一種小球頭工具單轉(zhuǎn)臺(tái)研拋加工裝置及刀具對(duì)刀方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種小球頭工具單轉(zhuǎn)臺(tái)研拋加工裝置及刀具對(duì)刀方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，在國(guó)防、航空航天及電子行業(yè)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，各種高精度高表面質(zhì)量的小口徑異形零件得到廣泛應(yīng)用。這些零件其面型要求達(dá)到亞微米級(jí)的形狀精度、納米級(jí)的表面粗糙度和極小的亞表面損傷，需要經(jīng)過超精密研拋加工，才能滿足其精度和表面質(zhì)量的要求。
[0003]對(duì)于這種小曲率半徑復(fù)雜面型零件的超精密加工，需要采用小尺寸的特殊研拋工具頭，并結(jié)合相應(yīng)結(jié)構(gòu)形式的加工設(shè)備，才能滿足研拋加工所需的位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系條件。而對(duì)于一種含有單轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的工具軸空間擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式的多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床，需要在加工前的對(duì)刀操作中使工具頭中心精確地位于轉(zhuǎn)臺(tái)的空間回轉(zhuǎn)軸線上，并準(zhǔn)確調(diào)整研拋工具頭與工件的相對(duì)位置，才能保證實(shí)現(xiàn)工具頭與零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，避免加工過程中的干涉，同時(shí)該對(duì)刀精度也將直接影響工件的面形加工精度。由于目前待加工的零件尺寸越來越小，對(duì)機(jī)床的對(duì)刀精度的要求越來越高，現(xiàn)有技術(shù)中常用的高精度對(duì)刀方法為采用自動(dòng)對(duì)刀儀對(duì)刀。而自動(dòng)對(duì)刀儀的對(duì)刀精度取決于其傳感器的精度，要滿足高精度的對(duì)刀要求，對(duì)傳感器的成本要求較高，而且實(shí)際中所能得到的測(cè)量精度不完全取決于所配套數(shù)控系統(tǒng)的分辨率，還和機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)誤差、對(duì)刀棒的幾何形狀、加工精度以及裝配質(zhì)量等因素有關(guān)，所以要利用自動(dòng)對(duì)刀儀達(dá)到高精度的效果難度很高。同時(shí)由于這種單轉(zhuǎn)臺(tái)斜軸加工運(yùn)動(dòng)形式缺乏空間位置參照，采用機(jī)械式方法需要很長(zhǎng)的對(duì)刀時(shí)間對(duì)研拋工具頭的位置進(jìn)行調(diào)整，存在對(duì)刀效率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決采用現(xiàn)有技術(shù)中加工小尺寸零件機(jī)床的對(duì)刀精度的要求越來越高利用自動(dòng)對(duì)刀儀很難達(dá)到高精度對(duì)刀，由于單轉(zhuǎn)臺(tái)斜軸加工運(yùn)動(dòng)形式缺乏空間位置參照，采用機(jī)械式方法需要很長(zhǎng)的對(duì)刀時(shí)間對(duì)研拋工具頭的位置進(jìn)行調(diào)整，存在對(duì)刀效率低的問題，進(jìn)而提出一種小球頭工具單轉(zhuǎn)臺(tái)研拋加工裝置及刀具對(duì)刀方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題而采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種小球頭工具單轉(zhuǎn)臺(tái)研拋加工裝置包括水平臺(tái)、工件主軸、第一 (XD相機(jī)、小球頭研拋工具、研拋工具主軸、主軸夾持件、斜角固定座、對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、連接板、V向滾柱導(dǎo)軌、U向滾柱導(dǎo)軌、U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭、V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭、第二 CCD相機(jī)和兩個(gè)放大鏡頭；一個(gè)放大鏡頭安裝在第一 CCD相機(jī)上，另一個(gè)放大鏡頭安裝在第二 