CN114227339B - 一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法 - Google Patents

一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114227339B
CN114227339B CN202111504063.7A CN202111504063A CN114227339B CN 114227339 B CN114227339 B CN 114227339B CN 202111504063 A CN202111504063 A CN 202111504063A CN 114227339 B CN114227339 B CN 114227339B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tool setting
turning
tool
circular groove
ultra
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111504063.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114227339A (zh
Inventor
章少剑
郭盼
魏志鹏
熊智文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN202111504063.7A priority Critical patent/CN114227339B/zh
Publication of CN114227339A publication Critical patent/CN114227339A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114227339B publication Critical patent/CN114227339B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine

Abstract

本发明公开了一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，通过金刚石车刀在工件表面车削出特定的两个圆槽结构，再将工件置于白光干涉仪下高精度测量出圆槽最低点对应的圆弧半径，根据实际测出的半径与理想半径之间的关系计算出X与Y轴对刀偏差的大小，进一步校准进行后续加工。其优点为：首先，提出的试切圆槽的方法简单易行并且不依赖于操作人员的对刀经验；其次，基于高精度的白光干涉仪测量能够突破传统显微镜测量分辨率低下的局限性，更好地获取可靠的高精度测量结果；再者，所提出的方法仅需单次装夹因而能够很好地减少重复装夹引入误差，同时大大减少对刀时间并实现高效率对刀。

Description

一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法
技术领域
本发明涉及超精密金刚石车削加工技术领域，特别是涉及一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法。
背景技术
作为高精尖的加工技术之一，超精密车削能够生成具有纳米表面粗糙度以及亚微米级别形状精度的高质量表面，其广泛应用于机械制造，航空航天，电子信息，光学工程等领域。对刀误差作为影响超精密车削的一个重要因素，其通常指的是刀尖中心与机床主轴中心位置不重合造成的的偏差，对刀误差的存在将会严重影响所加工表面的质量并且其对于复杂光学表面质量的影响尤为严重。对于超精密车削中对刀误差的校准，目前传统方法主要以试切-检测-校准-试切循环这种方式进行。传统对刀方法是指：根据操作人员的经验，通过刀具在加工表面以一定的切削深度进行试切，通过显微镜下观察工件表面中心残留并且进一步调整刀具位置直到残留部分消失。传统对刀方法的有效性已被广泛验证，但其依然存在以下缺点：1)严重依赖操作人员的经验水平，可重复性低；2)可能需要重复多次才能达到想要的效果，对刀过程耗时长效率低；3)受限于低倍显微镜，测量结果往往误差大精度低；4)过多次的重复装夹不可避免的引入装夹误差。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明旨在公开一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，以提升对刀过程的精度与效率，最终提高超精密加工表面质量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，包括以下步骤：
S1：将工件用夹具装夹，将夹具通过吸盘吸附于超精密机床主轴上，在粗对刀的基础之上使用车刀对工件表面进行车削平整加工；
S2：移动主轴位置到粗对刀零点，给予主轴一定的转速，将主轴沿X轴移动Lx1并在该位置车削第一圆槽；
S3：在S2完成之后将移动主轴位置移回粗对刀零点，维持主轴转速不变，将主轴沿X轴方向移动Lx2并且同时沿Y轴方向移动Ly并在该位置车削第二圆槽；
S4：待车削加工圆槽结构完成后，将工件取下并在测量设备上进行表面测量，获取第一圆槽和第二圆槽所对应的最低点圆弧半径分别为R1和R2；
S5：记A点为主轴中心，记B点为刀尖中心，AB两点之间的连线在X轴的投影即为对刀误差ΔX，根据R1，ΔY及Lx1可得对刀误差ΔX的计算表达式为：
Figure BDA0003403421760000021
S6：记A点为主轴中心，记B点为刀尖中心，AB两点之间的连线在Y轴的投影即为对刀误差ΔY，根据R2，ΔX，Lx2和Ly可得对刀误差ΔY的计算表达式为：
Figure BDA0003403421760000022
S7：联立S5和S6中方程即可解出对刀误差ΔX和对刀误差ΔY的大小，将此对刀误差补偿进机床系统即可实现超精密车削精对刀。
进一步地，所述步骤S1中的所述夹具为弹簧夹头夹具。
进一步地，所述步骤S1中的所述吸盘为真空吸盘。
进一步地，所述步骤S1中的所述车刀为圆弧刃金刚石车刀。
进一步地，所述第一圆槽和所述第二圆槽的深度相同。
进一步地，所述步骤S4中的所述测量设备为白光干涉仪。
本发明的有益效果为：
本发明公开的一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，通过金刚石车刀在工件表面车削出特定的两个圆槽结构，再将工件置于白光干涉仪下高精度测量出圆槽最低点对应的圆弧半径，根据实际测出的半径与理想半径之间的关系计算出X与Y轴对刀偏差的大小，进一步校准进行后续加工。具有以下优点：首先，所提出的试切圆槽的方法简单易行并且不依赖于操作人员的对刀经验；其次，基于高精度的白光干涉仪测量能够突破传统显微镜测量分辨率低下的局限性，更好地获取可靠的高精度测量结果；再者，所提出的方法仅需单次装夹因而能够很好地减少重复装夹引入误差，同时大大减少对刀时间并实现高效率对刀。重要的是，该方法能够解决传统对刀方法误差大的问题，能够实现超精密加工过程中高精度高效率对刀。
附图说明
图1为本发明一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法的步骤1的示意图；
图2为本发明一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法的步骤2的示意图；
图3为本发明一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法的步骤3的示意图；
图4为本发明一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法的步骤4的示意图；
图5为本发明一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法的步骤5的示意图；
图6为本发明一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法的步骤6的示意图。
图中：1、工件；2、圆弧刃金刚石车刀；3、第一圆槽；4、第二圆槽；5、白光干涉仪。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
请参阅图1-6，本发明公开了一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，包括以下步骤：如图1所示，S1：将工件1用夹具装夹于超精密机床主轴上，在粗对刀的基础之上使用车刀对工件1表面进行车削平整加工；本实施例中车刀选用圆弧刃金刚石车刀2，因为金刚石材料具有高硬度，抗磨损性能强，化学稳定性良好等众多优点，所以金刚石在目前被认为是超精密加工中最好的刀具材料；圆弧刃金刚石车刀在切削加工中更容易对于切削力和切削厚度进行控制，提高切削精度。本发明中将工件1固定于机床主轴上采用的方法为夹具定位夹紧并通过吸盘装置吸紧。本实施例选用弹簧夹头夹具将工件定位夹紧。弹簧夹头夹具能够实现对工件的周向大面积夹持，且具有很高的定位精度，是被广泛应用的机床夹具。本实施例选用真空吸盘将夹具吸附于主轴上。真空吸盘又称真空吊具，是真空吸附装置的执行元件。真空吸附是一项非常易于掌握的传送技术。利用真空技术进行调节、控制和监控，可以有效地提高工件、零部件在自动化、半自动化生产中的效率。另外，真空吸附具有清洁，吸附平稳，可靠，不损坏所吸附物件表面的优点。
为了提高定位精度，在固定工件1之前，先用圆弧刃金刚石车刀2将真空吸盘的吸附面车削平整。真空吸盘优选为铝合金吸盘，也可以选用其它材质。
如图2所示，S2：移动主轴位置到粗对刀零点，给予主轴一定的转速，将主轴沿X轴移动Lx1并在该位置车削第一圆槽3；
如图3所示，S3：在S2完成之后将移动主轴位置移回粗对刀零点，维持主轴转速不变，将主轴沿X轴方向移动Lx2并且同时沿Y轴方向移动Ly并在该位置车削第二圆槽4；
如图4所示，S4：待车削加工圆槽结构完成后，将工件取下并在测量设备上进行表面测量，获取第一圆槽3和第二圆槽4所对应的最低点圆弧半径分别为R1和R2；
如图5所示，S5：记A点为主轴中心，记B点为刀尖中心，AB两点之间的连线在X轴的投影即为对刀误差ΔX，根据R1，ΔY及Lx1可得对刀误差ΔX的计算表达式为：
Figure BDA0003403421760000041
如图6所示，S6：记A点为主轴中心，记B点为刀尖中心，AB两点之间的连线在Y轴的投影即为对刀误差ΔY，根据R2，ΔX，Lx2和Ly可得对刀误差ΔY的计算表达式为：
Figure BDA0003403421760000042
S7：联立S5和S6中方程即可解出对刀误差ΔX和对刀误差ΔY的大小，将此对刀误差补偿进机床系统即可实现超精密车削精对刀。
第一圆槽3和第二圆槽4的深度相同，目的是为了使利用测量设备测量时第一圆槽3和第二圆槽4所对应的最低点标准相同，便于测量结果的获取且利于数据处理。本发明中测量设备为白光干涉仪5，干涉仪是利用干涉原理测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动，而某一束相干光的光程变化是由它所通过的几何路程或介质折射率的变化引起，所以通过干涉条纹的移动变化可测量几何长度或折射率的微小改变量，从而测得与此有关的其他物理量。测量精度决定于测量光程差的精度，干涉条纹每移动一个条纹间距，光程差就改变一个波长(～10-7米)，所以干涉仪是以光波波长为单位测量光程差的，其测量精度之高是任何其他测量方法所无法比拟的。
通过以上方法进行超精密精对刀：首先，所提出的方法简单易行且不依赖于操作人员的经验；其次，基于高精度的白光干涉仪5测量，其能够突破传统测量方法的测量分辨率低的问题，实现高精度对刀；另外，所提出的方法仅需要单次装夹即可，能够很好地减少重复装夹引起的装夹误差以及对刀时间的问题，实现高效率对刀。重要的是，该方法能够突破传统试切法的误差较大的问题，能够实现高精度高效率超精密加工精对刀。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将工件用夹具装夹，将夹具通过吸盘吸附于超精密机床主轴上，在粗对刀的基础之上使用车刀对工件表面进行车削平整加工；
S2：移动主轴位置到粗对刀零点，给予主轴一定的转速，将主轴沿X轴移动Lx1并在该位置车削第一圆槽；
S3：在S2完成之后将移动主轴位置移回粗对刀零点，维持主轴转速不变，将主轴沿X轴方向移动Lx2并且同时沿Y轴方向移动Ly并在该位置车削第二圆槽；
S4：待车削加工圆槽结构完成后，将工件取下并在测量设备上进行表面测量，获取第一圆槽和第二圆槽所对应的最低点圆弧半径分别为R1和R2；
S5：记A点为主轴中心，记B点为刀尖中心，AB两点之间的连线在X轴的投影即为对刀误差ΔX，根据R1，ΔY及Lx1可得对刀误差ΔX的计算表达式为：
Figure FDA0003403421750000011
S6：记A点为主轴中心，记B点为刀尖中心，AB两点之间的连线在Y轴的投影即为对刀误差ΔY，根据R2，ΔX，Lx2和Ly可得对刀误差ΔY的计算表达式为：
Figure FDA0003403421750000012
S7：联立S5和S6中方程即可解出对刀误差ΔX和对刀误差ΔY的大小，将此对刀误差补偿进机床系统即可实现超精密车削精对刀。
2.根据权利要求1所述的一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，其特征在于：
所述步骤S1中的所述夹具为弹簧夹头夹具。
3.根据权利要求1所述的一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，其特征在于：
所述步骤S1中的所述吸盘为真空吸盘。
4.根据权利要求1所述的一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，其特征在于：
所述步骤S1中的所述车刀为圆弧刃金刚石车刀。
5.根据权利要求1所述的一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，其特征在于：
所述第一圆槽和所述第二圆槽的深度相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法，其特征在于：
所述步骤S4中的所述测量设备为白光干涉仪。
CN202111504063.7A 2021-12-10 2021-12-10 一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法 Active CN114227339B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111504063.7A CN114227339B (zh) 2021-12-10 2021-12-10 一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111504063.7A CN114227339B (zh) 2021-12-10 2021-12-10 一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114227339A CN114227339A (zh) 2022-03-25
CN114227339B true CN114227339B (zh) 2023-03-14

