CN109719314B - 一种车削加工中刀具的对准方法、车削装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车削加工中刀具的对准方法，包括：安装刀具和工件，将刀具和安装在机床主轴中心上的工件进行预对准，再进行预切削，得到切削力随时间变化的曲线图。根据切削力曲线图判断刀具在主轴中心的竖直方向上存在的误差形式。若刀具存在的误差形式为中心刀低误差，先建立刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程；然后建立刀具的切削刃在切削工件后形成的中心圆台的侧面方程，再得到中心圆台侧面母线在刀具进给方向上的投影长度在主轴坐标系中的轨迹方程。最后建立模拟切削力模型和模拟切削力曲线图，当模拟切削力曲线图和切削力曲线图拟合时，得到中心刀低误差。根据中心刀低误差，将刀具进行对准。本发明还提供了一种车削装置。

Description

一种车削加工中刀具的对准方法、车削装置

技术领域

本发明属于单点金刚石车削加工技术领域，具体涉及一种车削加工中刀具的对准方法、车削装置。

背景技术

由于单点金刚石具有纳米级的边缘锋利度和极高的硬度，可直接用于加工具有纳米级表面和亚微米级精度的超光滑表面，因此单点金刚石车削现已广泛应用于超精密加工中。但在实际加工过程中，刀具与安装工件的机床的主轴中心并不能完全对准，会产生一定的偏移。例如刀具在竖直方向上产生的中心偏移误差包括中心刀高误差和中心刀低误差。上述误差会极大地影响工件样品的表面质量。

目前，通常采用光学对刀仪进行光学对刀，但由于光学对刀法受到其仪器本身的精度限制、操作人员的操作经验的限制，刀具与工件中心仍然不能完全对准。因此，现在需要寻求一种刀具的对准方法来解决上述问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种车削加工中刀具的对准方法、车削装置，通过先建立刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程，再建立刀具的切削刃在切削工件后形成的中心圆台的侧面方程，后得到中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影长度在主轴坐标系中的轨迹方程，然后再建立建立模拟切削力模型和模拟切削力曲线图。当模拟切削力曲线图和切削力曲线图拟合时，得到中心刀低误差。最后将刀具根据得到的中心刀低误差进行对准。

本发明第一方面提供了一种车削加工中刀具的对准方法，包括：

安装刀具和工件，将所述刀具和安装所述工件的机床的主轴中心进行预对准，再进行预切削，得到切削力曲线图；

根据所述切削力曲线图判断所述刀具在所述主轴中心的竖直方向上存在的误差形式，所述误差形式包括中心刀高误差和中心刀低误差；

若所述刀具存在的所述误差形式为所述中心刀低误差，建立所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程；

根据所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程和所述刀具的切削刃的回转半径，建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程；

根据切削力和所述中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程，建立模拟切削力模型和模拟切削力曲线图，当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，得到中心刀低误差；

根据所述中心刀低误差，将所述刀具进行对准。

本发明第一方面提供的一种车削加工中刀具的对准方法，通过切削力曲线图判断属于哪种误差形式。当刀具存在的所述误差形式为所述中心刀低误差时，通过先建立所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程，再建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程，然后再建立建立模拟切削力模型和模拟切削力曲线图。当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，得到中心刀低误差。最后将刀具根据得到的中心刀低误差进行对准。本发明提供的对准方法简单，并且可准确计算出其中心刀低误差值，可使刀具完全对准主轴中心，大大提高了工件表面的质量。

其中，所述建立所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程，包括：

以所述主轴中心为原点建立所述主轴坐标系o-xyz，其中，x轴的正方向与所述刀具的进给方向相反，z轴的正方向垂直于所述工件表面向外，y轴的正方向竖直向上，所述x轴，所述y轴和所述z轴两两互相垂直；

根据所述主轴坐标系o-xyz确定所述刀具的切削刃在所述主轴坐标系中的轨迹方程为：

其中，x,y和z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离。

其中，所述建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程之前，还包括：

根据所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程和所述刀具的切削刃的回转半径，建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台的侧面在所述主轴坐标系中的轨迹方程：