CCD相機(jī)上，工件安裝在工件主軸上，第一 (XD相機(jī)、第二 (XD相機(jī)和工件主軸設(shè)置在水平臺(tái)面上，第二 (XD相機(jī)和工件相對(duì)設(shè)置，第二 CCD相機(jī)的中心線與工件的中心線平行設(shè)置，第一 CCD相機(jī)的中心線與第二 (XD相機(jī)的中心線相互垂直設(shè)置，轉(zhuǎn)臺(tái)懸掛設(shè)置于機(jī)床的垂直運(yùn)動(dòng)軸上，對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)的下方，V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭安裝在對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)的V向滾柱導(dǎo)軌承載的滑臺(tái)上，U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭安裝在對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)的U向滾柱導(dǎo)軌承載的滑臺(tái)上，斜角固定座安裝在對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)下方，小球頭研拋工具安裝在研拋工具主軸上，研拋工具主軸安裝在主軸夾持件上，主軸夾持件安裝在斜角固定座上。
[0007]小球頭工具在單轉(zhuǎn)臺(tái)研拋加工裝置中的刀具相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的對(duì)中調(diào)整對(duì)刀方法，所述方法是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0008]通過第一 CCD相機(jī)獲取小球頭研拋工具在對(duì)刀區(qū)域的對(duì)刀圖像，首先設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)的擺角Θ為90°和-90°，處理第一 (XD相機(jī)獲取的對(duì)刀圖像，得到小球頭研拋工具球心點(diǎn)在圖像中的像素坐標(biāo)，并根據(jù)圖像系統(tǒng)的標(biāo)定系數(shù)得到小球頭研拋工具球心在V向滾柱導(dǎo)軌方向的對(duì)中偏差值δ，并通過微調(diào)V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭的移動(dòng)消除該偏差值以實(shí)現(xiàn)小球頭研拋工具沿轉(zhuǎn)臺(tái)徑向的對(duì)中調(diào)整；其次設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)的擺角Θ為0。和180°，根據(jù)第一 CCD相機(jī)獲取的圖像得到小球頭研拋工具球心在U向滾柱導(dǎo)軌方向的對(duì)中偏差值σ，并通過微調(diào)U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭的移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)研拋工具沿轉(zhuǎn)臺(tái)切向的對(duì)中調(diào)整，具體步驟為:
[0009]步驟一:在轉(zhuǎn)臺(tái)上建立機(jī)床的(X，Υ，Ζ)坐標(biāo)系，工件主軸的中心線平行于水平臺(tái)面并與X軸平行，垂直于水平臺(tái)的豎直方向定義為Ζ軸方向；
[0010]步驟二:調(diào)整第一CCD相機(jī)使其視線平行于水平臺(tái)面并與機(jī)床的Υ軸方向平行，并將第一 CCD相機(jī)獲得圖像的水平和豎直方向的像素進(jìn)行標(biāo)定，即獲得一個(gè)像素在水平和豎直方向代表的實(shí)際距離，把第一 CCD相機(jī)采集到的具有水平和豎直方向?qū)嶋H距離的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上；
[0011]步驟三:設(shè)定第一 CCD相機(jī)采用最大視野范圍，利用對(duì)中調(diào)整位移臺(tái)進(jìn)行粗調(diào)并配合平移第一 CCD相機(jī)的位置，使當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)，小球頭研拋工具的工具頭能一直保持在第一 CCD相機(jī)的成像范圍內(nèi)，調(diào)整第一 CCD相機(jī)的焦距使小球頭研拋工具的工具頭清晰地顯示在控制計(jì)算機(jī)的屏幕上，同時(shí)增大相機(jī)的放大倍數(shù)，使小球頭研拋工具的工具頭在第一CCD相機(jī)中所成像的圓弧段充滿視野范圍；
