数控车床车削刀具刀尖圆弧半径的间接测量法制造技术

数控车床车削刀具刀尖圆弧半径的间接测量法涉及一种车床车刀刀尖圆弧半径值的测量方法。这种方法是采用一个车削试件，此试件是纵向截面为十字形的三圆柱叠加体，准确测量车削试件中部的大圆柱体的左端面至右端面的距离Ｌ，要求２≤Ｌ≤１０毫米，再用待测量刀尖圆弧半径的车刀将试件右端的圆柱体以直径为ｄ毫米的尺寸车削至车削试件中部的大直径圆柱体的右端面停刀，再从大圆柱体右端面的停刀点起将大圆柱体的侧面以４５°角车削成锥面，准确测量锥台的底面直径为Ｄ毫米；将所得的参数Ｄ、ｄ、Ｌ值通过键盘输入到数控车床所装的具有选择刀具、计算刀尖ｒ值、ｒ值寄存器、ｒ值调用加工程序等功能的计算机硬盘中，使车床刀具具有精确定位和复位的功能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种车床车刀刀尖圆弧半径值的测量方法。
技术介绍
一般车床采用的车刀刀尖在刃磨后似乎是尖的，但是在显微镜下可以看到实际上的车刀的刀尖是圆头的。这种车刀在一般工件的车削中可以通用，但在数控车床对工件进行精加工时，就必须测量出车刀刀尖的圆弧半径，将实测的车刀刀尖的圆弧半径值输入到数控车床的计算机中，由计算机进行补偿计算后，将计算值自动输入车削加工程序中，方可加工出精确的精密工件。但是实测的车刀刀尖的圆弧半径测量若不够正确，则在输入数控车床的数控系统中会构成对工件车削结果产生误差，这种误差可能使加工的工件的精度降级，甚至于报废。目前，在实际的数控车床的工件精加工中，测量车刀刀尖的圆弧半径的方法有两种，一种是将车刀的刀尖放在工具显微镜下观察，若选择在放大100倍的条件下测量出车刀刀尖的圆弧半径是50毫米，那么可确定此车刀刀尖的实际圆弧半径是0.5毫米。另一种方法是采用具有不同圆弧凹槽的卡规，将车刀的刀尖在逐个圆弧凹槽内核对，对上一个基本相符的凹槽，再根据此凹槽在卡规上的标注圆弧半径值来确定此车刀刀尖的圆弧半径值。这两种方法都较可靠、直观，但是因工具显微镜不能放在生产现场，又必须将刀具从车床上拆下方可测量，而拆下刀具的方式在很多生产场合下是不允许或是不经济、不方便的，如在成批量生产时就不允许取下刀具。由于上述两种测量方法都是静态测量，所以不一定符合刀具在实际切削时状态，尤其是当车刀刀尘的圆弧半径小于1/4圆周率时，就会产生不能符合实际切削的情况。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术的不足，提供一种对数控车床车削刀具刀尖圆弧半径的间接测量法。这种方法是采用一个材料有足够刚性的车削试件，此车削试件的纵向截面为十字形的三圆柱叠加体，将三圆柱叠加体的左端圆柱插入数控车床的夹具盘中固定，测量中间大直径圆柱体的右端面至左端面的距离为L毫米，因为经车削后的L值不容易测量准确；然后用待测量刀尖圆弧半径的车刀从十字形的右端圆柱体的端顶以直径为d的尺寸车削至十字形的中部的大直径圆柱体的右端面停刀，然后从大圆柱体右端面上的停刀处起开始以θ为设定角，此设定角θ经计算以45°角为最佳角度车削至大圆柱体的左端面为止，并形成锥面，此时大圆柱体成为一个锥台，准确测量锥台的底面直径为D毫米，于是代入公式r=(D-d)-2L2(2-√2)---(11)]]>即可求得r值。将r值输入到数控车床的刀具补偿寄存器中，再移入加工程序中。于是在数控车床启动加工程序时，数控车床即可自动使刀具精确定位和复位，加工出符合精度要求的工件成品。为了将车削试件上求得的数据输入到数控车床的计算机中，可以在数控车床的计算机键盘上设置参数D、d、L的按键，并将选择刀具号、输入参数D、d、L和按公式(11)计算车刀的刀尖圆弧半径值r、将r值存入刀具补偿寄存器、调用r进入加工程序等功能制成软盘或光盘。再将软盘或光盘上的数据输入到数控车床中的计算机的硬盘中；也可直接将此功能直接装入数控车床的计算机系统中；于是使数控车床具有采用车削试件求取参数D、d、L后，自动编程并进入加工程序中使车刀具有精确定位和复位的功能。装有上述功能的数控车床必须在其计算机控制盘上设置参数输入按键。采用数控车床车削刀具刀尖圆弧半径的间接测量法的有益效果是其测量值更逼近刀具实际工作半径值，所以其测量精度高；测量时可以在线测量，不必一再卸下刀具作刀尖圆弧半径值测量，而只需将工件取下换上车削试件，用需要测量刀尖圆弧半径的车刀去车削换上的车削试件，然后测量参数D、d、L，最后由车床自动将车刀精确定位和复位；由此市售的数控车床在设置具有数控车床车削刀具刀尖圆弧半径的间接测量法的软件或硬件计算电路后，可使数控车床具有更完善的高精度车削功能。下面将参照附图、实施例对本专利技术所述的数控车床车削刀具刀尖圆弧半径的间接测量法的计算基理、公式推导与应用方法作详细的阐述。附图说明附图1是车削圆锥面、曲面时存在的实际切削点偏移分析示意图；附图2是车削试件的结构示意图；附图3是车削试件被车削后的结构示意图；附图4是车削试件的编程轨迹与实际加工轨迹的偏移量示意图；附图5是车刀刀尖的间接测量值更逼近车刀的实际工作半径值的示意图；附图6是车床数控系统中增加的计算刀尖圆弧半径r与应用r的编程程序流程图。具体实施例方式参照附图1图1中的粗线条为编程理论轨迹，细线条为无刀补实际加工轨迹。其中θ为锥面的半锥角；0为X、Z两轴线的中心点； Pb为编程理论轨迹的X、Z轴线的中心点；Pj为实际刀尖轨迹的X、Z轴线的中心点；XoZo为要求加工的圆弧的圆心点；Xo+r，Zo+r为实际加工的圆弧的圆心点；ΔZ 为理论与实际轨迹的Z向差值；h为理论与实际加工的厚度差值；R为需要加工的工件圆弧半径。1、加工锥面由于对刀时总是以刀尖圆弧上的X、Z向相应的最凸点A、B为准，而实际切削点总是弧线AB上与被加工表面相切的那一点，它随锥面的半锥角0值的变化而变化。由此，必然造成实际加工锥面对编程锥面的偏移。可以推导编程点Pb与实际加工点Pj偏移量为ΔX＝r(1-cosθ) (1)ΔZ＝r(1-sinθ) (2) ＝r(sin+cosθ-1)(3)其X、Z分量为hΔx＝r(sinθ+cosθ-1)/cosθ(4)hΔz＝r(sinθ+cosθ-1)/sinθ(5)设编程表面母线方程为Z＝xtgθ+bb为常数则实际切削表面母线方程为Z＝xtgθ+b+h/cosθ＝xtgθ+b+(tgθ+1-secθ)r其中θ∈(0，π/2)2、加工曲面曲面是用锥面加工来逼近获得的，以圆弧加工为例，它是用一系列切线加工来拟合的，随着轮廓步长参数的不断输出，0角不断变化，因此，同样存在对刀点与实际切削点的偏移，偏移量在圆弧的不同位置是不等的。设编程圆弧的母线方程为(x-xo)2+(z-zo)2＝R2其中xo、zo为常数；则实际加工表面的母线方程为(x-r-xo)2+(z-r-zo)2＝(R+r)2凹弧情况；或 (x-r-xo)2+(z-r-zo)2＝(R-r)2图示凸弧情况；由于上述偏移，车削任何不平行于X或Z轴表面时，肯定会因为刀尖圆弧半径的存在而产生加工误差，由于工艺及力学性能需要，刀尖半径r一般取0.2-1.5毫米，精车时，偏移误差将相对很大，故数控系统应按公式(1)、(2)或(4)、(5)提供半径补偿算法。参照附图2、附图3、附图4附图3中的θb是指理论半锥角；θo是指实际半锥角。附图4中的粗实线为无刀补实际加工轨迹，细虚线为编程理论轨迹。上述偏移能否得到精确补偿，关键刀尖半径r的测量，宏观上看，刀尖半径r较小，普通方法不便测量，生产中常依经验估值，误差相当大。用工具显微镜等测量，既不便又有不合理之处。经研究，采用间接测量法用车削试件，刀具不必半径补偿，按图3所示切削后用千分尺测出L、D、d；其中要求L应尽量取小，一般取用2-10毫米；而锥面加工必须是θ为45°角；并要求车削试件的材料应有足够的刚性。由图3可见编程轨迹与实际加工轨迹存在偏移量，由此可推导公式如下h＝r(sinθ+cosθ-1)(3)D-d/2-Ltgθ＝hsecθ (6)求出r ＝(D-d)-2Ltgθ/2(tgθ+1-secθ) (7)其中 θ∈(0，π/2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
数控车床车削刀具刀尖圆弧半径的间接测量法，其特征在于采用一个车削试件，此车削试件的纵向截面为十字形的三圆柱叠加体，将三圆柱叠加体的左端圆柱插入数控车床的夹具盘中固定，精确测量车削试件中部的大直径圆柱体的左端面至右端面的距离Ｌ毫米，要求２≤Ｌ≤１０毫米，然后用车刀从车削试件的右端圆柱体的端顶以直径为ｄ毫米的尺寸车削至车削试件中部的大直径圆柱体的右端面停刀，然后从大圆柱体右端面的停刀处开始以Ｏ为设定角，此设定角Ｏ经计算以４５°角为最佳角度，车削大圆柱体的侧面成为锥面，使大圆柱体成为一个锥台，准确测量锥台的底面直径为Ｄ毫米，于是代入公式：ｒ＝（Ｄ－ｄ）－２Ｌ／２（２－√２）即可求得ｒ值；将ｒ值输入到数控车床的刀具补偿寄存器中，再引入加工程序中使数控车床获得可使刀具精确定位和复位的功能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：周建来，唐学飞，
申请(专利权)人：连云港化工高等专科学校，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]