专利名称：一种用光学三维形貌仪测量机械加工车刀片vb值的方法
技术领域：
本发明涉及用光学三维形貌仪测量机械加工车刀片后刀面磨损带磨损量的测量方法，特别涉及用光学三维形貌仪测量机械加工车削刀片VB值的方法。
背景技术：
车削刀具的磨损情况影响加工件的尺寸精度和表面质量，决定刀具的使用寿命。 有关标准如国家标准GB/T16461-1996《单刃车削刀具寿命试验》，规定根据刀具后刀面磨损带中间的平均磨损量来确定“磨钝标准”，即后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值，以VB表示，如图1所示。测量刀具的VB值对于刀具合理应用和刀具研究都具有重要意义。在刀具生产中，VB值可以作为刀具性能的有效判断依据。在刀具及其表面改性研究中，可以根据刀具VB值随时间变化值，发现刀具磨损的规律。但是，随着数控加工技术的发展，车削加工刀片也在几何形状、表面结构和加工性能等方面发生了很大的变化。最突出的特征是车刀片的切削刃往往不再是一条直线，而是不同形式的曲线。所以，测量VB的时候，难以准确确定车刀片主后刀面的边缘。同时，传统测量VB的方法一般是通过带刻度的光学显微镜。测量时，后刀面难以保证垂直于显微镜镜头，而且，当车刀片后刀面磨损带的磨痕深度较小(几个微米)时，光学显微镜观察无法准确判断磨损带，无法准确测量VB数值。
发明内容
本发明提出了一种用光学三维形貌仪测量车刀片VB数值的方法。其特征在于用光学三维形貌仪扫描刀片后刀面，将得到的形貌数据保存于计算机，由计算机软件放大100 倍输出为图片，描绘、重叠磨损前后的轮廓线，用米尺测量图片VB数值，按放大倍数换算为车削刀片的VB数值。光学三维形貌仪是用于测量测试样表面形貌的科学仪器，采用干涉或共焦原理非接触式测定表面三维形貌，是一种数字化的表面测量技术。具有测量面积大、测量精度和自动化程度高等优点，可以准确测量车削加工刀片的三维磨损状况。采用适当的技术处理适用于精确测量VB数值。本发明改变了过去常用的通过带刻度的显微镜观察刀片后刀面，即时观察，即时读取刻度的方法。本发明先用光学形貌仪测量形貌，数据保存于计算机，然后再处理，放大倍数可以达到100倍，精度非常高；传统方法测量的磨损比较严重，并且主切屑是一条平直线段的刀片，比较方便，无法测量磨损比较轻微，或者主切削刃为非直线段的刀片，其关键在于比较刀具磨损前后主切屑刃轮廓线并不方便。本发明将磨损前后的数据图片重叠，将磨损前后的数据图重叠，解决了此问题；传统方法无法保证被测量的后刀面垂直于入射光线。用光学三维形貌仪能够校正刀片摆放时的X、y两个方向的高度，使测量更准确。本发明首先要得到刀片主切削刃磨损前和磨损后的轮廓线。如图3所示，本发明规定相交棱特指主、副后刀面的相交棱。磨损前轮廓线为刀片磨损前，主切削刃与相交棱围成的线段；规定磨损后轮廓线为刀片磨损后，磨损带轮廓线以及相交棱的未磨损部分、主切削刃未磨损部分，这三条线段围成的线段。通过光学三维形貌仪扫描刀片主后刀面的形貌， 得到磨损前后数字化三维图片，用计算机按照100倍的放大倍数打印输出图片在透明或半透明纸上，用极细的笔在两幅图片上画出磨损前、后轮廓线，然后以切削刃未磨损部分和相交棱的未磨损部分为基准，将两幅图片重叠；最后通过米尺测量图上VB值后，除以放大倍数100，换算出实际的VB值。本发明的特点在于能保证各种车刀片型号和多种刀片磨损情况下VB值的准确测量A、保证刀片主后刀面水平位置(垂直于测试入射光线)B、无论刀具主切削刃的轮廓如何变化，都能测出VB值(VB值测定时不受主切削刃的轮廓变化的影响)C、测量精度高，在磨痕深度非常浅，甚至能测出只有若干微米的情况下的VB值
图1为车刀片示意2为车刀片后刀面示意3为车刀片磨损前后的轮廓线示意4为磨损前刀片图5为磨损后刀片图6为重叠不好的刀片图7为重叠好的刀片图8为划分磨损区域图9为VBB取值测量a主后刀面、副后刀面的相交棱e主后刀面磨损带g主后刀面d切主削刃c副后刀面C即C区，是切削刃刀尖处的曲线部分B即B区，是C区和A区之间，保持直线的切削刃部分A即A区，长度为离刀尖最远的切削刃磨损长度的b的四分之一N主切削刃超出刀片和工件相互接触面积之外的部分，沿主切削刃长约1-2毫米， 其磨损为缺口磨损形式F主切削刃未磨损部分L主、副后刀面相交棱的未磨损部分IineB刀片磨损前主切削刃与相交棱围成的线段IineA刀片磨损后，磨损带轮廓线以及相交棱的未磨损部分、主切削刃未磨损部分，三条线段围成的线段VBb刀片主后刀面B区平均磨损量
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VBemax刀片主后刀面B区最大VB数值VBn刀片主后刀面N区平均磨损量b切削刃磨损长度