[0012]步驟四:通過數(shù)控系統(tǒng)調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)至Θ =90°角度位置，捕獲此時(shí)小球頭研拋工具6的工具頭在第一 CCD相機(jī)中的成像圖像，利用編制的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，首先灰度化將第一 CCD相機(jī)捕獲的24位灰度圖像轉(zhuǎn)化為8位灰度圖，再基于灰度分布直方圖的峰谷法將圖像二值化使小球頭研拋工具的工具頭與背景分離開，然后利用邊緣檢測(cè)算子對(duì)小球頭研拋工具的工具頭的圓弧輪廓邊緣進(jìn)行提取，最后采用Hough變換方法根據(jù)圓弧輪廓點(diǎn)迭代計(jì)算，獲得圖像中小球頭研拋工具的工具頭的球心位置坐標(biāo)O1q，Zl);
[0013]步驟五:調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)至Θ =-90°角度位置，捕獲此時(shí)小球頭研拋工具的工具頭在第一 CCD相機(jī)中的成像圖像，利用編制的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲得圖像中小球頭研拋工具的工具頭的球心位置坐標(biāo)02(x2，z2)；
[0014]步驟六:記步驟二中得到的圖像系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)為K，那么工具頭球心在V向滾柱導(dǎo)軌方向的對(duì)中偏差值δ可表示為δ =K(x2-Xl)/2，根據(jù)得到的偏差值δ調(diào)整V向調(diào)節(jié)測(cè)微頭使工具頭沿V向滾柱導(dǎo)軌直線方向進(jìn)給δ距離，則可將V向滾柱導(dǎo)軌方向的對(duì)中偏差消除，實(shí)現(xiàn)研拋工具沿轉(zhuǎn)臺(tái)徑向的對(duì)中調(diào)整；
[0015]步驟七:通過數(shù)控系統(tǒng)調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)至Θ =0°位置，捕獲此時(shí)小球頭研拋工具的工具頭在第一 CCD相機(jī)中的成像圖像，利用編制的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲得圖像中小球頭研拋工具的工具頭的球心位置坐標(biāo)03(χ3，ζ3)；
[0016]步驟八:調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)至Θ = 180°位置，捕獲此時(shí)小球頭研拋工具的工具頭在第一 CCD相機(jī)中的成像圖像，利用編制的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲得圖像中小球頭研拋工具的工具頭的球心位置坐標(biāo)04(x4，z4)；
[0017]步驟九:記步驟二中得到的圖像系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)為K，那么工具頭球心在U向滾柱導(dǎo)軌方向的對(duì)中偏差值σ可表示為σ =Κ(χ4-χ3)/2，根據(jù)得到的偏差值σ調(diào)整U向調(diào)節(jié)測(cè)微頭使工具頭沿U向滾柱導(dǎo)軌直線方向進(jìn)給σ距離，則可將U向滾柱導(dǎo)軌方向的對(duì)中偏差消除，實(shí)現(xiàn)研拋工具沿轉(zhuǎn)臺(tái)徑向的對(duì)中調(diào)整；
[0018]步驟十:重復(fù)步驟四至步驟九，對(duì)小球頭研拋工具的工具頭在相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)徑向和切向的位置進(jìn)行多次交叉調(diào)整，至其對(duì)刀位置精度達(dá)到使用要求。
[0019]小球頭工具在單轉(zhuǎn)臺(tái)研拋加工裝置中的刀具相對(duì)工件的對(duì)刀方法，所述方法是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0020]首先通過第二 (XD相機(jī)由X軸方向獲取對(duì)刀區(qū)域圖像以得到工具頭中心與工件軸心在Υ、Ζ兩方向上的相對(duì)位置偏差，再通過第一 CCD相機(jī)由Υ軸方向獲取工具頭中心相對(duì)工件端面在X方向上的位置偏差，然后由機(jī)床數(shù)控軸的帶動(dòng)工件與刀具系統(tǒng)分別沿X、Υ、Ζ方向運(yùn)動(dòng)調(diào)整刀具與工件至加工程序原點(diǎn)完成對(duì)刀操作，具體步驟為:
[0021]步驟一:在轉(zhuǎn)臺(tái)上建立機(jī)床的(X，Υ，Ζ)坐標(biāo)系，工件主軸的中心線平行于水平臺(tái)面并與X軸平行，垂直于水平臺(tái)的豎直方向定義為Ζ軸方向；
[0022]步驟二:調(diào)整第一 (XD相機(jī)和第二