CN108788930A - 一种基于ccd相机在位测量的超精密对刀法 - Google Patents

一种基于ccd相机在位测量的超精密对刀法 Download PDF

Info

Publication number
CN108788930A
CN108788930A CN201810668997.6A CN201810668997A CN108788930A CN 108788930 A CN108788930 A CN 108788930A CN 201810668997 A CN201810668997 A CN 201810668997A CN 108788930 A CN108788930 A CN 108788930A
Authority
CN
China
Prior art keywords
knife
ccd camera
cookery
skill
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810668997.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108788930B (zh
Inventor
周天丰
阮本帅
周佳
王瑛
梁志强
王西彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201810668997.6A priority Critical patent/CN108788930B/zh
Publication of CN108788930A publication Critical patent/CN108788930A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108788930B publication Critical patent/CN108788930B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2428—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring existing positions of tools or workpieces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Milling Processes (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，通过CCD相机测量得到圆环宽度，并根据该圆环宽度对工件加工平面的基准位置进行修正，以此为基准进行后续加工。本发明相比于现有技术，首先，在原理上避免了对刀带来的误差，实现高精度尺寸微结构阵列的切削加工；其次，避免了铣削基准面时消耗的时间成本，提高了加工效率，降低了加工成本；而且，当被加工材料为超硬材料时，该方法也避免了铣削基准面对刀具的磨损；另外，该方法突破了成型尖刀无法精确对刀的技术难题，实现了现有对刀方法无法达到的技术效果。

