專利名稱：一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法及其裝置。屬于金屬切削加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
刀具的刃口鈍圓半徑是影響刀具切削性能的一個(gè)重要因素，直接影響切削力、切削溫度和刀具壽命及其一致性。刀具刃口的型式主要有倒圓型和橢圓型刃口。 刀具刃口鈍圓在加工結(jié)束后，需要測量刀具刃口是否達(dá)到要求的圓弧半徑值，以確定生產(chǎn)的刀具是否符合技術(shù)要求。測量刀片刃口圓弧半徑比較困難，傳統(tǒng)的刀片刃口的測量方法主要是投影法、光切法、輪廓放大法等。其中，投影法比較簡單，但對(duì)工作環(huán)境要求較高，首先必須要有投影屏，另外如果刃口與工作臺(tái)不垂直則誤差較大，且只能測出最大半徑值，不能測量橢圓刃口的長短軸；光切法雖然較精確，但測量過程繁瑣且計(jì)算復(fù)雜；輪廓放大法可以測出不同形狀的刃口半徑，但刀片的安裝定位與測量都復(fù)雜且費(fèi)時(shí)?？梢娨延械姆椒ú贿m應(yīng)要求高效率高可靠性的現(xiàn)代化刀具生產(chǎn)的在線檢測的要求。本發(fā)明利用包絡(luò)線的原理來測量可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑，其原理是利用一組不同安裝位置的相等半徑大小的圓片與刃口相切，經(jīng)過計(jì)算得到這組圓片對(duì)刀具刃口的包絡(luò)線并轉(zhuǎn)化為刃口半徑近似大小的方法。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效高精度的測量，平且對(duì)測量環(huán)境的要求較低并且可測量任意形狀的刃口形狀。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供可以在生產(chǎn)線上使用的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法及裝置，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，效率高且精度高。1)本發(fā)明一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，它是由傳感器支架、直線位移傳感器、聯(lián)軸器、滑桿支架、相切片、卡槽、滑桿和底座組成，它們之間的位置連接關(guān)系是六個(gè)直線位移傳感器在底座上固定，相鄰直線位移傳感器的軸線方向夾角相同；每個(gè)直線位移傳感器用不同高度的傳感器支架支撐；直線位移傳感器的測量頭通過聯(lián)軸器與滑桿一端相連，滑桿另一端頭部連接相同半徑的相切片(六個(gè)相切片頭部圓孔在非工作狀態(tài)下保持重合，重合點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn))?；瑮U從滑桿支架的中部圓孔穿過，為保證滑動(dòng)順暢可以涂機(jī)油潤滑。在相切片半圓形頭部的重合點(diǎn)附近安裝有卡槽，將刀片卡入卡槽內(nèi)可以將相切片向后推動(dòng)一段距離，而這些距離可以被采集進(jìn)PC機(jī)并在電腦內(nèi)用軟件進(jìn)行處理。所述傳感器支架是底部兩邊代凸耳、中部設(shè)置有圓孔的長方體狀件，加工方法為銑削；所述直線位移傳感器是圓柱狀件，測量范圍0 100mm，分辨力0. 05 μ m ；所述聯(lián)軸器是加工的普通小聯(lián)軸器，用定位銷與測量桿、滑桿相連，加工方法為車削；所述滑桿支架是中部設(shè)置有圓孔的L型金屬結(jié)構(gòu)支架，加工方法為鈑金或銑削；所述相切片是形狀為長方形薄板的加工零件，一端為半圓形，另一端末端帶有 6 X IOmm的凹槽，加工方法為線切割；所述卡槽是由一長方體和方形底板構(gòu)成，長方體立于方形底板角端，其中，長方體一長邊開有2X2X16mm長方形凹槽，加工方法為銑削；所述滑桿是圓柱桿狀件，加工方法為車削，并在一端沿直徑方向進(jìn)行線切割切出-厚度1mm，長度16mm的通槽，可以將相切片的凹槽插入其中，并用定位銷固定；孔。
所述底座是四分之一圓的金屬結(jié)構(gòu)件，加工方法為線切割底板后，用數(shù)控機(jī)床打
其中，該直線位移傳感器的型號(hào)規(guī)格是IL-A型(LVDT)； 其中，該聯(lián)軸器的內(nèi)徑為5-7mm ； 其中，該相切片的外形尺寸為80 X 5 X Imm ；
