CN103913143A - 微铣刀刃口钝圆测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微铣刀刃口钝圆测量装置，属于精微测量技术领域。由CCD显微镜机构、测量平台、微铣刀夹持机构和接触式粗糙度仪组成，测量平台设置在CCD显微镜机构下方的底座上，微铣刀夹持机构设置测量平台的一侧。本装置结构简单、使用方便，大大提高了测量效率。本发明还公开了一种微铣刀刃口钝圆测量方法，将微铣刀刃口与窄缝重合，形成倒V型微凸起，用表面粗糙度仪探针沿微铣刀径向滑动测量表面轮廓，数据导入计算机求得刀具刃口钝圆。本发明测量方法测量精度高，测量速度快，适用于微铣刀的高效快捷测量。

Description

微铣刀刃口钝圆测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种微铣刀刃口钝圆测量装置及方法，尤其是一种针对微铣刀刃口钝圆的机械接触式测量装置及方法，属于精微测量技术领域。
技术背景
随着微/纳米科学与技术的迅猛发展，以形状及尺度微小为特征的微小型化技术在航空航天、精密仪器、生物医疗、汽车和电子等领域得以广泛的应用。微细铣削技术在各类微小型化零部件的加工制造中发挥着越来越重要的作用，而微铣刀是最终实现各种微小型化技术的基础工具装备之一，其刀刃直径一般在1mm以下。微铣刀刃口材料一般由聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）等超硬材料制成的超硬刀头组成。微铣刀刃口钝圆是微铣刀的主要参数，其大小一般在1um-10um之间。获得刃口钝圆的精确数据是使用微铣刀的前提，由于微铣刀的刃口钝圆非常小，并且刃口材料多为多晶或者聚晶金刚石材料，现有技术中多数采用非接触测量方法进行测量，其测量精度较低，无法满足实际使用的需要，有的甚至于根本无法进行测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能高效、精确地测量微铣刀刃口钝圆数据的测量装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微铣刀刃口钝圆测量装置，包括CCD显微镜机构、测量平台、微铣刀夹持运动机构和接触式粗糙度仪；所述CCD显微镜机构包括CCD显微镜、安装在底座上的立板和安装在立板上用于使CCD显微镜上下运动的调节装置；所述测量平台上设有窄缝，位于CCD显微镜的下方；所述微铣刀夹持运动机构位于测量平台的侧边，包括四轴运动平台和固定连接在四轴运动平台用于固定夹持微铣刀的弹簧夹头。
本发明中，所述调节装置包括镜头支架、固定安装在立板上的滚珠丝杠和设在立板与滚珠丝杠平行的直线导轨；所述滚珠丝杠顶端固定连接滚动手柄，滚珠丝杠杠身上安装滚珠螺母，直线导轨上安装导轨滑台，滚珠螺母与直线导轨之间通过连板连接；所述镜头支架通过连板支架与连板连接。
本发明中，所述测量平台上的窄缝宽度为50-100um、窄缝长度为3mm。
本发明中，所述测量平台的窄缝由硬质合金材料制成，窄缝下方为大于135°的喇叭口形。
本发明中，所述四轴运动平台中XYZ轴的运动精度为1um、R轴的旋转精度0.2°。
本发明还提供了一种微铣刀刃口钝圆测量方法，具体包括以下步骤：
1）、将微铣刀刃口与窄缝重合，形成倒V型微凸起；
2)、将接触式粗糙度仪沿微铣刀刀刃垂直方向滑动，测量倒V型微凸起区域的表面轮廓数据，导入计算机处理，得到微铣刀刃口钝圆数据。
本发明中，所述步骤1）具体过程为：
11）、调整CCD镜头的焦距聚焦于测量平台的窄缝处，在显示屏上形成清晰窄缝图像；
12）、将微铣刀固定在四轴运动平台上，调整四轴运动平台使微铣刀刃口钝圆靠近测量平台，并使微铣刀刃口平行位于窄缝前方；