其中，x,y和z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度；其中，所述刀具的切削刃上任意点(x,y,z)的回转半径为

再将所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面在所述主轴坐标系中的轨迹方程进行变化，建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程：

其中，所述模拟切削力模型的表达式为:

其中，F′为模拟切削力，F为切削力，z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)中z在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离。

其中，所述当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，得到中心刀低误差，包括：

调整所述模拟切削力模型的表达式中的所述h，当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，此时所述h为所述中心刀低误差。

其中，所述对准方法还包括：

根据所述切削力曲线图判断所述刀具在所述刀具的进给方向上是否存在中心偏差，若所述刀具在所述刀具的进给方向上存在所述中心偏差，则根据所述切削力曲线图建立中心偏差模型，所述中心偏差模型为：s＝(t-T)f_e，其中，s为中心偏移误差t为所述切削力曲线图中从开始出现拐点到切削力为零时的第一干涉时间，T为所述切削力曲线图中从开始出现拐点到所述主轴中心时的第二干涉时间，f_e为所述刀具的进给速度；

根据所述中心偏移误差s，将所述刀具进行对准。

其中，若所述刀具存在所述中心刀低误差，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在所述中心偏差，则所述第二干涉时间的表达式为

其中，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度。

其中，若所述刀具在所述主轴中心的竖直方向上不存在误差形式，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在中心偏差，则所述第二干涉时间的表达式为

其中，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度。

其中，若所述刀具存在所述中心刀高误差，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在中心偏差，则所述第二干涉时间的表达式为

其中，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，δ为所述刀具的后角，h_高为所述刀具的所述中心刀高误差。

本发明第二方面提供了一种车削装置，所述车削装置在车削过程中使用如本发明第一方面提供所述的对准方法。

本发明第二方面提供的一种车削装置，通过采用本发明第一方面提供的对准方法，可将刀具与主轴中心进行完全对准，大大提高了工件表面的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图进行说明。

图1为本发明实施例中对准方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例中刀具的结构示意图；

图3为本发明实施例中刀具坐标系和主轴坐标系的示意图；

图4a为本发明实施例中刀具存在中心刀低误差和刀具欠中心误差时的切削力曲线图；

图4b为本发明实施例中刀具仅存在中心刀低误差时的切削力曲线图；

图4c为本发明实施例中刀具存在中心刀低误差和刀具过中心误差时的切削力曲线图。

具体实施方式

以下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和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结果或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例中的刀具为单点金刚石刀具，下面首先对单点金刚石刀具进行简单的介绍：

请参考图2，单点金刚石刀具的切削部分主要由刀面和切削刃两部分构成。刀面用字母A与下角标组成的符号标记，切削刃用字母S标记，副切削刃及相关的刀面标记在右上角加一撇以示区别。因此单点金刚石刀具的主要构成部分为：前面(前刀面)Ar：刀具上切屑流出的表面；后面(后刀面)Aα：刀具上与工件过渡表面相对的刀面；副后面(副后刀面)Aα′：刀具上与工件新形成的表面相对的刀面；主切削刃S：前面与后面形成的交线，在切削中承担主要的切削任务；副切削刃S′：前面与副后面形成的交线，它参与部分的切削任务；刀尖：主切削刃与副切削刃汇交的交点或一小段切削刃。在图2中所述金刚石刀具的刀具后角用δ表示，前刀面用1表示，后刀面用2表示，切削刃用3表示，刀尖半径用R表示。

另外，在刀具切削的过程中用于构成刀具角度的参考平面主要有：基面、切削平面、正交平面、法平面、假定工作平面和背平面，该五个平面具体为：基面Pr：过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。通常，它平行(或垂直)于刀具上的安装面(或轴线)的平面。例如：刀具的基面Pr，可理解为平行于刀具的底面；切削平面Ps：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。它也是切削刃与切削速度方向构成的平面；正交平面Po：过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr与切削平面Ps的平面；法平面Pn：过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面；假定工作平面Pf：过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于基面Pr的平面；背平面Pp：过切削刃选定点，同时垂直于假定工作平面Pf与基面Pr的平面。