其中，該卡槽的長方體及底板尺寸分別為12 X 12 X 14mm和35 X 35 X 2mm; 其中，該滑桿的外形尺寸為Φ6Χ119. 5mm; 其中，該底座的半徑為200-400mm，厚度為3_5mm。2) 一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法，該方法具體步驟如下步驟一數(shù)據(jù)采集。使用時(shí)，刀具測量員將待測刀片用手插入卡槽，使刀具后刀面與卡槽凹槽的一邊相接處，同時(shí)將刀片的刃口頂?shù)娇ú鄣膬?nèi)角，該過程為定位。定位過程中，刀刃將推動(dòng)六個(gè)相切片沿直線位移傳感器的軸線方向各向后移動(dòng)一段距離。待刀具定位穩(wěn)定后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。直線位移傳感器的位移量用電壓差值的形式表示，經(jīng)過采集經(jīng) USB借口輸入PC機(jī)轉(zhuǎn)化為位移量，這六個(gè)位移量將經(jīng)過軟件處理得到刃口的長短軸半徑， 數(shù)據(jù)處理軟件為MATLAB。步驟二 數(shù)據(jù)處理。軟件處理的具體步驟如下1)輸入六根桿的直線位移，輸入六根桿的實(shí)際角度和相切片頭部圓形片的實(shí)際半徑(可標(biāo)定，即測量出實(shí)際角度和半徑的大小，并用軟件修正)；2)計(jì)算圓片的實(shí)際圓心位置(可標(biāo)定，即測量初始的圓心位置與原點(diǎn)的誤差)；3)計(jì)算六個(gè)圓兩兩相交后靠近刃口的五個(gè)交點(diǎn)，并用圖形輸出交點(diǎn)位置；4)利用六個(gè)相同大小的圓片與刀具刃口相切得到的靠近刃口的五個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)作為數(shù)據(jù)點(diǎn)(非切點(diǎn)，但在誤差允許范圍內(nèi))，建立橢圓模型，如式(1)所示x2+Exy+Ay2+Bx+Cy+D = 0(1)其中，E = 0，因?yàn)槔脙蛇叧?0°的卡槽可以卡住刀片的后刀面與刀尖頂部，使坐標(biāo)系內(nèi)的橢圓為正橢圓，從而消除xy項(xiàng)；A為短軸與長軸的比值，B、C決定橢圓圓心的坐標(biāo)，D為常數(shù)項(xiàng)，χ、y分別表示橢圓曲線上一點(diǎn)的坐標(biāo)。5)對(duì)五個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘法擬合，轉(zhuǎn)化為線性方程，如式( 所示
(2)求出二次曲線的四個(gè)未知參數(shù)；6)轉(zhuǎn)化二次曲線公式為標(biāo)準(zhǔn)式，得到刃口的長短軸半徑和橢圓圓心。應(yīng)用本發(fā)明測量快速，精度高。經(jīng)過仿真發(fā)現(xiàn)，測量刃口半徑大于30 μ m的橢圓或圓形刃口時(shí)，精度小于15%，達(dá)到目前公認(rèn)的測量標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明適用于刀具生產(chǎn)線上的在線檢測，測量員只需將刀片卡入卡槽即可進(jìn)行讀數(shù)，得到近似結(jié)果，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)線的需求。
χ/y32 2 ~ χ γ
χ/ οχ2xy OXBχ3C——2xyyχ γχyD_ ^2 _


圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是刀刃與圓片相切部分的示意圖。圖3是數(shù)據(jù)處理流程圖。圖4是標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比法結(jié)果示意圖。(實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)為20μπι和55μπι的刃口半徑)圖中符號(hào)說明如下1傳感器支架；2直線位移傳感器；3聯(lián)軸器；4滑桿支架；5相切片；6卡槽；7滑桿； 8底座。
具體實(shí)施例方式1)本發(fā)明一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，它是由傳感器支架1、直線位移傳感器2 ；聯(lián)軸器3、滑桿支架4、相切片5、卡槽6、滑桿7和底座8組成，它們之間的位置連接關(guān)系是六個(gè)直線位移傳感器2在底座8上固定，相鄰直線位移傳感器2的軸線方向夾角相同；每個(gè)直線位移傳感器2用不同高度的傳感器支架1支撐；直線位移傳感器的2 測量頭通過聯(lián)軸器3與滑桿7 —端相連，滑桿7另一端頭部連接相同半徑的相切片5(六個(gè)相切片頭部圓孔在非工作狀態(tài)下保持重合，重合點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn))?；瑮U7從滑桿支架 4的中部圓孔穿過，為保證滑動(dòng)順暢可以涂機(jī)油潤滑。在相切片5半圓形頭部的重合點(diǎn)附近安裝有卡槽6，將刀片卡入直角卡槽6內(nèi)可以將相切片5向后推動(dòng)一段距離，而這些距離可以被采集進(jìn)PC機(jī)并在電腦內(nèi)用軟件進(jìn)行處理。