13）、在5倍物镜的CCD显微镜下，精密调整四轴运动平台使微铣刀刃口垂直位于窄缝正下方1mm处，然后缓慢调整四轴运动平台使微铣刀刃口与窄缝重合，微铣刀刃口与窄缝形成高度为50-100um倒V型微凸起。
本发明中，所述步骤2）中倒V型微凸起区域的表面轮廓测量长度为3-6mm。
本发明的有益效果在于：(1)、本测量方法将微铣刀刃口与窄缝之间的进行无缝精密重合，然后采用接触式粗糙度仪测量表面轮廓，实现微铣刀刃口钝圆的测量，其测量精度高，测量速度快；(2)、本测量装置结构简单、使用方便，大大提高了测量效率。
附图说明
图1为本发明微铣刀刃口钝圆测量装置的主视图；
图2为本发明微铣刀刃口钝圆测量装置的左视图；其中（a）为左视图，（b）为图（a）中A点放大图；
图3为微铣刀刃口与窄缝重合区域示意图；
图4为本发明微铣刀刃口钝圆测量方法过程示意图，其中（a）为微铣刀刃口靠近窄逢平台、（b）为微铣刀刃口与窄逢平台完全重合、（c）接触式粗糙度仪上探针在窄逢平台附近滑动测量；
图5为倒V型表面轮廓示意图。
具体实施方式
    下面结合附图对本发明微铣刀刃口钝圆测量装置及方法作详细说明, 其适用于单晶或者PCD微铣刀的高效快捷测量。
图中，1-底座、2-底座螺柱、3-立板、4-螺栓、5-下支撑座、6-滚珠丝杠、7-上支撑座、8-滚珠螺母、9-直线导轨、10-导轨滑台、11-连扳、12-连扳支架、13-镜头支架、14-CCD显微镜、15-XYZR四轴运动平台、16-弹簧夹头、17-微铣刀、18-测量平台、19-滚动手柄、20-接触式粗糙度仪。
如图1、2、3所示，本发明微铣刀刃口钝圆测量装置中，底座1上方安装立板3并通过螺栓4进行固定，底座1下方安装4个底座螺柱2；立板3安装滚珠丝杠6，滚珠丝杠6与底座1相垂直，滚珠丝杠6的两端分别通过下支撑座5、上支撑座7固定在立板3，滚珠丝杠6杠身上安装滚珠螺母8，滚珠丝杠6的顶端固定连接滚动手柄19，转动滚动手柄19可使滚珠螺母8上下运行；滚珠丝杠6的一侧、立板3上设有与滚珠丝杠6平行的直线导轨9，直线导轨9内安装导轨滑台10，导轨滑台10在直线导轨9可自由滑动；滚珠螺母8与导轨滑台10之间通过连扳11连接；连扳11固定连接连扳支架12，镜头支架13连接连扳支架12上，CCD显微镜14安装在镜头支架13上；转动滚动手柄19通过滚珠螺母8带动直线导轨9内的导轨滑台10上下自由移动，从而实现CCD显微镜14的上下移动。测量平台18设置在CCD显微镜14下方的底座1上，测量平台上开有硬质合金材料制成的窄缝，窄缝下方为大于135°的喇叭口形，其窄缝宽度为50-100um、长度为3mm。XYZR四轴运动平台15设置在测量平台18的一侧，用于固定夹持微铣刀的弹簧夹头16安装固定安装在XYZR四轴运动平台15上，XYZR四轴运动平台15中的XYZ轴的运动精度为1um、R轴的旋转精度0.2°。接触式粗糙度仪20放置在测量平台18上。
本发明微铣刀刃口钝圆测量方法的主要步骤如下：
步骤1，将CCD镜头14安装固定到镜头支架13上，调整滚动手轮19是CCD镜头的焦距聚于测量平台18的窄缝处，此时在电脑显示屏上形成清晰窄缝图像；
步骤2，将微铣刀17的刀柄固定于XYZR四轴运动平台15上的弹簧夹头16上，旋转XYZR四轴运动平台15的R轴使微铣刀刃口钝圆垂直向上，调整XYZ轴使刃口钝圆缓慢靠近测量平台18，并使微铣刀刃口平行位于窄缝前方，此时在电脑显示屏上形成清晰窄缝与微铣刀刃口图像，如图4（a）所示；
步骤3，在5倍物镜的CCD显微镜下，精密调整XYZR四轴运动平台15的XYZ轴使微铣刀刃口垂直位于窄缝正下方1mm处，然后缓慢调整XYZR四轴运动平台15使微铣刀刃口与窄缝重合，此时微铣刀刃口与窄缝形成倒V型微凸起，凸起高度为50-100um，如图4（b）所示；
