標(biāo)定內(nèi)容為六個相切片5前段半圓的實際半徑、六根軸的實際軸線角度、六個相切片5前段半圓圓心的位置。將測得的數(shù)據(jù)在軟件中相應(yīng)位置(詳見表2中的算法程序)進(jìn)行修改，可以提高精度。測量時，將刀片用手卡入固定在測量設(shè)備底座8上的卡槽6， 使用頭部連有相切片5的六個直線位移傳感器2記錄刃口推動相切片5向后移動的距離， 將采集到的數(shù)據(jù)輸入PC機(jī)進(jìn)行軟件處理。步驟二 數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理軟件為MATLAB，處理流程見圖3，源代碼見表2。首先，需要對刀具刃口進(jìn)行建模。利用六個相同大小的相切片5與刀具刃口相切，求出六個相切片5靠近刃口的五個交點的坐標(biāo)，作為數(shù)據(jù)點(非切點，但在誤差允許范圍內(nèi))；建立橢圓模型，如式⑴所示x2+Exy+Ay2+Bx+Cy+D = 0(1)其中，E = 0，因為利用兩邊呈90°的卡槽6可以卡住刀片的后刀面與刀尖頂部， 使坐標(biāo)系內(nèi)的橢圓為正橢圓，從而消除xy項；A為短軸與長軸的比值，B、c決定橢圓圓心的坐標(biāo)，D為常數(shù)項，X、y分別表示橢圓曲線上一點的坐標(biāo)。模型建立后，就可以使用采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行刃口輪廓的擬合。對五個交點的坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘法擬合，轉(zhuǎn)化為線性方程，如式(2)所示
權(quán)利要求
1.一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于它是由傳感器支架、直線位移傳感器、聯(lián)軸器、滑桿支架、相切片、卡槽、滑桿和底座組成，六個直線位移傳感器在底座上固定，相鄰直線位移傳感器的軸線方向夾角相同；每個直線位移傳感器用不同高度的傳感器支架支撐；直線位移傳感器的測量頭通過聯(lián)軸器與滑桿一端相連，滑桿另一端頭部連接相同半徑的相切片，六個相切片頭部圓孔在非工作狀態(tài)下保持重合，重合點為坐標(biāo)系原點； 滑桿從滑桿支架的中部圓孔穿過，在相切片半圓形頭部的重合點旁安裝有卡槽，將刀片卡入卡槽內(nèi)將相切片向后推動一段距離，而此距離被采集進(jìn)PC機(jī)并在電腦內(nèi)用軟件進(jìn)行處理；所述傳感器支架是底部兩邊代凸耳、中部設(shè)置有圓孔的長方體狀件； 所述直線位移傳感器是圓柱狀件，測量范圍O 100mm，分辨力0. 05 μ m ； 所述聯(lián)軸器是加工的普通小聯(lián)軸器，用定位銷與測量桿、滑桿相連； 所述滑桿支架是中部設(shè)置有圓孔的L型金屬結(jié)構(gòu)支架；所述相切片是形狀為長方形薄板的加工零件，一端為半圓形，另一端末端帶有6 X IOmm 的凹槽；所述卡槽是由一長方體和方形底板構(gòu)成，長方體立于方形底板角端，其中，長方體一長邊開有2 X 2 X 16_長方形凹槽；所述滑桿是圓柱桿狀件，在一端沿直徑方向進(jìn)行線切割切出一厚度1mm，長度16mm的通槽，可以將相切片的凹槽插入其中，并用定位銷固定；所述底座是四分之一圓的金屬結(jié)構(gòu)件，線切割底板后，用數(shù)控機(jī)床打孔。
2.一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法，其特征在于該方法具體步驟如下 步驟一數(shù)據(jù)采集刀具測量員將待測刀片用手插入卡槽，使刀具后刀面與卡槽凹槽的一邊相接處，同時將刀片的刃口頂?shù)娇ú鄣膬?nèi)角，該過程為定位；定位過程中，刀刃將推動六個相切片沿直線位移傳感器的軸線方向各向后移動一段距離；待刀具定位穩(wěn)定后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，直線位移傳感器的位移量用電壓差值的形式表示，經(jīng)過采集經(jīng)USB借口輸入 PC機(jī)轉(zhuǎn)化為位移量，這六個位移量將經(jīng)過軟件處理得到刃口的長短軸半徑，數(shù)據(jù)處理軟件為 MATLAB ；步驟二 數(shù)據(jù)處理軟件處理的具體步驟如下1)輸入六根桿的直線位移，輸入六根桿的實際角度和相切片頭部圓形片的實際半徑；2)計算圓片的實際圓心位置；3)計算六個圓兩兩相交后靠近刃口的五個交點，并用圖形輸出交點位置；4)利用六個相同大小的圓片與刀具刃口相切得到的靠近刃口的五個交點的坐標(biāo)作為數(shù)據(jù)點，建立橢圓模型，如式(1)所示x2+Exy+Ay2+Bx+Cy+D = 0(1)其中，E = 0，因為利用兩邊呈90°的卡槽可以卡住刀片的后刀面與刀尖頂部，使坐標(biāo)系內(nèi)的橢圓為正橢圓，從而消除xy項；A為短軸與長軸的比值，B、C決定橢圓圓心的坐標(biāo)，D為常數(shù)項，x、y分別表示橢圓曲線上一點的坐標(biāo)；5)對五個交點的坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘法擬合，轉(zhuǎn)化為線性方程，如式( 所示
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該直線位移傳感器的型號規(guī)格是ZKL-A型(LVDT)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該聯(lián)軸器的內(nèi)徑為5-7mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該相切片的外形尺寸為80X5Xlmm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該卡槽的長方體及底板尺寸分別為12 X 12 X 14mm和!35X;35X2謹(jǐn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該滑桿的外形尺寸為Φ6Χ119. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該底座的半徑為200-400mm，厚度為3_5mm。
全文摘要
一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，它是由傳感器支架、直線位移傳感器、聯(lián)軸器、滑桿支架、相切片、刀刃模型、卡槽、滑桿和底座組成，六個直線位移傳感器在底座上固定，相鄰直線位移傳感器的軸線方向夾角相同；每個直線位移傳感器用不同高度的傳感器支架支撐；直線位移傳感器的測量頭通過聯(lián)軸器與滑桿一端相連，滑桿另一端頭部連接相同半徑的相切片，滑桿從滑桿支架的中部圓孔穿過，在相切片半圓形頭部的重合點附近安裝有卡槽，將刀片卡入卡槽內(nèi)將圓片向后推動一段距離，而此距離被采集進(jìn)PC機(jī)并在電腦內(nèi)用軟件進(jìn)行處理。一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法，它有兩大步驟；一、數(shù)據(jù)采集；二、數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明在金屬切削加工里有廣闊應(yīng)用前景。
文檔編號G01B7/293GK102410808SQ20111020992
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者鄒希岳, 陳五一 申請人:北京航空航天大學(xué)