其中，該直線位移傳感器2的型號(hào)規(guī)格是IL-A型(LVDT)；該聯(lián)軸器3的內(nèi)徑為6mm;該相切片5的外形尺寸為80Χ5Χ Imm;該卡槽6的長方體及底板尺寸分別為12 X 12 X 14mm和35 X 35 X 2mm ；該滑桿7的外形尺寸為 Φ6Χ119. 5mm。測量設(shè)備底座8為一個(gè)四分之一圓的薄鋼板，圓半徑為300mm，板厚為4mm，圓心坐標(biāo)設(shè)為(0，0)；在圓心處安裝一 90°卡槽6，卡槽6兩邊距離圓心2mm，即交點(diǎn)為0，2)。這樣，每一次測量時(shí)，相同半徑的刃口將位于同一位置。相鄰直線位移傳感器2的軸線方向呈 10°夾角(六個(gè)圓片與底座底邊呈20°、30°、…、70° )；每個(gè)傳感器支架1為不同高度且相互交錯(cuò)，以保證不同的相切片5位于不同水平面，軸線所在水平面之間的距離為1.5mm。 測量用的相切片5實(shí)際是頭部加工成15mm半圓的長方形薄板，最下面一層相切片5與最上面一層的間距為6. 5mm，即可測出尺寸大于6. 5mm刀片的刃口半徑。直線位移傳感器2精度范圍要求0. 05 0. 1 μ m,應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)時(shí)取小數(shù)點(diǎn)后前三位。2)本發(fā)明一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法，該方法具體步驟如下步驟一數(shù)據(jù)采集，即測量過程。由于制作誤差的存在，在正式測量前首先應(yīng)該進(jìn)行誤差標(biāo)定，標(biāo)定內(nèi)容為六個(gè)相切片5前段半圓的實(shí)際半徑、六根軸的實(shí)際軸線角度、六個(gè)相切片5前段半圓圓心的位置。將測得的數(shù)據(jù)在軟件中相應(yīng)位置(詳見表2中的算法程序)進(jìn)行修改，可以提高精度。測量時(shí)，將刀片用手卡入固定在測量設(shè)備底座8上的卡槽6， 使用頭部連有相切片5的六個(gè)直線位移傳感器2記錄刃口推動(dòng)相切片5向后移動(dòng)的距離， 將采集到的數(shù)據(jù)輸入PC機(jī)進(jìn)行軟件處理。步驟二 數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理軟件為MATLAB，處理流程見圖3，源代碼見表2。首先，需要對(duì)刀具刃口進(jìn)行建模。利用六個(gè)相同大小的相切片5與刀具刃口相切，求出六個(gè)相切片5靠近刃口的五個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)，作為數(shù)據(jù)點(diǎn)(非切點(diǎn)，但在誤差允許范圍內(nèi))；建立橢圓模型，如式⑴所示x2+Exy+Ay2+Bx+Cy+D = 0(1)其中，E = 0，因?yàn)槔脙蛇叧?0°的卡槽6可以卡住刀片的后刀面與刀尖頂部， 使坐標(biāo)系內(nèi)的橢圓為正橢圓，從而消除xy項(xiàng)；A為短軸與長軸的比值，B、c決定橢圓圓心的坐標(biāo)，D為常數(shù)項(xiàng)，X、y分別表示橢圓曲線上一點(diǎn)的坐標(biāo)。模型建立后，就可以使用采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行刃口輪廓的擬合。對(duì)五個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘法擬合，轉(zhuǎn)化為線性方程，如式(2)所示
權(quán)利要求
1.一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于它是由傳感器支架、直線位移傳感器、聯(lián)軸器、滑桿支架、相切片、卡槽、滑桿和底座組成，六個(gè)直線位移傳感器在底座上固定，相鄰直線位移傳感器的軸線方向夾角相同；每個(gè)直線位移傳感器用不同高度的傳感器支架支撐；直線位移傳感器的測量頭通過聯(lián)軸器與滑桿一端相連，滑桿另一端頭部連接相同半徑的相切片，六個(gè)相切片頭部圓孔在非工作狀態(tài)下保持重合，重合點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)； 滑桿從滑桿支架的中部圓孔穿過，在相切片半圓形頭部的重合點(diǎn)旁安裝有卡槽，將刀片卡入卡槽內(nèi)將相切片向后推動(dòng)一段距離，而此距離被采集進(jìn)PC機(jī)并在電腦內(nèi)用軟件進(jìn)行處理；所述傳感器支架是底部兩邊代凸耳、中部設(shè)置有圓孔的長方體狀件； 所述直線位移傳感器是圓柱狀件，測量范圍O 100mm，分辨力0. 05 μ m ； 所述聯(lián)軸器是加工的普通小聯(lián)軸器，用定位銷與測量桿、滑桿相連； 所述滑桿支架是中部設(shè)置有圓孔的L型金屬結(jié)構(gòu)支架；所述相切片是形狀為長方形薄板的加工零件，一端為半圓形，另一端末端帶有6 X IOmm 的凹槽；所述卡槽是由一長方體和方形底板構(gòu)成，長方體立于方形底板角端，其中，長方體一長邊開有2 X 2 X 16_長方形凹槽；所述滑桿是圓柱桿狀件，在一端沿直徑方向進(jìn)行線切割切出一厚度1mm，長度16mm的通槽，可以將相切片的凹槽插入其中，并用定位銷固定；所述底座是四分之一圓的金屬結(jié)構(gòu)件，線切割底板后，用數(shù)控機(jī)床打孔。