步骤4，将接触式粗糙度仪20的探针沿刀刃垂直方向滑动，如图4（c）所示；测量倒V型微凸起区域的3-6mm表面轮廓数据，使倒V型微凸起位于测量数据中间附近，将数据（*.txt）导入计算机数据处理软件OriginPro 8，经过数据处理得到表面轮廓曲线图，在V型微凸起图形部分绘制内切圆，从而内切圆半径大小，多次测量求其平均值，平均值就是微铣刀人口钝圆的大小，如图5所示；
步骤5，调整XYZR四轴运动平台15的XYZ轴使微铣刀刃口远离窄缝，取下微铣刀17，测量结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种微铣刀刃口钝圆测量装置，其特征在于：包括CCD显微镜机构、测量平台(18)、微铣刀夹持运动机构和接触式粗糙度仪(20)；
所述CCD显微镜机构包括CCD显微镜(14)、安装在底座(1)上的立板(3)和安装在立板(3)上用于使CCD显微镜(14)上下运动的调节装置；
所述测量平台(18)上设有窄缝，位于CCD显微镜(14)的下方；
所述微铣刀夹持运动机构位于测量平台(18)的侧边，包括四轴运动平台(15)和固定连接在四轴运动平台用于固定夹持微铣刀(17)的弹簧夹头(16)。
2.根据权利要求1所述的微铣刀刃口钝圆测量装置，其特征在于：所述调节装置包括镜头支架(13)、固定安装在立板(3)上的滚珠丝杠(6)和设在立板(3)与滚珠丝杠(6)平行的直线导轨(9)；所述滚珠丝杠(6)顶端固定连接滚动手柄(19)，滚珠丝杠(6)杠身上安装滚珠螺母(8)，直线导轨(9)上安装导轨滑台(10)，滚珠螺母(8)与直线导轨(9)之间通过连板(11)连接；所述镜头支架(12)通过连板支架(13)与连板(11)连接。
3.根据权利要求1所述的微铣刀刃口钝圆测量装置，其特征在于：所述测量平台(18)上的窄缝宽度为50-100um、长度为3mm。
4.根据权利要求1所述的微铣刀刃口钝圆测量装置，其特征在于：所述测量平台(18)的窄缝由硬质合金材料制成，窄缝下方为大于135°的喇叭口形。
5.根据权利要求1所述的微铣刀刃口钝圆测量装置，其特征在于：所述四轴运动平台(15)中XYZ轴的运动精度为1um、R轴的旋转精度0.2°。
6.一种利用权利要求1至5任一项所述测量装置的微铣刀刃口钝圆测量方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、将微铣刀(17)刃口与窄缝重合，形成倒V型微凸起；
2)、将接触式粗糙度仪(20)沿微铣刀(17)刀刃垂直方向滑动，测量倒V型微凸起区域的表面轮廓数据，导入计算机处理，得到微铣刀(17)刃口钝圆数据。
7.根据权利要求6所述的微铣刀刃口钝圆测量方法，其特征在于所述步骤1）具体过程为：
    11）、调整CCD镜头(14)的焦距聚焦于测量平台(18)的窄缝处，在显示屏上形成清晰窄缝图像；
12）、将微铣刀(17)固定在四轴运动平台(15)上，调整四轴运动平台(15)使微铣刀(17)刃口钝圆靠近测量平台(18)，并使微铣刀(17)刃口平行位于窄缝前方；
13）、在5倍物镜的CCD显微镜(14)下，精密调整四轴运动平台(15)使微铣刀(17)刃口垂直位于窄缝正下方1mm处，然后缓慢调整四轴运动平台(15)使微铣刀(17)刃口与窄缝重合，微铣刀(17)刃口与窄缝形成高度为50-100um倒V型微凸起。
8.根据权利要求6所述的微铣刀刃口钝圆测量方法，其特征在于：所述步骤2）中倒V型微凸起区域的表面轮廓测量长度为3-6mm。
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