阅读说明：本技术 一种刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法 (On-machine detection and calculation method for axial inclination angle of front cutter face of cutter ) 是由 陈珂 杨耀凯 于 2019-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法,该方法包括将刀具安装在机床的回转主轴上,首先探测刀具安装后的悬伸长度,然后在刀具前刀面上选择沿轴线方向分布且回转半径相同的两探测点,根据两探测点的回转半径、悬伸长度、测点偏置距离、测点间距离,控制机床各轴运动,使探针在两探测点位置依次被触发,根据两检测点探针触发时机床各轴的坐标值计算得到刀具前刀面的轴向倾角。本发明提出的刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法利用探针多次触发的机床坐标轴位置值,实现了对刀具前刀面轴向倾角的在机自动检测,为刀具的在机检测与数控加工一体化过程提供了技术基础。(The invention discloses a method for detecting and calculating the axial inclination angle of a tool rake face on machine, which comprises the steps of installing a tool on a rotary main shaft of a machine tool, firstly detecting the overhanging length of the installed tool, then selecting two detection points which are distributed along the axial direction and have the same rotary radius on the tool rake face, controlling the movement of each shaft of the machine tool according to the rotary radius, the overhanging length, the offset distance of the detection points and the distance between the detection points of the two detection points, sequentially triggering the probes at the two detection points, and calculating the axial inclination angle of the tool rake face according to the coordinate values of each shaft of the machine tool when the probes are triggered at the two detection points. The on-machine detection calculation method for the axial inclination angle of the cutter rake face provided by the invention utilizes the position value of the coordinate axis of the machine tool triggered by the probe for multiple times, realizes on-machine automatic detection of the axial inclination angle of the cutter rake face, and provides a technical basis for the integrated process of on-machine detection and numerical control machining of the cutter.)

一种刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法

技术领域

本发明涉及一种刀具角度在机检测计算方法，尤其涉及一种刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法。

背景技术

在刀具角度检测计算领域中，传统的角度检测方法大多数属于离线检测，将刀具放在工具显微镜下，对刀具被检测角度的轮廓进行投影，利用工具线显微镜将投影得到的曲线进行拟合，并根据拟合得到的曲线测量刀具相关的角度。上述离线检测方法增加了刀具角度检测所需的时间，且刀具一般包含两个甚至两个以上的刀齿，在工具显微镜下投影的方式延长了刀具加工所需的辅助时间，无法实现刀具的在机检测，实现制造过程的检测、加工一体化过程。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的以上问题，提出了一种刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法。

本发明的技术方案是：一种刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法，包括以下步骤：

S1、将刀具装夹在机床的回转主轴A轴上，获取刀具在A轴上装夹后的先端悬伸长度GProbe(1)和前刀面的初始相位GProbe(3)；

S2、设定A轴旋转刀具前刀面相位偏移值vtN(1)，并将C轴运动到零位，使探针检测端侧平面与A轴轴线垂直；

S3、分别计算机床X轴运动位置vtN(4)、Y轴运动位置vtN(2)和Z轴运动位置vtN(3)，并控制机床X轴、Y轴、Z轴分别运动到X轴运动位置vtN(4)、Y轴运动位置vtN(2)和Z轴运动位置vtN(3)；

S4、按照预设的探针搜索速度V₁控制机床X轴沿负向进行搜索运动，记录探针触发时的X轴坐标X₁，并控制机床X轴回退运动到X轴运动位置vtN(4)；

S5、在刀具前刀面上选取两个探测点P₁和P₂，在刀具前刀面上选取两个探测点P₁和P₂的方法具体为：

设定刀具基体在前刀面上所占的最大半径为R_max，沿刀具径向外偏预设的径向偏置安全值为Δr，得到两个探测点P₁和P₂的回转半径，表示为

GvPMY＝R_max+Δr

设定探测点P₁与前刀面靠近先端的轮廓边界、探测点P₂与前刀面靠近刀柄的轮廓边界距离均为轴向偏置安全值x_b，在测点回转半径处作一条平行于刀具回转轴线的辅助线，该辅助线与刀具轮廓两交点的距离为L，计算刀具上两个探测点P₁和P₂在X轴线方向上的距离，表示为

GProbe(5)＝L-2·x_b；

S6、分别重新计算机床X轴运动位置vtN(7)、Y轴运动位置vtN(5)和Z轴运动位置vtN(6)，并控制机床X轴、Y轴、Z轴分别运动到X轴运动位置vtN(7)、Y轴运动位置vtN(5)和Z轴运动位置vtN(6)；

S7、按照预设的A轴搜索速度V₃控制机床A轴带动刀具逆时针旋转，记录探针触发时A轴的坐标θ₁，计算A轴运动位置vtN(8)，并控制机床A轴回退运动到A轴运动位置vtN(8)；

S8、重新计算机床X轴运动位置vtN(9)，控制机床X轴运动到X轴运动位置vtN(9)，并按照预设的A轴搜索速度V₃控制机床A轴带动刀具逆时针旋转，记录探针触发时A轴的坐标θ₂，重新计算A轴运动位置vtN(10)，并控制机床A轴回退运动到A轴运动位置vtN(10)；

S9、计算刀具前刀面轴向倾角。

进一步地，所述步骤S2中，设定A轴旋转刀具前刀面相位偏移值vtN(1)＝-GProbe(3)。

进一步地，所述步骤S3中，根据探针检测端左侧面与A轴前端定位面在X轴方向上的间距值GSys(5)、刀具先端悬伸长度GProbe(1)、探针搜索起点安全偏移距离GMeasure(1)、探针检测端左侧面相对于探针安装轴线在XY平面上的投影距离值GSys(6)，计算机床X轴运动位置vtN(4)，表示为

vtN(4)＝-GSys(5)+GProbe(1)+GMeasure(1)+GSys(6)

根据刀具先端点水平右相位时的回转半径GProbe(2)、探针尖端倒角长度GSys(1)、探针尖端与A轴轴线在Y轴方向上的间距值GSys(2)，计算机床Y轴运动位置vtN(2)，表示为

vtN(2)＝GProbe(2)-GSys(1)-GSys(2)

根据探针刃口与A轴轴线在Z轴方向上的间距值GSys(3)、探针刃口相对于探针安装轴线在Z轴方向上的高度偏移值GSys(4)，计算Z轴运动位置vtN(3)，表示为

vtN(3)＝-GSys(3)-GSys(4)。

进一步地，所述步骤S6中，根据步骤S4中探针触发时的X轴坐标X₁、探测点P₁与刀尖在X轴向上的距离GProbe(4)，计算机床X轴运动位置vtN(7)，表示为

vtN(7)＝X₁+GProbe(4)。

根据两个探测点P₁和P₂的回转半径GvPMY，计算机床Y轴运动位置vtN(5)，表示为

vtN(5)＝GvPMY。

根据刀具设计理论前角值GProbe(7)、预设的探针探测时A轴第二避让角度GProbe(8)，计算机床Z轴运动位置vtN(6)，表示为vtN(6)＝-GSys(3)-GvPMY·Sin((GProbe(7)+GProbe(8))。

进一步地，所述步骤S7中，根据预设的探针探测时A轴第一避让角度GMeasure(2)和A轴坐标θ₁，计算A轴运动位置vtN(8)，表示为

vtN(8)＝GMeasure(2)+θ₁。

进一步地，所述步骤S8中，根据步骤S4中探针触发时的X轴坐标X₁、两个探测点P₁和P₂在X轴线方向上的距离GProbe(5)、探测点P₁与刀尖在X轴方向上的距离GProbe(4)，计算机床X轴运动位置vtN(9)，表示为

vtN(9)＝X₁+GProbe(4)+GProbe(5)

根据预设的探针探测时A轴第一避让角度GMeasure(2)和A轴坐标θ₂，计算A轴运动位置vtN(10)，表示为

vtN(10)＝GMeasure(2)+θ₂。

进一步地，所述步骤S9中，根据刀具两探测点的回转半径GvPMY，两个探测点P₁和P₂触发时的A轴角度差值Δθ，刀具的前角α，以及两个探测点P₁和P₂在轴向上的距离GProbe(5)，计算刀具前刀面轴向倾角，表示为

ξ＝tan^-1(GvPMY·sin(Δθ)/(cos(α)·GProbe(5)))。

本发明的有益效果是：本发明结合机床的硬件结构和机床上安装的精密探针实现了刀具轴向倾角的在机检测，在不通过外部检测根据的情况下根据刀具的形状和机床的具体布置形式完成刀具轴向倾角的在机检测，大大节省了刀具检测所需的时间，且计算出的轴向倾角可直接应用在后续的加工过程轴中，实现制造过程的检测、加工一体化过程，提高了设备的制造效率。

附图说明

图1是本发明的刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法流程示意图；

图2是本发明实施例中探测点分布示意图；

图3是本发明实施例中探测点P₁在XY平面内探测示意图；

图4是本发明实施例中探测点P₁在YZ平面内探测示意图；

图5是本发明实施例中探测点P₂在XY平面内探测示意图；

图6是本发明实施例中探测点P₂在YZ平面内探测示意图；

其中附图标记为：1、探针，2、刀具前刀面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明的刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法流程示意图；一种刀具前刀面轴向倾角在机检测计算方法，包括以下步骤：

S1、将刀具装夹在机床的回转主轴A轴上，采用人工记录并输入的方式，获取刀具在A轴上装夹后的先端悬伸长度GProbe(1)和前刀面的初始相位GProbe(3)；

S2、设定A轴旋转刀具前刀面相位偏移值vtN(1)，具体为vtN(1)＝-GProbe(3)；

再将C轴快速运动到零位，使探针检测端侧平面与A轴轴线垂直；

S3、分别计算机床X轴运动位置vtN(4)、Y轴运动位置vtN(2)和Z轴运动位置vtN(3)，计算方式具体为：

根据探针检测端左侧面与A轴前端定位面在X轴方向上的间距值GSys(5)、刀具先端悬伸长度GProbe(1)、探针搜索起点安全偏移距离GMeasure(1)、探针检测端左侧面相对于探针安装轴线在XY平面上的投影距离值GSys(6)，计算机床X轴运动位置vtN(4)，表示为

vtN(4)＝-GSys(5)+GProbe(1)+GMeasure(1)+GSys(6)

根据刀具先端点水平右相位时的回转半径GProbe(2)、探针尖端倒角长度GSys(1)、探针尖端与A轴轴线在Y轴方向上的间距值GSys(2)，计算机床Y轴运动位置vtN(2)，表示为

vtN(2)＝GProbe(2)-GSys(1)-GSys(2)

根据探针刃口与A轴轴线在Z轴方向上的间距值GSys(3)、探针刃口相对于探针安装轴线在Z轴方向上的高度偏移值GSys(4)，计算Z轴运动位置vtN(3)，表示为

vtN(3)＝-GSys(3)-GSys(4)

并控制机床X轴、Y轴、Z轴分别快速运动到X轴运动位置vtN(4)、Y轴运动位置vtN(2)和Z轴运动位置vtN(3)；

S4、按照预设的探针搜索速度V₁控制机床X轴沿负向进行搜索运动，记录探针触发时的X轴坐标X₁，X₁即为刀具在机床X轴方向上安装位置触发探针的真实坐标，刀具安装的真实悬伸长度GProbe(6)＝L₁-X₁，L₁为机床X轴原点与探针间的距离值，并控制机床X轴快速回退运动到X轴运动位置vtN(4)；

S5、在刀具前刀面上选取两个探测点P₁和P₂，如图2-6所示，探测点P₁和P₂位置的计算方法具体为：

设定刀具基体在前刀面上所占的最大半径为R_max，在此最大半径内探测点和探测运动路径易与刀具基体产生干涉，在此最大半径R_max的基础上沿刀具径向外偏预设的径向偏置安全值为Δr，从而得到两个探测点P₁和P₂的回转半径，表示为

GvPMY＝R_max+Δr

设定探测点P₁与前刀面靠近先端的轮廓边界、探测点P₂与前刀面靠近刀柄的轮廓边界距离均为轴向偏置安全值x_b，在测点回转半径处作一条平行于刀具回转轴线的辅助线，该辅助线与刀具轮廓两交点的距离为L，根据刀齿轮廓交点间距离L、预设轴向偏置安全值x_b计算刀具上两个探测点P₁和P₂在X轴线方向上的距离，表示为

GProbe(5)＝L-2·x_b。

S6、分别重新计算机床X轴运动位置vtN(7)、Y轴运动位置vtN(5)和Z轴运动位置vtN(6)，计算方式具体为：

根据步骤S4中探针触发时的X轴坐标X₁、探测点P₁与刀尖在X轴向上的距离GProbe(4)，计算机床X轴运动位置vtN(7)，表示为

vtN(7)＝X₁+GProbe(4)

其中，GProbe(4)由操作人员根据刀具的实际轮廓输入；

根据两个探测点P₁和P₂的回转半径GvPMY，计算机床Y轴运动位置vtN(5)，表示为

vtN(5)＝GvPMY

根据刀具设计理论前角值GProbe(7)、预设的探针探测时A轴第二避让角度GProbe(8)，计算机床Z轴运动位置vtN(6)，表示为

vtN(6)＝-GSys(3)-GvPMY·Sin((GProbe(7)+GProbe(8))

并控制机床X轴、Y轴、Z轴分别快速运动到X轴运动位置vtN(7)、Y轴运动位置vtN(5)和Z轴运动位置vtN(6)；

S7、按照预设的A轴搜索速度V₃控制机床A轴带动刀具逆时针旋转，记录探针触发时A轴的坐标θ₁，再根据预设的探针探测时A轴第一避让角度GMeasure(2)和A轴坐标θ₁，计算A轴运动位置vtN(8)，表示为

vtN(8)＝GMeasure(2)+θ₁

并控制机床A轴快速回退运动到A轴运动位置vtN(8)；

S8、重新计算机床X轴运动位置vtN(9)，具体为根据步骤S4中探针触发时的X轴坐标X₁、两个探测点P₁和P₂在X轴线方向上的距离GProbe(5)、探测点P₁与刀尖在X轴方向上的距离GProbe(4)，计算机床X轴运动位置vtN(9)，表示为

vtN(9)＝X₁+GProbe(4)+GProbe(5)

并控制机床X轴快速运动到X轴运动位置vtN(9)；

再按照预设的A轴搜索速度V₃控制机床A轴带动刀具逆时针旋转，记录探针触发时A轴的坐标θ₂，重新计算A轴运动位置vtN(10)，具体为根据预设的探针探测时A轴第一避让角度GMeasure(2)和A轴坐标θ₂，计算A轴运动位置vtN(10)，表示为

vtN(10)＝GMeasure(2)+θ₂

并控制机床A轴快速回退运动到A轴运动位置vtN(10)；

S9、计算刀具前刀面轴向倾角，具体为根据刀具两探测点的回转半径GvPMY，两个探测点P₁和P₂触发时的A轴角度差值Δθ，刀具的前角α，以及两个探测点P₁和P₂在轴向上的距离GProbe(5)，计算刀具前刀面轴向倾角，表示为

ξ＝tan^-1(GvPMY·sin(Δθ)/(cos(α)·GProbe(5)))。

上述两个探测点P₁和P₂触发时的A轴角度差值Δθ具体为根据探针在两探测点P₁和P₂处分别触发时机床A轴的坐标θ₁和θ₂，计算A轴角度差值Δθ，表示为

Δθ＝|θ₁-θ₂|

以上本发明用在刀具轴向倾角的在机检测过程中，由于机床上探针的安装布置形式存在不同，因此，本发明将上述计算方法作为典型实施例来说明本发明的功能，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所做的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。