一种基于切直槽的超精密机床B轴铣削高精对刀方法技术

本发明专利技术公开了一种基于切直槽的超精密机床B轴铣削高精对刀方法，通过金刚石球头铣刀在工件表面加工两个特征直槽结构，并置于高精度探针轮廓仪下测量出槽间距和槽深度，建立其与对刀误差ΔX和ΔZ和B轴摆臂之间的关系，从而关联所输入任意坐标点在机床坐标系下的相对的变换位置，最终完成超精密机床B轴铣削高精对刀。具有以下优点：首先，所提出的试切直槽的方法不取决于操作人员的视觉误差以及设备本身误差，获得结果更加客观；其次，基于高精度的探针轮廓仪测量能够突破传统测量方法范围有限的问题，测量过程高效快速且数据直观易处理。理。理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于切直槽的超精密机床B轴铣削高精对刀方法


[0001]本专利技术涉及超精密加工
，特别是涉及一种基于切直槽的超精密机床B轴铣削高精对刀方法。

技术介绍

[0002]超精密加工可以获得亚微米级面形精度、纳米级表面纹理及近无表层缺陷的高性能光学表面与功能结构。目前，面向高精度、难加工的光学结构元件，超精密铣削以其高表面质量、低制造成本、重复性好等优点已然成为技术发展前沿和趋势。其中，多轴超精密机床B轴能够精准控制刀具与工件之间相对旋转角度。同时，基于B轴的超精密加工方式能够实现刀具、工件自由转动且不发生干涉，可以在一个工位上完成更复杂曲面的光学元件，减少工件的装夹次数保证位置精度。B轴对刀误差作为影响超精密铣削的重要因素，该误差的存在将使所加工光学表面产生严重缺陷。对于超精密铣削B轴对刀，通常需要以下步骤确定刀尖中心与B轴中心的相对位置：首先针对X轴和Z轴对刀误差进行校准，并计算B轴旋转中心至刀尖距离，进而将加工程序中任意一点坐标转换到机床坐标系确定相应的刀尖位置，最终实现超精密机床B轴铣削高精对刀。目前，传统方法主要为对刀仪法和试切观察法。对刀仪法采用计算机视觉技术来完成刀具位置参数的检测，通过机器来代替人眼进行测量和判断，对目标信息进行处理得到刀具与工件在机床坐标系中相对位置。试切观察法通过操作人员在旋转台上将B轴旋转不同角度，并在工件表面循环往复试切从而计算刀具偏移矢量，直至主观判断计算出在机床坐标系下的对刀零点。对于超精密机床B轴铣削对刀，非常必要提出精度高、效率高、行之有效的高精对刀方法。
[0003]传统超精密机床铣削B轴对刀方法的有效性已被广泛验证，但依然存在以下缺点：1)对刀仪法取决于操作人员的视觉误差以及设备本身误差，对操作人员依赖性太强；2)对刀仪法受限于工业相机的低分辨率，受到机床测量环境以及操作台振动干扰，因而难以实现亚微米级别位置精度的高精对刀；3)试切观察法严重依赖对刀人员的技术水平，对刀过程周期长且多次安装工件需要调节主轴的动平衡，因而可重复性低；4)试切观察法过程繁琐，操作过程容易因重复装夹降低定位精度，进而影响光学表面加工质量。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术旨在公开一种基于切直槽的超精密机床B轴铣削高精对刀方法，在保证加工效率的基础上有效提高对刀过程中的精度和可行性，最终提高超精密加工表面质量。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种基于切直槽的超精密机床B轴铣削高精对刀方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将工件通过吸盘装置固定于超精密机床C轴上并依靠动平衡装置调节动平衡，安装铣刀并将铣削轴固定于B轴上，通过对刀仪在线实现B轴粗对刀，基于粗对刀结果旋转B轴并记零点为O，记刀尖点为M，记B轴旋转中心为N，记两者之间距离MN即B轴摆臂长度为L，分别记沿X轴和Z轴对刀误差为ΔX和ΔZ；
[0007]S2：以铣削轴恒定转速w精铣端面，找到此状态下Z向零点并记为P，以此消除Z轴对刀误差ΔZ，若
△
Z>0，则工件相对刀具向Z轴正方向移动距离
△
Z；若
△
Z<0，则工件相对刀具向Z轴负方向移动距离
△
Z，记此时B轴旋转中心O至工件表面距离OP为Zw；
[0008]S3：维持铣削轴恒定转速w，将刀具以O点为参考坐标点沿X轴移动LX，在参考坐标O点位置该位置沿X轴正方向以切削深度d铣削第一直槽；
[0009]S4：待第一直槽加工完成后，将C轴沿顺时针旋转180
°
，将B轴沿顺时针旋转角度φ，在该位置沿X轴负方向以切削深度d铣削第二直槽；
[0010]S5：待第二直槽加工完成后，取下工件用酒精与无尘布清洁，在超精密测量设备上进行表面测量，在相对坐标下处理测量结果；
[0011]S6：沿着Z轴方向，第一直槽和第二直槽相应的槽最低点处距离记为D，两槽深度分别记为d1和d2，对于第一直槽，建立切削深度d，槽深度d1，B轴摆臂长度L和B轴中心至工件表面距离Zw之间关系，表示为：