接下来，本申请对刀具的误差形式进行简单的介绍：刀具在加工之前需要将刀具与机床的主轴中心进行对准，但现有技术中是无法进行完全对准的，因此本申请将刀具在所述主轴中心的竖直方向上存在的误差形式分为：中心刀高误差(h_高)和中心刀低误差(h)。中心刀高误差表示刀具在主轴中心的竖直方向上高于主轴中心，即h_高>0。中心刀低误差表示刀具在主轴中心的竖直方向上低主轴中心，即h<0。若刀具在主轴中心的竖直方向上不存在误差(h_无)表示刀具在主轴中心的竖直方向上与主轴中心齐平，即刀具与所述主轴中心处于同一水平线上，也可以表示为h_无＝0。

另外，刀具与主轴中心的水平方向上(即刀具的进给方向)也会存在误差的情况，水平方向上的误差情况(本申请统一采用s表示)分为：刀具欠中心误差和刀具过中心误差。刀具欠中心误差表示刀具在切削时本应该进给至主轴中心处，但由于误差的存在导致刀具在进给方向上并未进给至主轴中心，即s<0。刀具过中心误差表示刀具在切削时，由于误差的存在进给至主轴中心时并未停止，又继续向前切削，导致刀具在进给方向上超过了主轴中心，即s>0。若刀具不存在中心误差表示刀具在切削时正好进给至主轴中心处，即s＝0。以上为本申请主要讨论的误差形式。

在超精密加工领域中上述误差即使只有上百微米也会极大地影响工件表面的质量。因此，请参考图1，本发明实施例提供了一种车削加工中刀具的对准方法，包括：

步骤1：安装刀具和工件，将所述刀具和安装所述工件的机床的主轴中心进行预对准，再进行预切削，得到切削力曲线图。

首先本发明先将刀具和工件分别安装好，例如将刀具安装至对刀装置上，工件安装至机床的主轴中心上。本发明的工件可以为任意形状，任意材质的工件，在这里并不做具体限定。然后可以根据操作人员的经验或者光学对刀仪等方式方法先将刀具与主轴中心进行预对准。但是从前文可知预对准是无法完全将刀具与主轴中心进行对准的，因此，此时刀具与主轴中心已经产生了误差。再采用刀具进行预切削工件，通过传感器等设备可得到刀具的切削力曲线图。

步骤2：根据所述切削力曲线图判断所述刀具在所述主轴中心的竖直方向上存在的误差形式，所述误差形式包括中心刀高误差和中心刀低误差。

本领域技术人员可通过切削力曲线图中切削力的幅值判断得知，刀具在所述主轴中心的竖直方向上是否存在误差形式，若不存在误差形式，则所述刀具在主轴中心的竖直方向上不需要进行对准。若存在误差形式，存在的误差形式究竟是中心刀高误差还是中心刀低误差。当切削力的幅值大于零时，为中心刀高误差；当切削力的幅值小于零时，为中心刀低误差。

步骤3：若所述刀具存在的所述误差形式为所述中心刀低误差，建立所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程；

当所述刀具存在的所述误差形式为所述中心刀低误差时，本实施例中首先建立所述刀具的切削刃在刀具坐标系中的轨迹方程，再根据所述所述刀具的切削刃在刀具坐标系中的轨迹方程建立所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程。本发明实施例的优选实施方式为：

请参考图3，图3为刀具坐标系和主轴坐标系的示意图。其中，从图3中可明显看出刀具相对于主轴中心的竖直方向上存在中心刀低误差。11表示刀具，以刀具的刀尖为原点建立可移动的刀具坐标系o′-x′y′z′，以主轴的中心为原点建立主轴坐标系o-xyz，12表示机床的主轴，13表示机床的转动方向，14表示刀具的进给方向。

