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B轴回转中心和刀刃圆弧中心对中方法，以解决现有技术存在的问题，先利用CCD相机在线对刀，进行初步对中，再进行试切对刀进行精对刀，能够实现刀具侧置装夹方式的对刀，并且，精对刀过程可以通过计算将误差量化，重复进行调整以达到预期的精度。

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。

结合图1～3所示，本发明提供一种B轴回转中心和刀刃圆弧中心12对中方法，用于刀具侧置装夹，刀具侧置装夹即为前刀面是侧向装夹的方式，且对于本发明来说，刀具的刀刃1是圆弧形的，具有刀尖11(刀刃1圆弧的最前点)和刀刃圆弧中心12。在B轴上可以安装由X_B、Y_B、Z_B手动位移台和刀架组成的刀具位置调节装置，用于对刀调节，保证刀尖11和C轴中心高度一致以及刀刃圆弧中心12处于B轴回转中心位置，X_B、Y_B、Z_B手动位移台可实现三个方向上行程20mm，分辨率1μm的高精度调节，刀架用于摆动车削刀具的侧置装夹。对中方法包括以下步骤：

粗对刀，在CCD相机视野下利用CCD相机在线对刀，对刀的方式可以采用现有技术中关于CCD相机在线对刀的方式，具体的，可以采用三点法经计算确定B轴回转中心，移动刀具后进行初步对中；需要说明的是，由于CCD相机是位于刀具的上方的，而刀具采用的是侧置装夹的方式，因此，在刀具侧置装夹后无法在CCD相机下直接看到刀刃1圆弧，此时，可以先实现刀尖11的对心，再移动一个刀刃1圆弧的半径的长度，就实现了刀刃圆弧中心12的对心。

精对刀，由于CCD相机摆放时的倾斜偏差和分辨率的限制，在完成了刀刃圆弧中心12和B轴回转中心的初步调整后，还需用试切法进行更精确的可量化调整；具体的，使用刀具摆动加工方法在工件2表面切出一个完整的结构单元，此处所说的刀具摆动加工方法，是指刀具沿着B轴旋转摆动，在由工件2的一侧移动到另一侧的过程中，当从工件2的一侧到达工件2时，刀刃1与工件2接触并随着刀具的摆动对工件2进行切削，在刀刃1摆动到工件2的另一侧后即完成对工件2的摆动切削；而由于刀刃1与工件2接触的位置开始是一个圆弧切削的过程，因此，一个完整的结构单元即为一个完整的凹球面(由于存在刀刃圆弧中心12和B轴回转中心相对位置的偏差，实际为凹椭球面)；利用3D扫描或激光扫描等手段获得结构单元的三维立体图像，然后测量得到结构单元的二维轮廓曲线，由二维轮廓曲线经计算(例如采用三点确定圆心的算法)后可以得到B轴回转中心。

根据计算的B轴回转中心移动刀具，如果移动后的X、Z位置偏差在可接受范围内，则完成精对刀，此时对刀过程结束，否则，重复精对刀的过程直至B轴回转中心和刀刃圆弧中心12的X、Z位置偏差在可接受范围内，因此，本发明可以通过计算将误差量化，重复进行试切，重复进行计算和调整能够达到预期的精度。此处所说的可接受范围，指的是与工件2加工的精度相关的要求。本发明利用CCD相机在线对刀进行粗对刀，以及利用试切法对刀进行精对刀，采用了两种对刀方式相结合的对刀方法，能够降低对于CCD相机的对刀精度的要求，同时，降低只采用试切法对刀的繁琐步骤，既达到了较高的对刀精度又减少了对刀的操作步骤。

粗对刀时，刀具与B轴的对刀过程是基于三点确定圆心的原理，在CCD相机视场下，转动B轴使刀具处于三个不同的位置，在这三个位置刀尖11与CCD相机视场中心的十字标记重合，从而利用CCD相机获得三个位置的坐标，再根据三点原理计算B轴回转中心位置，即根据三个不同位置的X和Z坐标，计算刀具的实际旋转中心(B轴回转中心)，然后再移动刀具，实现B轴回转中心和刀刃圆弧中心12的初步对中。