Description

一种基于CCD相机在位测量的超精密对刀法
技术领域
本发明涉及超精密切削加工技术领域，特别是涉及一种基于CCD相机在位测量的超精密对刀法。
背景技术
在机械加工过程中，往往需要先确定基准面再进行加工。尤其是对于超精密切削加工领域，基准面的定位精确度直接影响加工精度。目前，单晶金刚石超精密切削加工中主要通过切对刀环法和切基准面法对微细刀具进行加工基准点的确定。
切对刀环法是指：工件旋转时，微细刀具逐渐向工件表面进给，当在表面切出人眼可观测到的圆环时停止进给，并把此时刀具的位置作为后续加工的零基准点。切基准面法是指：在加工前，先对工件的表面进行材料去除加工，得到一个基准面，并把此时刀具的位置作为后续加工的零基准点。
切对刀环法操作简单，但是在原理上存在误差。当在工件表面能够观测到圆环时，刀尖已经切入工件基准面一定深度，其实际的零基准点误差约为500nm。如果微纳阵列的几何尺寸精度要求小于500nm，由于该基准点误差的存在，将不能实现该精度微结构阵列的加工。
切基准面法从原理上不存在误差，但存在以下几个缺点：(1)当对工件进行铣削加工时，为使基准面满足光学的镜面要求，铣削加工时必须以很低的进给速度进行加工，加工效率低、成本高；(2)另外，当被加工材料是超硬材料(单晶硅、碳化硅、碳化钨等)时，在基准面的加工过程中，刀具的磨损严重，很难保证高质量基准面的切削加工，同时由于刀具的磨损也无法实现后续高质量、高均匀微纳阵列的切削加工；(3)当使用的刀具为三角形尖刀时，由于刀尖圆弧半径特别小，因此无法加工出光滑平整的基准面，即切基准面不适用于尖刀对刀。
因此，如何提供一种精度高、效率高、成本低、对刀具几乎没有磨损且能满足尖刀对刀的刀具零基准点确定方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，以提高加工精度高和加工效率，降低生产成本，减少对刀具的磨损。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，包括以下步骤：
1)将工件固定于机床上，然后用单晶金刚石圆弧车刀对工件表面进行平整车削；
2)利用金刚石三角成形车刀对工件加工平面进行对刀环切削加工，形成圆环，以工件加工平面的法线为坐标轴Z，此时刀尖位置设为基准点Z1；
3)利用在线CCD相机测量***测量圆环的宽度T；
4)设工件加工平面的位置为Z0，圆环的深度为Z2，则根据Z0＝Z1+Z2得到工件加工平面的位置，以Z0为基准进行后续加工；
对于刀具尖角夹角为2α的三角成形尖刀，Z2＝T/(2tanα)；
对于主切削刃长度为T0、主切削刃与副切削刃夹角为90°+α的梯形成形刀，Z2＝(T-T0)/(2Tanα)；
对于圆弧半径为R的圆弧形刀具，Z2＝R-(R2-T2/4)0.5。
优选地，工件通过真空吸盘固定于机床上。
优选地，在固定工件之前，用单点金刚石刀将真空吸盘的吸附面车削平整。
优选地，真空吸盘为铝合金吸盘。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过CCD相机测量得到圆环宽度，并根据该圆环宽度对工件加工平面的基准位置进行修正，以此为基准进行后续加工，首先，在原理上避免了对刀带来的误差，实现高精度尺寸微结构阵列的切削加工；其次，避免了铣削基准面时消耗的时间成本，提高了加工效率，降低了加工成本；而且，当被加工材料为超硬材料时，该方法也避免了铣削基准面对刀具的磨损；另外，该方法突破了成型尖刀无法精确对刀的技术难题，实现了现有对刀方法无法达到的技术效果。本发明通过真空吸盘将工件固定于机床上，节约了加工成本，简化了操作步骤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于CCD相机在位测量的超精密对刀法的步骤1的示意图；
图2为本发明基于CCD相机在位测量的超精密对刀法的步骤2的示意图；
图3为本发明基于CCD相机在位测量的超精密对刀法的步骤3的示意图；
图4为对刀完成后加工效果示意图；
图5为步骤4中三角成形尖刀的计算原理示意图；
图6为步骤4中梯形成形刀的计算原理示意图；
图7为步骤4中圆弧形刀具的计算原理示意图；
附图标记说明：1工件，11圆环，2金刚石三角成形车刀，21三角成形尖刀，22梯形成形刀，23圆弧形刀具，3单晶金刚石圆弧车刀，4真空吸盘，5在线CCD相机测量***。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种一种基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，以提高加工精度高和加工效率，降低生产成本，减少对刀具的磨损。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-7所示，本实施例提供一种基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，包括以下步骤：
1)如图1所示，将工件1固定于机床上，然后用单晶金刚石圆弧车刀3对工件1表面进行平整车削，以便于进行后续加工。
2)如图2所示，利用金刚石三角成形车刀2对工件1加工平面进行对刀环切削加工，形成圆环11，以工件1加工平面的法线为坐标轴Z，此时刀尖位置设为基准点Z1。
3)如图3所示，利用在线CCD相机测量***5测量圆环11的宽度T。
4)设工件1加工平面的位置为Z0，圆环11的深度为Z2，则根据Z0＝Z1+Z2得到工件1加工平面的位置，以Z0为基准进行后续加工，加工效果如图4所示。
需要说明的是，步骤2)中金刚石三角成形车刀2可以是三角成形尖刀21，也可以是圆弧形刀具23或梯形成形刀22。对于不同类型的金刚石三角成形车刀2，其对应的Z2的计算方法也不相同：
对于刀具尖角夹角为2α的三角成形尖刀21，Z2＝T/(2tanα)，计算原理如图5所示；
对于主切削刃长度为T0、主切削刃与副切削刃夹角为90°+α的梯形成形刀22，Z2＝(T-T0)/(2Tanα)，计算原理如图6所示；
对于圆弧半径为R的圆弧形刀具23，Z2＝R-(R2-T2/4)0.5，计算原理如图7所示。
进一步的，上述步骤1)中工件1固定于机床上的方式有多种。本实施例中，工件1通过真空吸盘4固定于机床上，以节约加工成本，简化操作步骤。
为了提高定位精度，在固定工件1之前，先用单点金刚石刀将真空吸盘4的吸附面车削平整。真空吸盘4优选为铝合金吸盘，也可以选用其它材质。
根据修正计算得到Z0的值后，即可确定工件1加工平面的实际位置，并以此为基准进行后续加工。当加工深度为D的微结构阵列时，只需将刀具偏离Z0位置D深度，即可完成高精度几何尺寸微结构阵列的加工。
通过采用上述超精密对刀法进行加工，首先，在原理上避免了对刀带来的误差，实现高精度尺寸微结构阵列的切削加工；其次，避免了铣削基准面时消耗的时间成本，提高了加工效率，降低了加工成本；而且，当被加工材料为超硬材料时，该方法也避免了铣削基准面对刀具的磨损；另外，该方法突破了成型尖刀无法精确对刀的技术难题，实现了现有对刀方法无法达到的技术效果。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将工件固定于机床上，然后用单晶金刚石圆弧车刀对工件表面进行平整车削；
2)利用金刚石三角成形车刀对工件加工平面进行对刀环切削加工，形成圆环，以工件加工平面的法线为坐标轴Z，此时刀尖位置设为基准点Z1；
3)利用在线CCD相机测量***测量圆环的宽度T；
4)设工件加工平面的位置为Z0，圆环的深度为Z2，则根据Z0＝Z1+Z2得到工件加工平面的位置，以Z0为基准进行后续加工；
对于刀具尖角夹角为2α的三角成形尖刀，Z2＝T/(2tanα)；
对于主切削刃长度为T0、主切削刃与副切削刃夹角为90°+α的梯形成形刀，Z2＝(T-T0)/(2Tanα)；
对于圆弧半径为R的圆弧形刀具，Z2＝R-(R2-T2/4)0.5。
2.根据权利要求1所述的基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，其特征在于，工件通过真空吸盘固定于机床上。
3.根据权利要求2所述的基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，其特征在于，在固定工件之前，用单点金刚石刀将真空吸盘的吸附面车削平整。
4.根据权利要求3所述的基于CCD相机在位测量的超精密对刀法，其特征在于，真空吸盘为铝合金吸盘。
CN201810668997.6A 2018-06-26 2018-06-26 一种基于ccd相机在位测量的超精密对刀法 Active CN108788930B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810668997.6A CN108788930B (zh) 2018-06-26 2018-06-26 一种基于ccd相机在位测量的超精密对刀法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810668997.6A CN108788930B (zh) 2018-06-26 2018-06-26 一种基于ccd相机在位测量的超精密对刀法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108788930A true CN108788930A (zh) 2018-11-13
CN108788930B CN108788930B (zh) 2019-08-02

Family

ID=64071802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810668997.6A Active CN108788930B (zh) 2018-06-26 2018-06-26 一种基于ccd相机在位测量的超精密对刀法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108788930B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109605123A (zh) * 2019-01-28 2019-04-12 哈尔滨工业大学 一种针对慢波结构件的超精密微铣削专用机床
CN111761360A (zh) * 2020-03-31 2020-10-13 江苏贵钰航空工业有限公司 一种大型龙门立式数控镗铣机床
CN113793313A (zh) * 2021-09-10 2021-12-14 哈尔滨工业大学 一种薄壁球壳类微小构件全表面微坑结构加工高精度对刀方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19930272A1 (de) * 1999-06-25 2001-01-04 Flemming G & Pehrsson H Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Kennzeichnung
JP2012088375A (ja) * 2010-10-15 2012-05-10 Toshiba Mach Co Ltd 観察点焦点合わせ支援機能付きの工作機械
CN104647041A (zh) * 2015-02-14 2015-05-27 安徽金义得机械有限公司 一种小型数控铣钻床及其修正对刀方法
CN205394156U (zh) * 2016-03-21 2016-07-27 哈尔滨理工大学 一种基于ccd相机进行图像捕捉的对刀仪
CN107649947A (zh) * 2017-05-02 2018-02-02 上海华太数控技术有限公司 Cnc视觉定位***

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19930272A1 (de) * 1999-06-25 2001-01-04 Flemming G & Pehrsson H Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Kennzeichnung
JP2012088375A (ja) * 2010-10-15 2012-05-10 Toshiba Mach Co Ltd 観察点焦点合わせ支援機能付きの工作機械
CN104647041A (zh) * 2015-02-14 2015-05-27 安徽金义得机械有限公司 一种小型数控铣钻床及其修正对刀方法
CN205394156U (zh) * 2016-03-21 2016-07-27 哈尔滨理工大学 一种基于ccd相机进行图像捕捉的对刀仪
CN107649947A (zh) * 2017-05-02 2018-02-02 上海华太数控技术有限公司 Cnc视觉定位***

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109605123A (zh) * 2019-01-28 2019-04-12 哈尔滨工业大学 一种针对慢波结构件的超精密微铣削专用机床
CN111761360A (zh) * 2020-03-31 2020-10-13 江苏贵钰航空工业有限公司 一种大型龙门立式数控镗铣机床
CN113793313A (zh) * 2021-09-10 2021-12-14 哈尔滨工业大学 一种薄壁球壳类微小构件全表面微坑结构加工高精度对刀方法及装置
CN113793313B (zh) * 2021-09-10 2023-12-12 哈尔滨工业大学 一种薄壁球壳类微小构件全表面微坑结构加工高精度对刀方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108788930B (zh) 2019-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108788930B (zh) 一种基于ccd相机在位测量的超精密对刀法
CN104411430A (zh) 切削工具
KR20140005815A (ko) 밀링 인서트
JP2015229240A (ja) 切削工具の製造方法及び切削工具
CN109648428A (zh) 一种高精度CVD ZnSe梯形棱镜加工方法
JP6191839B2 (ja) ダイヤモンド焼結体ボールエンドミルとその製造方法
CN111590096A (zh) 微纳织构超硬刀具刀头及其激光辅助磨削复合加工方法
CN104959666A (zh) 双圆弧大进给环形铣刀及其制备工艺与检测方法
WO2019003965A1 (ja) ボールエンドミル
CN108526492B (zh) 一种基于ccd相机在位测量的换刀加工方法
JP2003025118A (ja) 切削用ダイヤモンド工具
EP3437799A1 (en) Machine tool and method for machining high precision cutting tools
JP2006198743A (ja) 小径回転工具及び高硬度材料ワークの切削方法
CN103769960B (zh) 一种具有微切削刃阵列结构的球形铣刀的制造方法
CN212734210U (zh) 一种微纳织构超硬刀具刀头
CN105458930A (zh) 一种粗金刚石砂轮的微磨粒出刃尖端修平修齐装置及方法
US11780018B2 (en) Rotary cutting tool
KR20160000406A (ko) 스크라이빙 휠 및 그의 제조 방법
CN106623982B (zh) Dk缸体特殊止口空刀槽的加工方法
CN106256489B (zh) 内外球面磨削方法
JP2004181548A (ja) 単結晶ダイヤモンドバイトおよびその製造方法
JPH04101708A (ja) ドリル
CN205237165U (zh) 微小径铣刀
CN104526038B (zh) 一种夹持稳固的高精度铣刀
JPS6140434Y2 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant