一种金刚石尖刀对刀方法
【专利摘要】本发明提供了一种金刚石尖刀对刀方法，所述的方法通过LVDT与试切法相结合，避免了传统的试切对刀方法过切或刀具高于主轴中心对刀具的损坏。通过加工程序设定数值ψ1、ψ2的两个圆，测量其直径数值分别为Ф1、Ф2，根据几何关系几何关系建立方程组，求解方程组，即可获得刀具在Y方向的调整数值。再在工件端面加工程序设定直径为ψ3的圆，通过测量显微镜测量圆直径准确数值，设分别为Ф3，则刀具在X轴上调整数值为：（ψ3-Ф3）/2或（Ф3-ψ3）/2。实现了对金刚石尖刀的准确对刀。
【专利说明】一种金刚石尖刀对刀方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超精密金刚石车削加工领域，具体涉及一种金刚石尖刀对刀方法。
【背景技术】
[0002]在现代科研生产中，各种微细结构的加工往往需要使用金刚石尖刀。在超精密车床上，刀具在高度(Y)和水平(Z)方向上的调整误差会影响工件的面形精度。在高度(Y)方向，刀尖位置与车床主轴中心不在同一水平面时，会造成车削不完全，在工件端面分别残留下小圆柱或圆锥；在水平(Z)方向，刀尖位置误差会影响加工工件轮廓形状。一般情况下，在车床上刀具对刀采用两种方法:(I)试切法，(2)采用高分辨率的线性可调差动传感器(Liner Variable Differential Transformer, LVDT)作为刀具位置检测仪。但是，金刚石尖刀由于刃磨的十分尖锐，其刀具强度相对较低，在切削加工时，刀具在高度方向高于中心或刀具在水平方向切过主轴中心都可能会造成金刚石尖刀损坏；若采用LVDT对刀，刀具位置误差很难调整到50 μ m内，从而会造成微细结构尺寸误差。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种获得金刚石尖刀位置的对刀方法。
[0004]本发明的金刚石尖刀对刀方法，依次包括如下步骤:
a.在车床上安装金刚石刀具，通过线性可调差动传感器确定刀具位置，在Y方向，将刀具刀尖安装在略低于主轴中心位置；
b.将试切加工样件装夹在车床主轴；
c.通过金刚石尖刀在工件端面加工直径不同的两个圆，设程序中设定所加工圆直径数值分别为Ψρ Ψ2，且Ψ) Ψ2 ;
d.通过测量显微镜测量圆环直径准确数值，设分别为ΦρΦ2，且ΦΡΦ2 ;
e.则解方程组:
g.yf+I2 = ^1Cl)
(2>02 +(6+?-%)2 = φι(2)
得出?的数值，则可确定刀具低于主轴中心距离为I ；
f.将刀具在?轴上向上调整距离为1，通过位置传感器，检测刀具在y方向调整的距
离；
g.重复步骤b~f数次，直到y方向位置调整精确为准；
h.再在工件端面加工程序设定直径为ψ3的圆；
1.通过测量显微镜测量圆直径准确数值，设分别为Φ3;
j.比较￥3和Φ3大小，如果Ψ3>Φ3，说明在X方向，刀具零点位置相对与在车床主轴零点而言在X轴负方向，则将刀具零点向X轴正方向移动(ψ3-Φ3)/2 ;反之，刀具零点位置相对与在车床主轴零点而言在X轴正方向，则将刀具零点向X轴负方向移动(Φ3_ Ψ3) /2 ;k.重复步骤h~j数次，直到X方向位置调整精确为准。
[0005]所述的步骤c所述加工直径不同的两圆时,刀具不能切过主轴中心。
[0006]所述的步骤h所述加工直径不同的圆时,刀具不切过主轴中心。
[0007]所述的步骤b中的试切加工样件材料为铝或铜。
[0008]所述的步骤g在y方向位置调整精度小于10 μ m。
[0009]所述的步骤k在X方向位置调整精度小于10 μ m。
[0010]本发明的金刚石尖刀对刀方法，其优点是:通过LVDT与试切法相结合，确保了在试切加工时刀具在I方向低于主轴中心；且试切加工时，在X方向不过切，通过测量及相关几何关系计算出刀具在X、y方向的调整数值。与传统的试切法相比，不会因为刀具高于主轴中心或过切而对刀具造成损坏；与LVDT对刀法相比，可精确获得刀具位置。本发明原理简单、易懂，实施方便，易操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的刀具中心切过主轴中心时对刀原理图；
图2为本发明的刀具中心没切过主轴中心时对刀原理图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0013]实施例1
图1为本发明的刀具中心切过主轴中心时对刀原理图；
图2为本发明的刀具中心没切过主轴中心时对刀原理图。
[0014]从图1、2中可以看出，在金刚石车床上，通过LVDT对刀仪将金刚石尖刀装在刀架上，使刀具中心低于主轴中心，则存在两种情况，(O刀具中心过主轴中心，即刀具中心在X轴负方向；(2)刀具中心没过主轴中心，即刀具中心在X轴正方向。对工件进行试切加工，分别加工出两圆，加工过程中确保刀具不切过主轴中心，即刀具始终位于X轴正方向。通过显微镜测量圆环直径准确数值，设分别为Φ:、Φ2，且Φ,Φρ则可建立方程:
g.yf+t2 = ^(O
(2yf+(t +^1-ψ.2)2 = Φ?(2)
得出I的数值，则可确定刀具低于主轴中心距离为I。将刀具在I轴上向上调整距离为y，通过位置传感器，检测刀具在y方向调整的距离，并作调整。再在工件端面加工程序设定直径为Ψ3的圆。通过测量显微镜测量圆直径准确数值，设分别为Φ3。比较…和中3大小，如果Ψ3>Φ3，说明在X方向，刀具零点位置(刀尖位置)相对与在车床主轴零点而言在X轴负方向，则将刀具零点向X轴正方向移动(ψ3_Φ3)/2 ;反之，刀具零点位置(刀尖位置)相对与在车床主轴零点而言在X轴正方向，则将刀具零点向X轴负方向移动(Φ3_ Ψ3) /2。
[0015]本发明的金刚石尖刀对刀方法，依次包括如下步骤:
步骤1.在车床上安装金刚石尖刀，刀具几何参数:主偏角Kr=93°，副主偏角Kr’=5 °.通过LVDT初步确定刀具位置，在Y方向，将刀具刀尖安装在略低于主轴中心位置；
步骤2.将试切加工硬铝样件装夹在车床主轴；步骤3.通过金刚石尖刀在工件端面加工直径不同的两个圆，设程序中设定所加工圆直径数值分别为F1=L 7369、Ψ2=1.4077 ；
步骤4.通过测量显微镜测量圆环直径准确数值，设分别为Φ1=1.2718、Φ2=0.9694; 步骤5.则解方程组:
(2y)2 + t2 = Φ22(I)
(2y)2 +(t + ψ1-ψ2 )2 = Φ21(2)
得出y=0.2189的数值，则可确定刀具低于主轴中心距离为0.2189 ；
步骤6.将刀具在y轴上向上调整距离为0.2189，通过位置传感器，检测刀具在y方向调整的距离；
步骤7.重复步骤2~6数次，直到y方向位置达到设定精度为8 μ m ;
步骤8.再在工件端面加工程序设定直径为Ψ3=1.8146的圆；
步骤9.通过测量显微镜测量圆直径准确数值，设分别为Φ3=1.2718;
步骤10.比较￥3和Φ3大小，Ψ3>Φ3，说明在X方向，刀具零点位置(刀尖位置)相对与在车床主轴零点而言在X轴负方向，则将刀具零点向X轴正方向移动(Ψ3_Φ3)/2=0.2714 ；步骤11.重复步骤8~10数次，直到X方向位置达到设定精度为6 μ m。
【权利要求】
1.一种金刚石尖刀对刀方法，其特征在于，所述方法依次包括如下步骤: a.在车床上安装金刚石刀具，通过线性可调差动传感器确定刀具位置，在Y方向，将刀具刀尖安装在略低于主轴中心位置； b.将试切加工样件装夹在车床主轴； c.通过金刚石尖刀在工件端面加工直径不同的两个圆，设程序中设定所加工圆直径数值分别为Ψρ Ψ2，且Ψ) Ψ2 ; d.通过测量显微镜测量圆环直径准确数值，设分别为ΦρΦ2，且ΦΡΦ2 ; e.则解方程组:
2.根据权利要求1所述的一种金刚石尖刀对刀方法，其特征在于:所述的步骤c所述加工直径不同的两圆时，刀具不能切过主轴中心。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石尖刀对刀方法，其特征在于:所述的步骤h所述加工直径不同的圆时，刀具不切过主轴中心。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石尖刀对刀方法，其特征在于:所述的步骤b中的试切加工样件材料为铝或铜。
5.根据权利要求1所述的一种金刚石尖刀对刀方法，其特征在于:所述的步骤g在y方向位置调整精度小于10 μ m。
6.根据权利要求1所述的一种金刚石尖刀对刀方法，其特征在于:所述的步骤k在X方向位置调整精度小于10 μ m。
【文档编号】B23Q15/22GK103921167SQ201410115479
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】谢军, 童维超, 李国 , 黄燕华, 张海军, 宋成伟, 张昭瑞, 李朝阳, 王红莲, 魏胜, 袁光辉, 陶洋, 朱磊, 刘峰 申请人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心