2.一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法，其特征在于該方法具體步驟如下 步驟一數(shù)據(jù)采集刀具測量員將待測刀片用手插入卡槽，使刀具后刀面與卡槽凹槽的一邊相接處，同時(shí)將刀片的刃口頂?shù)娇ú鄣膬?nèi)角，該過程為定位；定位過程中，刀刃將推動(dòng)六個(gè)相切片沿直線位移傳感器的軸線方向各向后移動(dòng)一段距離；待刀具定位穩(wěn)定后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，直線位移傳感器的位移量用電壓差值的形式表示，經(jīng)過采集經(jīng)USB借口輸入 PC機(jī)轉(zhuǎn)化為位移量，這六個(gè)位移量將經(jīng)過軟件處理得到刃口的長短軸半徑，數(shù)據(jù)處理軟件為 MATLAB ；步驟二 數(shù)據(jù)處理軟件處理的具體步驟如下1)輸入六根桿的直線位移，輸入六根桿的實(shí)際角度和相切片頭部圓形片的實(shí)際半徑；2)計(jì)算圓片的實(shí)際圓心位置；3)計(jì)算六個(gè)圓兩兩相交后靠近刃口的五個(gè)交點(diǎn)，并用圖形輸出交點(diǎn)位置；4)利用六個(gè)相同大小的圓片與刀具刃口相切得到的靠近刃口的五個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)作為數(shù)據(jù)點(diǎn)，建立橢圓模型，如式(1)所示x2+Exy+Ay2+Bx+Cy+D = 0(1)其中，E = 0，因?yàn)槔脙蛇叧?0°的卡槽可以卡住刀片的后刀面與刀尖頂部，使坐標(biāo)系內(nèi)的橢圓為正橢圓，從而消除xy項(xiàng)；A為短軸與長軸的比值，B、C決定橢圓圓心的坐標(biāo)，D為常數(shù)項(xiàng)，x、y分別表示橢圓曲線上一點(diǎn)的坐標(biāo)；5)對(duì)五個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行最小二乘法擬合，轉(zhuǎn)化為線性方程，如式( 所示
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該直線位移傳感器的型號(hào)規(guī)格是ZKL-A型(LVDT)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該聯(lián)軸器的內(nèi)徑為5-7mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該相切片的外形尺寸為80X5Xlmm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該卡槽的長方體及底板尺寸分別為12 X 12 X 14mm和!35X;35X2謹(jǐn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該滑桿的外形尺寸為Φ6Χ119. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，其特征在于該底座的半徑為200-400mm，厚度為3_5mm。
全文摘要
一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量裝置，它是由傳感器支架、直線位移傳感器、聯(lián)軸器、滑桿支架、相切片、刀刃模型、卡槽、滑桿和底座組成，六個(gè)直線位移傳感器在底座上固定，相鄰直線位移傳感器的軸線方向夾角相同；每個(gè)直線位移傳感器用不同高度的傳感器支架支撐；直線位移傳感器的測量頭通過聯(lián)軸器與滑桿一端相連，滑桿另一端頭部連接相同半徑的相切片，滑桿從滑桿支架的中部圓孔穿過，在相切片半圓形頭部的重合點(diǎn)附近安裝有卡槽，將刀片卡入卡槽內(nèi)將圓片向后推動(dòng)一段距離，而此距離被采集進(jìn)PC機(jī)并在電腦內(nèi)用軟件進(jìn)行處理。一種可轉(zhuǎn)位刀片的刃口半徑測量方法，它有兩大步驟；一、數(shù)據(jù)采集；二、數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明在金屬切削加工里有廣闊應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01B7/293GK102410808SQ20111020992
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者鄒希岳, 陳五一 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)