Family

ID=80754545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111504063.7A Active CN114227339B (zh) 2021-12-10 2021-12-10 一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114227339B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114986269B (zh) * 2022-07-28 2022-11-22 苏州大学 一种微型刀具的刃磨方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102069428A (zh) * 2010-06-08 2011-05-25 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 在车床或磨床上借偏或找正加工细长轴的方法
CN103921167A (zh) * 2014-03-26 2014-07-16 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种金刚石尖刀对刀方法
CN110125489A (zh) * 2019-05-27 2019-08-16 中南大学 一种铣齿加工参数及路径补偿方法
CN110405227A (zh) * 2019-08-08 2019-11-05 哈尔滨工业大学 一种用于离轴微透镜加工的定点旋转切削方法
JP2020082280A (ja) * 2018-11-27 2020-06-04 共立精機株式会社 ツールプリセッタにおけるツール形状の測定装置及び測定方法
CN111745462A (zh) * 2020-06-29 2020-10-09 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102069428A (zh) * 2010-06-08 2011-05-25 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 在车床或磨床上借偏或找正加工细长轴的方法
CN103921167A (zh) * 2014-03-26 2014-07-16 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种金刚石尖刀对刀方法
JP2020082280A (ja) * 2018-11-27 2020-06-04 共立精機株式会社 ツールプリセッタにおけるツール形状の測定装置及び測定方法
CN110125489A (zh) * 2019-05-27 2019-08-16 中南大学 一种铣齿加工参数及路径补偿方法
CN110405227A (zh) * 2019-08-08 2019-11-05 哈尔滨工业大学 一种用于离轴微透镜加工的定点旋转切削方法
CN111745462A (zh) * 2020-06-29 2020-10-09 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114227339A (zh) 2022-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104290002B (zh) 一种柱面镜的加工方法
CN105397549B (zh) 机床加工孔面工件的找零点方法
CN111745462B (zh) 一种超精密车削中水平偏置快速校正的方法
CN113695645B (zh) 一种微径金刚石球头铣刀竖直偏置校正方法
CN114227339B (zh) 一种基于试切圆槽的超精密车削精对刀方法
CN111673292A (zh) 一种五轴激光加工设备rtcp误差标定补偿方法
CN112427969B (zh) 一种转台框架轴向定位面的加工方法
CN109304664B (zh) 一种基片均匀抛光装置及其工作方法
CN111069977A (zh) 适用于加工中心的对表件、精密加工工艺及零件尺寸测量方法
CN111941148B (zh) 一种数控加工超行程找正装置及找正方法
CN110000606A (zh) 一种针对加工太赫兹慢波结构件的对刀方法
CN110370083B (zh) 一种强力剐齿加工工件位姿误差测量的方法
CN111958318B (zh) 用于数控铣床的坐标系设定、测量装置及设定、测量方法
JP2011206862A (ja) 多軸加工機における回転工具の位置合わせ方法
CN114603399A (zh) 主轴摆动型机床精度补正方法
CN108287523A (zh) 一种带外支架立式机床几何精度检测方法
CN110102805B (zh) 大尺度弱刚度悬梁结构件及其超精密加工方法和装夹装置
CN210307009U (zh) 一种可调倍率寻边器
CN111375899A (zh) 一种大曲率曲面激光加工成型方法
CN115355861B (zh) 回转类零件测量时轴心对准方法
CN114536098B (zh) 一种基于试切直线槽的超精密铣削精对刀方法
CN109079550B (zh) 一种设定夹具快速设定零位的方法
CN116871542A (zh) 一种基于切圆槽的超精密机床b轴车削高精对刀方法
CN111230594A (zh) 数控加工中心在线加工变形检测装置及补偿方法
CN204913569U (zh) 工件抛光盘接触状态可调的抛光装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant