CN111745462B - 一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学器件加工机床的刀具校正方法，具体涉及一种超精密车削中刀具水平偏置快速校正的方法，解决现有机床刀具水平校正方法中存在的校正过程繁复、校正效率较低的技术问题。本发明提出的校正方法为：将对刀件上对刀所用平面进行精密车削，之后通过控制机床坐标，在对刀所用平面上车削出一个微型环带，利用Zygo白光干涉仪精确测量微型环带内外径的尺寸，根据该内外径尺寸计算出水平偏置量并在机床系统中对应调整刀具的水平偏置，实现刀具水平偏置的快速校正。该方法极大的提高了刀具水平偏置校正的速度，在超精密车削加工领域中具有重要的意义。

Description

一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法

技术领域

本发明涉及光学器件加工机床的刀具校正方法，具体涉及一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法。

背景技术

在光学器件超精密车削中，刀具水平偏置的校正是首要任务。刀具水平偏置是指刀心位置(圆弧车刀圆弧段的圆心)与主轴旋转中心在水平方向上的偏差，而刀具水平偏置的校正即是将刀心位置与主轴旋转中心在水平方向上校正到同一位置。刀具水平偏置会极大影响零件的加工精度，因此，在超精密车削中，刀具水平偏置的校正是极为重要的。

常用的刀具水平校正方法通常为试切法，即通过试切工件，并对其进行检测，根据工件的面型特征及经验对刀具偏置进行校正，重复进行加工、检测、校正，直至较好的确立刀心与主轴旋转中心位置的关系，这种方法可以得到较好的结果，但缺乏科学的指导方法，导致校正过程繁复，校正的效率较低。目前Zygo激光干涉仪中Tool offset功能可以计算出刀具水平偏置量，但其计算出的结果会随着试切件孔径的变化而变化，需要反复进行偏置的校正，效率较低。

发明内容

本发明的目的是解决现有的机床刀具水平校正方法中，试切法因缺乏科学的指导方法，导致的校正过程繁复，校正效率较低，Zygo激光干涉仪中Tool offset功能计算的刀具水平偏置量会随着试切件孔径的变化而变化，需要反复进行偏置校正，也存在校正效率较低的技术问题，提出一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、将对刀件同轴安装到机床主轴上；

所述对刀件包括安装底盘和对刀柱，对刀柱位于安装底盘的中心，且与安装底盘同轴设置，对刀柱端面为对刀所用平面；

步骤2、启动机床，对对刀件上对刀所用平面进行车削加工，使其与对刀柱轴线垂直，并记录此时对刀所用平面在机床坐标系Z轴方向上的坐标Z0；

步骤3、将刀具沿机床坐标系Z轴方向移动至坐标Z1处，

Z1＝Z0+m

式中，m为Z轴方向上刀具离开对刀所用平面的距离；

将刀具沿着机床坐标系X轴方向移动至坐标X0处，X0为试切半径；

步骤4、将刀具沿机床坐标系Z轴方向移动至坐标Z2处，在对刀所用平面上车削出一个微型环带，Z2为微型环带底面在机床坐标系Z轴方向上的坐标；

Z2＝Z0-d

式中，d为微型环带的深度；

步骤5、将刀具沿着机床坐标系Z轴方向移动至远离对刀件位置，停止主轴转动，取下对刀件；

步骤6、利用精密测量仪对对刀所用平面的微型环带的内径d1和外径d2进行精确测量；

步骤7、计算刀具的水平偏置δ，定义机床主轴中心在机床坐标系X轴方向坐标为X＝0，则刀具的水平偏置δ为

δ＝(d1+d2)/4-X0

若δ>0，则加工过程中刀具没经过机床主轴中心，属于没切过中心；

若δ<0，则加工过程中刀具超过了机床主轴中心，属于切过中心；

步骤8、在机床系统中对应调整刀具在机床坐标系的X轴方向坐标，调整量为δ，完成刀具水平偏置的校正。

进一步地，为保证校正精度，步骤6中，精密测量仪为Zygo白光干涉仪或者金相显微镜。

进一步地，步骤3中，X0的取值范围为0.1mm～0.2mm。

进一步地，为了提高效率，步骤3中，m取值范围为0.5mm～2mm；

步骤4中，d的取值范围为0.0005mm～0.001mm，以减小刀具磨损。

进一步地，机床为单点金刚石车床。

本发明的有益效果是：

1)本发明将对刀件上对刀所用平面精密车削，然后在对刀所用平面上车削出一个微型环带，精确测量微型环带内外径的尺寸，根据该内外径尺寸计算出水平偏置量并在机床系统中对应调整刀具的水平偏置，在校正过程中只进行了一次试切，实现了刀具水平偏置的快速校正，极大提升超精密车削中刀具水平偏置校正的效率，在超精密车削加工领域中具有重要的意义。

2)本发明利用Zygo白光干涉仪对微型环带内外径的尺寸进行精确测量，确保刀具的校正精度可以达到1μm以内。

附图说明

图1为本发明超精密车削中水平偏置快速校正的方法中对刀件示意图；

图2为本发明超精密车削中水平偏置快速校正的方法中机床及坐标系示意图；

图3为本发明超精密车削中水平偏置快速校正的方法中对刀所用平面及微型环带示意图；

图4为本发明超精密车削中水平偏置快速校正的方法中微型环带及其内径和外径示意图；

图5为本发明超精密车削中水平偏置快速校正的方法中刀具的水平偏置δ与机床主轴中心的位置关系示意图。

附图标记说明：

1-对刀件，2-对刀所用平面，3-机床吸盘，4-刀具，5-刀架，6-微型环带，7-机床主轴中心。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法中，首先将对刀件上对刀所用平面精密车削；然后通过控制机床坐标，在对刀所用平面上车削出一个微型环带；利用Zygo白光干涉仪精确测量微型环带内外径的尺寸；根据该内外径尺寸计算出水平偏置量并在机床系统中对应调整刀具的水平偏置，最终实现了刀具水平偏置的快速校正。

对机床刀具进行水平偏置校正，需要确定刀具的工作原点(刀心位置)相对于机床坐标系原点的水平偏差，即确定机床的刀具与工件之间的水平方向偏差，这个偏差的确定过程也称为对刀。对刀件是用于对刀的零件，通过试切对刀件可以准确定位刀具的坐标位置。本发明专用对刀件1的结构示意图如图1所示，对刀件1包括安装底盘和对刀柱，对刀柱位于安装底盘的中心，且与安装底盘同轴设置，对刀柱端面为对刀所用平面2。

刀具水平偏置校正时，具体包括以下步骤：

1)如图2所示，将对刀件1安装到机床吸盘3上，对对刀件1上对刀所用平面2进行精密车削，作为基准面，并记录此时机床在Z轴方向上坐标值，记为Z0；

2)将刀具4沿着Z轴方向移动至机床坐标Z1(Z1＝Z0+m，m∈[0.5mm,2mm])处，之后将刀具4沿着X轴方向移动至机床坐标X0(X0∈[0.1mm,0.2mm])处，然后将刀具4沿着Z轴方向移动至机床坐标Z2(Z2＝Z0-d，d∈[0.0005mm,0.001mm])处，此时，在对刀件1的对刀所用平面2上会车削出一个微型环带6，如图3所示，最后将刀具4沿着Z轴方向移动至远离对刀件1位置，取下对刀件1；

其中，m为加工初始，刀具距离对刀所用平面2的距离，选值以易操作为宜，距离过大时，会增加校正时间，影响效率，本实施例优选m＝1mm；

X0为试切半径，选值应在测试仪的测量范围内，本发明中利用Zygo白光干涉仪进行精确测量，选用Zygo白光干涉仪的测量范围在0.4mm以内；X0选值也不宜太小，太小时会影响测量精度；

d为试切深度，即试切得到的微型环带6的深度，d的选值不应太大，进刀太深会增大刀具受力，使刀具磨损。

3)对刀所用平面2上的微型环带6如图4所示，微型环带6的宽度为刀具与工件接触点的宽度，其内径和外径分别记为d1和d2，利用Zygo白光干涉仪精确测量d1和d2的值。超精密车削机床的水平偏置一般在10μm～100μm，测试仪器应满足不大于1μm的测量精度要求，本发明选用Zygo白光干涉仪的测量精度为10nm。

在其它实施例中，也可以选用满足同等测量精度要求的金相显微镜或其它精密测量仪器对微型环带6的内径和外径d1和d2进行精确测量。

4)根据d1和d2的测量值，计算刀具的水平偏置。如图5所示，机床主轴中心7在机床坐标系X轴方向表征为X＝0，则计算水平偏置δ，

δ＝(d1+d2)/4-X0

若δ>0，则加工中刀具4没过机床主轴中心7，属于没切过中心；

若δ<0，则加工中刀具4超过了机床主轴中心7，属于切过中心。

在机床系统中对应调整刀具4的X坐标(调整量为δ)，即可完成刀具水平偏置的校正。

本实施例使用的机床为单点金刚石车床。

Claims (5)

1.一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将对刀件同轴安装到机床主轴上；

所述对刀件包括安装底盘和对刀柱，对刀柱位于安装底盘的中心，且与安装底盘同轴设置，对刀柱端面为对刀所用平面；

步骤2、启动机床，对对刀件上对刀所用平面进行车削加工，使其与对刀柱轴线垂直，并记录此时对刀所用平面在机床坐标系Z轴方向上的坐标Z0；

步骤3、将刀具沿机床坐标系Z轴方向移动至坐标Z1处，

Z1＝Z0+m

式中，m为Z轴方向上刀具离开对刀所用平面的距离；

将刀具沿着机床坐标系X轴方向移动至坐标X0处，X0为试切半径；

步骤4、将刀具沿机床坐标系Z轴方向移动至坐标Z2处，在对刀所用平面上车削出一个微型环带，Z2为微型环带底面在机床坐标系Z轴方向上的坐标；

Z2＝Z0-d

式中，d为微型环带的深度；

步骤5、将刀具沿着机床坐标系Z轴方向移动至远离对刀件位置，停止主轴转动，取下对刀件；

步骤6、利用精密测量仪对对刀所用平面的微型环带的内径d1和外径d2进行精确测量；

步骤7、计算刀具的水平偏置δ，定义机床主轴中心在机床坐标系X轴方向坐标为X＝0，则刀具的水平偏置δ为

δ＝(d1+d2)/4-X0

若δ>0，则加工过程中刀具没经过机床主轴中心，属于没切过中心；

若δ<0，则加工过程中刀具超过了机床主轴中心，属于切过中心；

步骤8、在机床系统中对应调整刀具在机床坐标系的X轴方向坐标，调整量为δ，完成刀具水平偏置的校正。

2.根据权利要求1所述的一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法，其特征在于：步骤6中，精密测量仪为Zygo白光干涉仪或者金相显微镜。

3.根据权利要求1或2所述的一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法，其特征在于：步骤3中，X0的取值范围为0.1mm～0.2mm。

4.根据权利要求3所述的一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法，其特征在于：步骤3中，m取值范围为0.5mm～2mm；

步骤4中，d的取值范围为0.0005mm～0.001mm。

5.根据权利要求4所述的一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法，其特征在于：机床为单点金刚石车床。

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