[发明专利]一种高精度的刀具偏离量在线测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及刀具测量装置领域，特别是一种高精度的刀具偏离量在线测量装置及方法。

背景技术

五轴数控加工可通过改变刀具-工件相对位置而使得刀具的可达空间更广，这样通过刀具位置规划有效避免刀具与工件及工艺系统间的干涉或碰撞。因此，五轴数控加工已广泛应用于航空航天、能源、汽车和国防等领域中复杂曲面加工。

然而，刀具偏离理论位置会降低加工精度，是不容忽视的。尤其对于超高强度超高硬度材料工件，比如飞机起落架、发动机叶轮等航空零件为高强度高硬度的难加工材料，而且加工工艺复杂，进行刀具偏离量测量和相关研究尤为重要。如何精确地在线测量多轴数控加工过程中刀具沿X轴和Y轴方向的偏离量，对于研究进给速度、主轴转速、铣削方式等加工参数优化和前倾角与侧倾角刀具姿态优化具有重要意义。刀具偏离量的模拟计算，是分别建立加工过程中刀具所受切削力模型和机床加工系统的刚度场模型，然后运算得到。但由于实际加工过程中刀具偏离量的影响因素众多，比如刀具偏心跳动、加工材料的各向异性、工艺环境的不稳定等，实际的刀具偏离量往往与预测的不符合。通过设计一种刀具沿X轴和Y轴方向同时在线测量装置精确地测量刀具偏离量，对于研究实际加工过程中的刀具偏离变化规律尤为重要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高精度的刀具偏离量在线测量装置及方法，可实时检查测量结果，及时发现测量过程中出现的干扰；通过建立几何关系方程进行误差补偿，外部干扰影响小，测量精度高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高精度的刀具偏离量在线测量装置，包括固定安装于机床的主轴头上的装夹机构，所述装夹机构上安装有激光位移测量装置，所述激光位移测量装置上连接有用于接收和处理其发出的信号的数据采集处理装置，所述激光位移测量装置包括两个以上的激光测量头，激光测量头均安装在装夹机构上，每个激光测量头上均设有激光发射器和激光接收器，激光发射器发出的激光在刀具被测表面反射并被激光接收器接收，其中有一个激光测量头发出的激光线平行于机床的X轴，另有一个激光测量头发出的激光线平行于机床的Y轴。

本发明中，所述装夹机构包括固定套接在机床的主轴头外侧的环形套圈及安装在环形套圈上的测量头固定组件，每个激光测量头均固定连接在测量头固定组件上。

本发明中，所述测量头固定组件通过连接件安装在所述环形套圈上。

本发明中，所述装夹机构还包括设置在环形套圈与机床的主轴头之间的隔振垫圈。

本发明中，所述激光测量头上设置有用于保护激光发射器和激光接收器的透光保护屏。

本发明中，所述数据采集处理装置包括背板、动态信号采集卡和计算机，激光测量头发出的信号通过动态信号采集卡导入计算机进行数字处理。

本发明中，动态信号采集卡为增益动态信号分析仪，其采样频率高达204.8kS/s，其能16路同步采样模拟输入。

本发明中，包括以下步骤：

1)让激光测量头的激光发射器发射出的激光落在刀具的光杆部分，刀具的光杆部分上的激光落点距离刀具的光杆部分与刀齿部分的分界面1～2mm；

2)启动机床，完成机床的加工程序复制、数控系统参数设置和对刀工艺流程；

3)启动数据采集处理装置，将编制好的数据采集与保存程序打开，设置数据保存路径；

4)开启数据采集，并让刀具开始加工工件；

5)数据采集处理装置结束数据采集，得到刀具偏离量数据，并进行图形化显示和存储。

本发明中，其中一个激光测量头的激光发射器发射到刀具的光杆部分上的激光落点所在横截面与刀具变形前的中心线的交点为刀具测点B点，在刀具变形前刀具测点B点与激光落点连线平行于机床的YZ平面；另有一激光测量头的激光发射器在刀具变形前发射到刀具的光杆部分上的激光落点与刀具测点B点的连线平行于机床的XZ平面，刀具测点B点沿X轴的理论偏离量e_Bx和沿Y轴的理论偏离量e_By可由以下方程得出：