[发明专利]一种微型刀具的刃磨方法

权利要求书

1.一种微型刀具的刃磨方法，其是一种通过机床控制砂轮对微型刀具进行刃磨的方法，所述机床为四轴数控机床，所述机床包括C轴转台，其特征在于，其包括以下步骤：

S1）在夹具上固定待加工的微型刀具后，以所述微型刀具的刀尖点作为工件坐标系的原点、以C轴转台的中心点作为C轴坐标系原点、以砂轮最低点作为砂轮坐标系原点分别建立坐标系；

S2）假定微型刀具的刀尖点与C轴转台的中心点在同一垂直线上，也即微型刀具的刀尖点在C轴坐标系的Z轴上；在C轴坐标系下，标定实际位置的微型刀具的刀尖点在C轴坐标系的X轴和Y轴上的坐标，其中和分别表示实际位置的微型刀具的刀尖点与C轴转台的中心点在X轴和Y轴方向的偏差；

S3）进行对刀操作，建立砂轮与微型刀具之间的位置关系；

S4）根据机器人运动学理论，通过齐次坐标变换矩阵进行工件坐标系、C轴坐标系和砂轮坐标系之间的运动关系转换，得到微型刀具上各刀触点与砂轮坐标系中各刀触点相重合的机床运动学逆解公式；

S5）基于机床各部件在生产及装配过程中造成的几何误差，假定标定后的产生几何误差分别为和，代入到所述步骤S4）得到的机床运动学逆解公式中，得到误差补偿后的机床运动学逆解公式，如下：

，

其中，和分别为误差补偿后机床中X轴和Y轴的运动变量，和分别为误差补偿前机床中X轴和Y轴的运动变量，和分别为工件坐标系下刀触点的X轴和Y轴坐标，为C轴旋转角度变量；

S6）利用超景深显微镜观察并测量出刃磨后的微型刀具各段轨迹的刃宽差值即和，带入所述误差补偿后的机床运动学逆解公式；

S7）采用设定的砂轮磨削方式按照所述步骤S6）误差补偿后的机床运动学逆解公式对微型刀具进行刃磨；刃形误差补偿规律为：

（1）当减小时，微型手术刀刃磨加工轨迹整体向左偏移；

（2）当增大时，微型手术刀刃磨加工轨迹整体向右偏移

（3）当减小时，两侧加工轨迹同时向外扩张；

（4）当增大时，两侧加工轨迹同时向内收缩；

S8）重复步骤S6）-S7），进行多次刃磨操作，直至符合设计要求；

所述步骤S2）中，标定实际位置的微型刀具的刀尖点在C轴坐标系的X轴和Y轴上的坐标的步骤如下：

S21）测量C轴转台在0度时微型刀具的刀尖点的实际坐标，该坐标对应工件坐标系原点在C轴坐标系下的坐标；

S22）测量C轴转台旋转90°时微型刀具的刀尖点的实际坐标，该坐标对应C轴转台旋转90°时工件坐标系原点在C轴坐标系中的坐标；

S23）根据上述对应关系，计算、如下：

；

所述机床的主轴外防护上设置一红外测头，测量微型刀具的刀尖点的实际坐标和的步骤分别为：

S211）将C轴转台旋转至0°位置，即微型刀具的刀尖点正对机床内部，缓慢移动机床各轴使刀尖点与红外测头相接触，当红外测头指示灯亮，得到坐标值为；

S221）将C轴转台旋转90°位置处，重新使微型刀具的刀尖点与红外测头相接触，得到坐标；

其中，所述步骤S4）中，采用如下方法得到微型刀具上各刀触点与砂轮坐标系中各刀触点相重合的机床运动学逆解公式：

S41）定义工件坐标系下各刀触点变换至C轴坐标系下的变换矩阵如下：

；

S42）定义工件坐标系、砂轮坐标系下微型刀具的各刀触点的坐标及法向量分别为：

，

；

其中，，，分别为砂轮坐标系下刀触点的X轴、Y轴、Z轴坐标；

S43）将砂轮坐标系下各刀触点及法向量变换到C轴坐标系后为：

；

S44）由机器人运动学理论可知机床的直线轴变换公式以及C轴旋转公式分别为：

，；

其中，表示对进行直线轴变换，表示以为旋转角度进行C轴旋转；

S45）整理得到：

解得：

；

S46）对上述求解的公式取相反数，得到以砂轮运动的方向为正方向的机床运动学逆解公式：

；

所述步骤S3）中，进行对刀操作，建立砂轮与微型刀具之间的位置关系，包括以下步骤：

S31）旋转所述机床的C轴转台至机械坐标位置，摇动手轮调整砂轮中心线与微型刀具的刀尖点重合；

S32）下降砂轮至最低点，记录此时砂轮在砂轮坐标系中的X轴、Y轴、Z轴坐标值；

S33）通过刃倾角，根据三角函数变换计算出磨削点的位置，输入至机床对应的工件坐标参数中，完成对刀；

所述步骤S7）中，设定的砂轮磨削方式包括：

S71）砂轮轴线方向与微型刀具的刃的法线方向垂直；

S72）当微型刀具的刃形为曲线时，砂轮随刃形做姿态调整；

所述刃倾角取值在20°到40°之间；

所述微型刀具为微型手术刀。