如果测量三个位置的X和Z坐标，参数较多，引入的测量误差较大，为了降低测量误差的影响，将刀具的三个位置指定为间隔90°，此时，只需测量刀尖11的Z坐标就可计算出B轴旋转中心位置。

如图4所示，为简化分析过程，将刀刃1与主轴垂直的初始位置设为零点A(0,0)，将刀具分别顺时针和逆时针旋转90°，得到B(x₁,z₁)、C(x₂,z₂)，B轴回转中心坐标为O(a,b)。

A、B、C三点与圆心O坐标的数学关系为：

a²+b²＝R²

(x₁-a)²+(z₁-b)²＝R²

(a-x₂)²+(b-z₂)²＝R²

由图中几何关系，x₁和x₂又可写为：

将x₁和x₂代入前式，求解可得到圆心坐标O中的a，b分别为：

即B轴回转中心坐标为：

计算出B轴回转中心后利用X_B、Z_B位移台调整刀具，相对于A(0,0)点位置X方向移动Z方向移动调整后，再次旋转B轴时，刀尖11在CCD视场下始终处于十字标记中心，再移动一个刀刃1圆弧的半径的长度，此时，便完成了刀具位置的粗调节，这一方法操作简单，且减小了测量误差对于对刀结果的影响。

粗对刀过程中，由于不需要对工件2表面进行切削，因此，刀具远离工件2表面，而为了精对刀(试切法对刀)需要切削工件2表面，X方向和Z方向都需要移动一定的距离x’和z’，因此，精对刀时，由试切加工的二维轮廓曲线算出的更精确的值不能直接调，而要将机床的X轴和Z轴退回x’和z’的距离，返回粗对刀的位置，再利用位移台，按照计算得到的数值进行调整，此时才能完成精对刀的过程。

精对刀过程中试切所得到的结构单元，一个结构单元即为一个凹球面，根据切削的深度的不同，所得到的凹球面的大小有所不同，需要说明的是，由于刀刃圆弧中心12和B轴回转中心的相对位置存在偏差，并不能保证为绝对的凹球面，因此试切所得到的结构单元实际为凹椭球面。

在切出结构单元时，采用的是摆动切削的方法，需要刀具在Z向进给一个确定的切深，然后刀具随B轴旋转，利用刀刃1与工件2接触去除工件2材料完成切削。

精对刀过程中所得到的二维轮廓曲线为刀尖11轨迹所形成的轮廓曲线，也就是刀尖11绕B轴回转中心旋转切削工件2所得到的轮廓曲线。

如图5所示，根据二维轮廓曲线，由给定的切深位置点、刀具切入点和刀具切出点三点能够根据三点法计算B轴回转中心。以工件2表面为Z向的0点，由给定的Z向切深位置(x₀,z₀)、刀刃1旋转的切入切出位置(x₁,0)和(x₂,0)三点由以下公式计算：

即经过试切后所得到的B轴回转中心坐标O(a₁,b₁)为：

以上各式中的u、v、k₁、k₂是计算的中间参数，为了简化公式所采用的替代符号，与计算结果无关。

再据此对刀刃圆弧中心12位置进行微调，重复此试切削和计算调整过程，直至计算得到的X和Z方向对心偏差在可接受范围内，此时试切出的结构单元是一个近似规则的凹球面，即完成了刀刃圆弧中心12和B轴回转中心的对中。

精对刀后，可接受范围可以为小于1μm，即经过精对刀后，在达到刀刃圆弧中心12和B轴回转中心相对位置小于1μm后停止精确对刀。

在获得结构单元的二维轮廓曲线时，可以利用基恩士3D激光扫描显微镜(VK-X100)在竖直方向逐层扫描获得结构单元的三维立体图像，例如z方向的扫描节距是5nm，再由三维立体图像获得二维轮廓曲线。

本发明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。