一种微型刀具的刃磨方法技术

本发明专利技术公开了一种微型刀具的刃磨方法，刃磨时采用砂轮轴线方向与微型刀具刃的法线方向垂直的砂轮磨削方式，并且对微型刀具的刃形进行误差补偿，实现当减小时，手术刀刃磨加工轨迹整体向左偏移；当增大时，手术刀刃磨加工轨迹整体向右偏移；当减小时，两侧加工轨迹同时向外扩张；当增大时，两侧加工轨迹同时向内收缩，使刃形满足图纸要求且锋利度达标。标。标。

【技术实现步骤摘要】
一种微型刀具的刃磨方法


[0001]本专利技术涉及机械加工
，特别是涉及一种微型刀具的刃磨方法。

技术介绍

[0002]传统磨削方式多为手动磨削，产品质量取决于操作人员的工作经验，对于一些刃形加工轨迹较为简单的微型手术刀而言，人工磨削方式足以满足手术刀加工要求；然而，对于刃形较为复杂的手术刀而言，由于人工磨削的不确定性，导致刃磨后的微型手术刀刃形的一致性较差，锋利度较高，并且生产效率较低。因此，微型手术刀的自动磨削开刃是当下需解决的主要问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种微型刀具的刃磨方法，通过对刀具刃形误差进行补偿，提高微型刀具的刃磨精度。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：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；S8）重复步骤S6）
‑
S7），进行多次刃磨操作，直至符合设计要求。
[0005]优选的，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：。
[0006]优选的，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。
[0007]优选的，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：
。
[0008]优选的，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。
[0009]优选的，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。
[0010]优选的，所述刃倾角取值在20
°
到40
°
之间。
[0011]优选的，所述微型刀具为微型手术刀。
[0012]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出了一种微型刀具的刃磨方法，利用四轴机床对微型刀具进行刃磨加工，本专利技术并针对刃磨后的刃形情况建立了相应的刃形误差补偿机制，实验表明该误差补偿机制切实有效，适用于不同类型微型手术刀的刃磨加工。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例提供的微型刀具的刃磨方法流程示意图；图2为本专利技术实施例中砂轮的磨削方式示例；图3是图2中A
‑
A向的剖视结构示意图；图4是图2中B处的局部放大图；图5为本专利技术实施例中运动学分析的各坐标系示意图；图6为本专利技术实施例中、标定示意图；图7为本专利技术实施例中Lx减小后实际加工轨迹与理论加工轨迹对比图；图8为本专利技术实施例中Lx增大后实际加工轨迹与理论加工轨迹对比图；图9为本专利技术实施例中Ly减小后实际加工轨迹与理论加工轨迹对比图；图10为本专利技术实施例中Ly增大后实际加工轨迹与理论加工轨迹对比图；图11为本专利技术实施例中各种误差工况下误差补偿后的加工轨迹对比图；图12为本专利技术实施例中存在误差的刃形图；图13为本专利技术实施例中经过误差补偿后的刃形图。
具体实施方式
[0014]下面将结合本专利技术实施例中，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都
属于本专利技术保护的范围。
[0015]实施例1本实施例提出了一种微型刀具的刃磨方法，参见图1，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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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；S8）重复步骤S6）
‑
S7），进行多次刃磨操作，直至符合设计要求。2.根据权利要求1所述的一种微型刀具的刃磨方法，其特征在于，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：。3.根据权利要求2所述的一种微型...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊成，张雷，薛曹阳，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：