首先以所述刀具的刀尖为原点建立可移动的刀具坐标系o′-x′y′z′，其中，x′轴的正方向与所述刀具的进给方向相反，z′轴的正方向垂直于所述工件表面向外，y′轴的正方向竖直向上(即刀具沿竖直方向升高的方向)，所述x′轴、所述y′轴和所述z′轴两两互相垂直。

根据所述刀具坐标系o′-x′y′z′确定所述刀具的切削刃的轨迹方程为：

其中，x′、y′和z′为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x′，y′，z′)在所述刀具坐标系o′-x′y′z′中的坐标，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度。

然后再根据所述刀具的切削刃在刀具坐标系中的轨迹方程建立所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程。以所述主轴中心为原点建立所述主轴坐标系o-xyz，其中，x轴的正方向与所述刀具的进给方向相反，z轴的正方向垂直于所述工件表面向外，y轴的正方向竖直向上。所述x轴，所述y轴和所述z轴两两互相垂直。也可以理解为：x轴与所述x′轴方向一致，y轴与所述y′轴方向一致，z轴与所述z′轴方向一致。

根据坐标平移关系和所述主轴坐标系o-xyz确定所述刀具的切削刃在所述主轴坐标系中的轨迹方程为：

其中，x,y和z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离。

步骤4：根据所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程和所述刀具的切削刃的回转半径，建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影的长度(即母线在xoy面中，y＝0时的长度)在所述主轴坐标系中的轨迹方程。本发明实施例的方法为：

首先，先根据所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程和所述刀具的切削刃的回转半径，建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台的侧面在所述主轴坐标系中的轨迹方程：

其中，x,y和z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度；其中，所述刀具的切削刃上任意点(x,y,z)的回转半径为

当刀具存在中心刀低误差时，随着刀具的持续进给，参与切削部分的切削刃会因去除工件材料的减小而减小，此时刀具的切削刃在切削工件后所形成中心圆台在主轴坐标系中面xoz上的母线方程为：

其中，x,y和z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度。

将所诉中心圆台在主轴坐标系中面xoz上的母线方程投影到x轴上可得投影长度的轨迹方程为：

同时当刀具存在中心刀低误差时，随着刀具的持续进给，中心圆台远离工件的一端将逐渐变为圆柱体，靠近工件的一端将逐渐变为圆台。远离工件一端的中心圆台的界限也随着刀具的持续进给而减小，此时所述z的表达式为

最后依据所诉z的表达式计算刀具的切削刃在切削工件后所形成中心圆台侧面的母线在x轴上的投影长度，建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面的母线的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程：

步骤5：根据切削力和所述中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程，建立模拟切削力模型和模拟切削力曲线图，当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，得到中心刀低误差。

本发明实施例中，所述模拟切削力模型的表达式为:

其中，F′为模拟切削力，F为切削力，z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)中z在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离。

当得到所述模拟切削力模型的表达式和模拟切削力曲线图后，调整所述模拟切削力模型的表达式中的所述h，当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，此时所述h为所述中心刀低误差。

优选地，当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图完全拟合时，此时所述h的准确度和精度更高。

步骤6：根据所述中心刀低误差，将所述刀具进行对准。

得到中心刀低误差h后，可通过对刀装置将所述刀具根据得到中心刀低误差h进行调整，从而将刀具进行对准。

本发明实施例还包括：在步骤3中，若所述刀具存在的所述误差形式为所述中心刀高误差h_高时，本领域技术人员可通过处理器或一些其他算法得到所述中心刀高误差h_高。中心刀高误差h_高可根据所述工件材料的硬度，所述工件材料的弹性模量、所述刀具的进给速率f_e、所述刀具的刀尖圆弧半径R、所述刀具切削时的切削深度a_p、所述刀具的后角δ计算得到。