[0012]L＝Zw
‑
d+d1
[0013]对于第二直槽，槽深度记为d2，沿着Z轴方向，建立切削深度d，槽深度d2，B轴摆臂长度L，B轴旋转角度φ和B轴中心至工件表面距离Zw之间关系，表示为：
[0014][0015]S7：联立S6中公式，消去B轴中心至工件表面距离Zw，解出B轴摆臂长度L，表示为：
[0016][0017]S8：沿着X轴方向，建立X轴对刀误差ΔX，刀具移动距离LX，槽最低点处的距离D，B轴沿顺时针旋转角度φ和B轴摆臂长度L之间关系，表示为：
[0018][0019]将所计算的ΔX补偿进机床系统，若
△
X>0，则工件相对刀具向X轴正方向移动距离
△
X；若
△
X<0，则工件相对刀具向X轴负方向移动距离
△
X，
[0020]S9：完成S1
‑
S8步骤后，对于任意一点机床坐标(X0,Z0),B轴摆角α，计算相应的变换位置(Xα,Zα)，表示为：
[0021][0022]依次将所输入坐标点转换到机床坐标系即可完成超精密机床B轴铣削高精对刀。
[0023]进一步地，所述步骤S1中的所述吸盘为真空吸盘。
[0024]进一步地，所述步骤S1中的所述工件材料为铝合金。
[0025]进一步地，所述步骤S1中的所述C轴为空气主轴。
[0026]进一步地，所述步骤S1中的所述动平衡装置为动平衡仪。
[0027]进一步地，所述步骤S1中的所述对刀仪为CCD光学对刀仪。
[0028]进一步地，所述步骤S1中的所述刀具为金刚石球头铣刀。
[0029]进一步地，所述步骤S3中的所述铣削轴转速w为40000rpm。
[0030]进一步地，所述步骤S3中的所述铣削轴切削深度d为2μm。
[0031]进一步地，所述步骤S5中的所述超精密测量设备为探针式轮廓仪。
[0032]本专利技术的有益效果为：
[0033]本专利技术公开的一种基于切直槽的超精密机床B轴铣削高精对刀方法，首先基于光学对刀仪在线无损实现粗对刀，通过金刚石球头铣刀在工件表面加工两个特征直槽结构，并置于高精度探针轮廓仪下测量出槽间距和槽深度，建立其与对刀误差ΔX和ΔZ和B轴摆臂之间的关系，从而关联所输入任意坐标点在机床坐标系下的相对的变换位置，最终完成超精密机床B轴铣削高精对刀。具有以下优点：首先，所提出的试切直槽的方法不取决于操作人员的视觉误差以及设备本身误差，获得结果更加客观；其次，基于高精度的探针轮廓仪测量能够突破传统测量方法范围有限的问题，测量过程高效快速且数据直观易处理；进一步的，所提出的方法仅需进行单次试切，对刀过程周期短且避免了多次安装工件需要调节主轴的动平衡的问题，因而可重复性高。重要的是，该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于切直槽的超精密机床B轴铣削高精对刀方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将工件通过吸盘装置固定于超精密机床C轴上并依靠动平衡装置调节动平衡，安装铣刀并将铣削轴固定于B轴上，通过对刀仪在线实现B轴粗对刀，基于粗对刀结果旋转B轴并记零点为O，记刀尖点为M，记B轴旋转中心为N，记两者之间距离MN即B轴摆臂长度为L，分别记沿X轴和Z轴对刀误差为ΔX和ΔZ；S2：以铣削轴恒定转速w精铣端面，找到此状态下Z向零点并记为P，以此消除Z轴对刀误差ΔZ，若
△
Z>0，则工件相对刀具向Z轴正方向移动距离
△
Z；若
△
Z<0，则工件相对刀具向Z轴负方向移动距离
△
Z，记此时B轴旋转中心O至工件表面距离OP为Zw；S3：维持铣削轴恒定转速w，将刀具以O点为参考坐标点沿X轴移动LX，在参考坐标O点位置沿X轴正方向以切削深度d铣削第一直槽；S4：待第一直槽加工完成后，将C轴沿顺时针旋转180
°
，将B轴沿顺时针旋转角度φ，在该位置沿X轴负方向以切削深度d铣削第二直槽；S5：待第二直槽加工完成后，取下工件用酒精与无尘布清洁，在超精密测量设备上进行表面测量，在相对坐标下处理测量结果；S6：沿着Z轴方向，第一直槽和第二直槽对应的槽最低点处距离记为D，两槽深度分别记为d1和d2，对于第一直槽，建立切削深度d，槽深度d1，B轴摆臂长度L和B轴中心至工件表面距离Zw之间关系，表示为：L＝Zw
‑
d+d1对于第二直槽，槽深度记为d2，沿着Z轴方向，建立切削深度d，槽深度d2，B轴摆臂长度L，B轴旋转角度φ和B轴中心至工件表面距离Zw之间关系，表示为：S7：联立S6中公式，消去B轴中心至工件表面距离Zw，解出B轴摆臂长度L，表示为：S8：沿着X轴方向，建立X轴对刀误差ΔX，刀具移动距离LX，槽最低点处的距离D，B轴沿顺时针旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：章少剑，郭盼，熊智文，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：