具体实施例方式(1)将车刀片主后刀面朝上固定于三维形貌仪的试样台。在后刀面上的x，y方向分别扫一条2-3毫米的直线。如果发现输出直线倾斜，则调整试样台。继续扫描并调整直至车刀片主后刀面的χ，y方向都垂直于三维形貌仪的入射光，保证刀片主后刀面水平。(2)设置三维形貌仪的χ方向扫描长度、y方向扫描长度、步长、频率参数，然后对后刀面进行面扫描。合理的参数应该保证刀片四周应该留下一定空间，便于确定刀片的轮廓。可以通过先用光学镜头观察的方法，估计扫描范围，设定的扫描范围应该能包含后刀面磨损带。为了尽可能多的收集磨损表面磨痕轮廓线的信息，尽可能小的步长设定。但是为了提高工作效率，有时可以根据实际要求减小步长。(3)用光学三维形貌仪数据处理软件打开数据，对数据图进行拉平、去除噪点操作，并保存三维数据图片。(4)在刀片机械加工或者切削实验前、后，按照前3个步骤，扫描车刀片的后刀面， 获得刀片原始后刀面磨损后的后刀面三维数据图片。(5)用图像处理软件分别将刀片原始后刀面与磨损后的后刀面三维数据图片放大 100倍，设置好分辨率，并以和保存图像相同的分辨率打印输出到透明或半透明的纸上。(6)用直径1毫米的笔在两张图纸上描绘磨损前轮廓线和磨损后轮廓线。描绘时保持图纸平整。(7)将两幅图片的磨损前轮廓线和磨损后轮廓线沿切削刃未磨损部分，以及相交棱的未磨损部分重合。如果重合误差为1毫米，则实际误差为1/100毫米。(8)划分出C、B、A、N区，根据磨损情况选择测量需要的区域，用最小刻度单位为1 毫米的尺子测量图片上轮廓线间的距离。有以下关系尺子测量得到长度+放大倍数=实际长度。实施例1用白光共焦三维形貌仪测量某CNMG120404型刀片。切削条件加工件为淬火45 号钢，切削主轴转速500转/分钟，行程480毫米，切屑深度2. 5毫米，进给速度120毫米/ 秒。刀片磨损并不严重，所以应该以￥ 值作磨钝标准。在磨损前，设置测量范围2X0.8毫米，左边和上边各留一定空白区域，调整三维形貌仪试样台，测量得到数据。在光学三维形貌仪数据处理软件里打开三维形貌仪数据，保存图片。在图像处理软件里打开图片，设置图像参数为文档大小200X80毫米；分辨率79像素/厘米。保存图片。磨损实验后，用同样的参数，得到磨损后图片。如附图4、附图5所示，分别以79像素/厘米的分辨率打印两幅图片到透明的纸上，描出刀片磨损前轮廓线和磨损后轮廓线。实施例2如附图2，打印两幅图片到透明的纸上。描绘磨损前和磨损后数据图的轮廓线后， 用本发明的方法将两幅图片重叠。如附图6所示，此种情况为没有重叠好的情况。正确的重叠结果应该如附图7所示。如附图8所示，划分磨损区域为C、B、A、N四个区域。然后，如附图9所示，用最小刻度为1毫米的米尺得到测量VBb值5到7次，然后取平均值，得到VBb =15毫米，即实际VBb = 0. 15毫米。
权利要求
1.一种用光学三维形貌仪测量车刀片VB数值的方法，其特征在于用光学三维形貌仪扫描刀片后刀面，将得到的形貌数据保存于计算机，由计算机软件放大100倍输出为图片， 描绘、重叠磨损前轮廓线和磨损后轮廓线，用米尺测量图片VB数值，按放大倍数换算为车削刀片的VB数值。
2.符合权利要求1的一种用光学三维形貌仪测量车刀片VB数值的方法，其特征在于计算机处理形貌数据的软件能够将形貌数据转换为计算机图片，该图片经放大后由计算机输出ο
3.符合权利要求1和2的一种用光学三维形貌仪测量车刀片VB数值的方法，其特征在于计算机打印输出用透明或者半透明纸。
4.符合权利要求1和2的一种用光学三维形貌仪测量车削刀片VB数值的方法，其特征在于计算机图片放大的倍数为100倍。
5.符合权利要求1的一种用光学三维形貌仪测量车刀片VB数值的方法，其特征在于磨损前轮廓线为刀片磨损前，主切削刃与相交棱围成的线段；磨损后轮廓线为刀片磨损后，磨损带轮廓线、相交棱的未磨损部分、主切削刃未磨损部分，三条线段围成的线段。
6.符合权利要求1的一种用光学三维形貌仪测量车刀片VB数值的方法，其特征在于重叠轮廓线是将磨损前后输出打印的图片沿切屑刃的的未磨损部分以及相交棱的未磨损部分重叠。
全文摘要
提出的一种用光学三维形貌仪测量车刀片VB数值的方法是用光学三维形貌仪扫描刀片后刀面，将得到的形貌数据保存于计算机，由计算机软件放大100倍输出为图片，描绘、重叠磨损前后的轮廓线，用米尺测量图片VB数值，按放大倍数换算为车刀片的VB数值。
文档编号G01B11/24GK102322818SQ201110229509
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者吴伊敏, 吴勇, 李健, 涂杰松, 王鼎 申请人:武汉材料保护研究所