本发明实施例提供的一种车削加工中刀具的对准方法，通过切削力曲线图判断属于哪种误差形式。当刀具存在的所述误差形式为所述中心刀低误差时，通过先建立所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程，再建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程，然后再建立建立模拟切削力模型和模拟切削力曲线图。当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，得到中心刀低误差。最后将刀具根据得到的中心刀低误差进行对准。本发明提供的对准方法简单，并且可准确计算出其中心刀低误差值，可使刀具完全对准主轴中心，大大提高了工件表面的质量。

本发明优选实施方式中，所述刀具可能不仅只在主轴中心的竖直方向上存在偏差，还会在所述刀具的进给方向上是否存在中心偏差。因此对准方法还包括：

根据所述切削力曲线图判断所述刀具在所述刀具的进给方向上是否存在中心偏差，若所述刀具在所述刀具的进给方向上存在所述中心偏差，则根据所述切削力曲线图建立中心偏差模型，所述中心偏差模型为：s＝(t-T)f_e，其中，s为中心偏移误差，t为所述切削力曲线图中从开始出现拐点到切削力为零时的第一干涉时间，T为所述切削力曲线图中从开始出现拐点到所述主轴中心时的第二干涉时间，f_e为所述刀具的进给速度。最后根据所述中心偏移误差s，将所述刀具进行对准。

请参考图4a-图4c，图4a为刀具存在中心刀低误差和刀具欠中心误差时的切削力曲线图，图4b为刀具仅存在中心刀低误差时的切削力曲线图，图4c为刀具存在中心刀低误差和刀具过中心误差时的切削力曲线图。干涉初始点即为图中第一次出现拐点所对应的时间。其中刀具的进给速度f_e是已知的。从图中也可以看出第一干涉时间t是已知的，而第二干涉时间T是未知的，并且针对刀具在竖平方向上的误差的情况不同，第二干涉时间T也并不完全相同。

因此结合刀具在主轴中心上存在误差形式和在刀具的进给方向上存在所述中心偏差，可知本申请在主轴坐标系的xoy面中刀具的共存在三种误差情况：第一种情况，刀具存在所述中心刀低误差，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在所述中心偏差。第二种情况，刀具在所述主轴中心的竖直方向上不存在误差形式，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在中心偏差。第三种情况，刀具存在所述中心刀高误差，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在中心偏差。这三种误差情况的第二干涉时间T并不是完全相同的。下面将进行分别介绍：

本发明优选实施方式中，若所述刀具存在所述中心刀低误差，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在所述中心偏差，则所述第二干涉时间的表达式为

其中，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度。因此将第二干涉时间T带入中心偏差模型s＝(t-T)f_e，即可得到

根据中心刀低误差h和中心偏差s，最后将刀具进行对准。

本发明优选实施方式中，若所述刀具在所述主轴中心的竖直方向上不存在误差形式，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在中心偏差，则所述第二干涉时间的表达式为

其中，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度。因此将第二干涉时间T带入中心偏差模型s＝(t-T)f_e，即可得到

根据中心偏差s，最后将刀具进行对准。

本发明优选实施方式中，若所述刀具存在所述中心刀高误差，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在中心偏差，则所述第二干涉时间的表达式为

其中，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，δ为所述刀具的后角，h_高为所述刀具的所述中心刀高误差。因此将第二干涉时间T带入中心偏差模型s＝(t-T)f_e，即可得到

根据中心刀高误差h_高和中心偏差s，最后将刀具进行对准。

从上述实施例可知。根据本发明实施例可精确地计算出刀具在主轴中心上存在的误差值和在水平进给方向上存在的误差值，最后只要通过对刀装置根据上述误差值将刀具进行相应的移动，即可将刀具进行完全对准。

本发明实施例提供的一种车削装置，所述车削装置在车削过程中使用如本发明实施例提供的对准方法。

本发明实施例提供的一种车削装置，通过采用本发明实施例提供的对准方法，可将刀具与主轴中心进行完全对准，大大提高了工件表面的质量。

以上对本发明实施方式所提供的内容进行了详细介绍，本文对本发明的原理及实施方式进行了阐述与说明，以上说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种车削加工中刀具的对准方法，其特征在于，包括：

安装刀具和工件，将所述刀具和安装所述工件的机床的主轴中心进行预对准，再进行预切削，得到切削力曲线图；

根据所述切削力曲线图判断所述刀具在所述主轴中心的竖直方向上存在的误差形式，所述误差形式包括中心刀高误差和中心刀低误差；

若所述刀具存在的所述误差形式为所述中心刀低误差，建立所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程；

根据所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程和所述刀具的切削刃的回转半径，建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台的侧面在所述主轴坐标系中的轨迹方程：

其中，x,y和z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，所述刀具的切削刃上任意点(x,y,z)的回转半径为

再将所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面在所述主轴坐标系中的轨迹方程进行变化，建立所述刀具的切削刃在切削所述工件后形成的中心圆台侧面的母线在刀具进给方向上的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程:

根据切削力和所述中心圆台侧面的母线在所述刀具的进给方向上的投影长度在所述主轴坐标系中的轨迹方程，建立模拟切削力模型和模拟切削力曲线图，当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，得到中心刀低误差；

根据所述中心刀低误差，将所述刀具进行对准。

2.如权利要求1所述的对准方法，其特征在于，所述建立所述刀具的切削刃在主轴坐标系中的轨迹方程，包括：

以所述主轴中心为原点建立所述主轴坐标系o-xyz，其中，x轴的正方向与所述刀具的进给方向相反，z轴的正方向垂直于所述工件表面向外，y轴的正方向竖直向上，所述x轴，所述y轴和所述z轴两两互相垂直；

根据所述主轴坐标系o-xyz确定所述刀具的切削刃在所述主轴坐标系中的轨迹方程为：

其中，x,y和z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离。

3.如权利要求1所述的对准方法，其特征在于，所述模拟切削力模型的表达式为:

其中，F′为模拟切削力，F为切削力，z为所述刀具的切削刃轨迹上任意点(x,y,z)中z在所述主轴坐标系中o-xyz中的坐标，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，s为所述刀具的切削刃中心与所述y轴之间的水平距离，h为所述刀具的切削刃中心与所述x轴之间的垂直距离。

4.如权利要求3所述的对准方法，其特征在于，当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，得到中心刀低误差，包括：

调整所述模拟切削力模型的表达式中的所述h，当所述模拟切削力曲线图和所述切削力曲线图拟合时，此时所述h为所述中心刀低误差。

5.如权利要求1所述的对准方法，其特征在于，所述对准方法还包括：

根据所述切削力曲线图判断所述刀具在所述刀具的进给方向上是否存在中心偏差，若所述刀具在所述刀具的进给方向上存在所述中心偏差，则根据所述切削力曲线图建立中心偏差模型，所述中心偏差模型为：s＝(t-T)f_e，其中，s为中心偏移误差，t为所述切削力曲线图中从开始出现拐点到切削力为零时的第一干涉时间，T为所述切削力曲线图中从开始出现拐点到所述主轴中心时的第二干涉时间，f_e为所述刀具的进给速度；

根据所述中心偏移误差s，将所述刀具进行对准。

6.如权利要求5所述的对准方法，其特征在于，若所述刀具存在所述中心刀低误差，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在所述中心偏差，则所述第二干涉时间的表达式为

其中，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度。

7.如权利要求5所述的对准方法，其特征在于，若所述刀具在所述主轴中心的竖直方向上不存在误差形式，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在中心偏差，则所述第二干涉时间的表达式为

其中，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度。

8.如权利要求5所述的对准方法，其特征在于，若所述刀具存在所述中心刀高误差，且所述刀具在所述刀具的进给方向上存在中心偏差，则所述第二干涉时间的表达式为

其中，R为所述刀具的刀尖圆弧半径，a_p为所述刀具切削时的切削深度，δ为所述刀具的后角，h_高为所述刀具的所述中心刀高误差。

9.一种车削装置，其特征在于，所述车削装置在车削过程中使用如权利要求1-8任一项所述的对准方法。

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