本发明属于微铣削加工技术领域，具体涉及一种微铣刀对刀检测电路及一种微铣刀对刀方法。
背景技术：
微铣削加工作为微细加工领域的关键技术之一，常用于高精密零部件中局部高精度加工和微尺度结构加工，微铣削技术在加工三维复杂结构的微型零部件方面有着其独特的优势。从加工机理分析，微铣削加工是通过微铣刀的高速旋转，主轴不断进给，除去工件上多余材料，达到微小形貌特征加工的目的。微铣削加工的精度主要受微铣刀形状、每齿进给量、主轴转速以及对刀精度等因素影响。其中微铣刀的对刀精度在一定程度上影响产品的加工精度。在微铣削加工的准备阶段，首先需要准确定位工件坐标系在机床坐标系的位置；另外，当微铣刀损耗或损坏导致不能一次加工完成设定的微细特征时，需要重新制备微铣刀，然后再重新对刀定位以完成微细特征补加工。这些过程中，对刀的定位精度及重复定位精度，直接影响后续的加工精度。目前常用的对刀方法有激光自动对刀法、试切削对刀法、目测对刀法和百分表对刀法等。激光衍射对刀是通过检测激光衍射条纹峰值点间距来进行对刀间隙测量的方法，但是在激光衍射对刀时，由于环境噪声的存在，二级及以后的次极大含有很大噪声。测精度还要受制于结构装调工艺、关键器件性能、图像处理等因素的影响。试切法对刀法简单，但会在工件上留下痕迹，且对刀精度较低，某些零件因为特殊限制，不适合采用试切法。目测对刀法是一种很粗略对刀方法，精度不高，容易撞坏微铣刀，适用于没有基准边或毛坯余量很大的零件，但不适合微铣削中精密对刀。采用百分表对刀法对刀精度受百分表精度影响，而且对刀过程繁琐。
针对微铣刀采用常规对刀方法出现的问题，当前亟需发展基于微能放电精密自动感知技术的微铣刀对刀方法。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种能实现精确对刀的微铣刀对刀检测电路。
为达此目的，本发明采用如下技术方案：
一种微铣刀对刀检测电路，所述的检测电路包括依次串联的电源e、限流电阻r0、二极管vd2、分压电阻r1、可调分压电阻r2，其中，二极管vd2的正极与限流电阻r0连接，二极管vd2的负极与分压电阻r1连接；还包括并联在可调分压电阻r2两端的电容c。
所述的电源e为脉冲电源。
所述的检测电路还包括稳压二极管vd1。
所述的稳压二极管vd1负极连接限流电阻r0，稳压二极管vd1正极连接二极管vd2的正极。
本发明通过采用带有放电感功能的检测电路，采集可调电阻两端的电压值，即间隙平均电压值，实时记录被测工件的各坐标值，通过计算对刀位置，从而实现工件定位、微铣刀的精确对刀。
本发明提供一种能实现精确对刀的微铣刀对刀方法。
为达此目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于前述的微铣刀对刀检测电路的微铣刀对刀方法，所述的微铣刀对刀方法包括以下步骤：
a.由机床控制系统控制安装有微铣刀的运动轴，使微铣刀位于工件的上方，任意选取工件的上表面的四个点；
b.放电感知：控制微铣刀朝工件靠近，当微铣刀和工件之间的距离达到处于火花放电状态的放电间隙时，通过检测可调分压电阻r2两端的电压，作为机床控制系统的输入，机床控制系统输出控制信号，并控制运动轴停止进给；
c.记录运动轴停止时工件的上表面的四个点坐标值z1、z2、z3和z4；
d.当z1＝z2＝z3＝z4时，多次控制运动轴，使微铣刀依次位于工件的左侧、右侧、后侧、前侧，重复步骤(b)，分别记录运动轴停止时工件的左侧边、右侧边、后侧边、前侧边的坐标值x1、x2、y1、y2；
e.当z1、z2、z3、z4不相等时，通过工件夹具上的调节螺钉调整工件的三维空间姿态，重复步骤(a)、步骤(b)进行多次测量，直至z1＝z2＝z3＝z4，重复步骤(d)；
f.计算工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值x、y；
g.进行微铣刀退刀回位。
所述的微铣刀对刀方法包括首先将微铣刀连接于限流电阻r0远离微能脉冲电源e的一端，工件连接微能脉冲电源e的另一端。
所述的步骤(f)中，所述的工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值x、y为：x＝(x1 x2)/2；y＝(y1 y2)/2。
所述的机床控制系统控制运动轴的控制过程分为快进、慢进和快退三个过程，分别对应微铣刀粗对刀、精对刀、回退三个模式。
所述的步骤(b)为精对刀模式。
本发明选择适当的电阻r1、电容c、可调电阻参数r2，在放电感知过程中采集可调电阻两端的电压值，即间隙平均电压值，实时记录被测工件的各坐标值，通过计算对刀位置，从而实现工件定位、微铣刀的精确对刀，提高了微铣削对刀效率和对刀精度。
附图说明
图1为本发明的微铣刀对刀方法中使用的放电感知检测电路示意图；
图2为本发明的微铣刀对刀方法中的微铣刀z轴方向对刀示意图；
图3为本发明的微铣刀对刀方法中的微铣刀xoy平面对刀示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
以下实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域的人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本发明的范畴。
如图1所示，一种微铣刀对刀检测电路，所述的检测电路包括依次串联的电源e、限流电阻r0、二极管vd2、分压电阻r1、可调分压电阻r2，其连接关系是，二极管vd2的正极与限流电阻r0连接，二极管vd2的负极与分压电阻r1连接；还包括并联在可调分压电阻r2两端的电容c。
本发明的二极管vd2、分压电阻r1和可调分压电阻r2顺序串联后并联在微铣刀和工件的两端，电容c与可调分压电阻r2并联；所述的二极管vd2从稳压二极管vd1到分压电阻r1之间单向导通，防止电容c通过电阻r1迅速放电。本发明使用可调电阻提取电压信号进行输出，通过调整检测电路的输出端电压，以满足机床控制系统采集模块的输入端要求。
本发明通过采用带有放电感功能的检测电路，采集可调电阻两端的电压值，即间隙平均电压值，实时记录被测工件的各坐标值，通过计算对刀位置，从而实现工件定位、微铣刀的精确对刀。
在一个优选的实施例中，选取电源e为脉冲电源。
所述的检测电路还包括稳压二极管vd1。
所述的稳压二极管vd1负极连接限流电阻r0，稳压二极管vd1正极连接二极管vd2的正极，以阻止短路脉冲或稳定电弧放电脉冲通过。
本发明还提供一种基于前述的微铣刀对刀检测电路的微铣刀对刀方法，该方法中，微铣刀连接于限流电阻r0远离微能脉冲电源e的一端，工件连接微能脉冲电源e的另一端，所述的微铣刀对刀方法包括以下步骤：
a.由机床控制系统控制安装有微铣刀的运动轴，使微铣刀位于工件的上方，任意选取工件的上表面的四个点(如图2所示)，以对工件上表面进行多点感知测试，从而调整工件的水平姿态。
b.放电感知：控制微铣刀朝工件靠近，当微铣刀和工件之间的距离达到处于火花放电状态的放电间隙时，即，微铣刀与工件之间的间隙小于放电间隙时，发生放电，间隙的电压发生变化。通过检测可调分压电阻r2两端的电压，作为机床控制系统的输入，机床控制系统输出控制信号，并控制运动轴停止进给。根据加工经验及试验结果将间隙电压分为几个区段，再利用阈值比较法，控制系统得到间隙开路、放电或短路等几种对应的加工状态，机床控制系统输出控制信号，以控制运动轴的进给情况。本发明对间隙放电状态的有效检测可确保感知的精度。
c.记录运动轴停止时工件的上表面的四个点坐标值z1、z2、z3和z4；
d.当z1＝z2＝z3＝z4时，多次控制运动轴，使微铣刀依次位于工件的左侧、右侧、后侧、前侧(如图3所示)，重复步骤(b)，分别记录运动轴停止时工件的左侧边、右侧边、后侧边、前侧边的坐标值x1、x2、y1、y2；放电感知过程中，间隙的电压发生变化，被检测回路捕捉到变化信号，将信号反馈给机床控制器，实时记录被测工件的不同点的相应坐标值，以计算对刀位置，从而实现对被测工件的定位。
e.当z1、z2、z3、z4不相等时，则工件上表面与机床坐标系xoy平面不平行，通过工件夹具上的调节螺钉调整工件的三维空间姿态，重复步骤(a)、步骤(b)进行多次测量，直至z1＝z2＝z3＝z4实现工件上表面调平，重复步骤(d)；
f.计算工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值x、y。
所述的步骤(f)中，所述的工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值x、y为：x＝(x1 x2)/2；y＝(y1 y2)/2；
g.将微铣刀进行退刀回位。
本发明选择适当的电阻r1、电容c、可调电阻参数r2，在放电感知过程中采集可调电阻两端的电压值，即间隙平均电压值，实时记录被测工件的各坐标值，通过计算对刀位置，从而实现工件定位、微铣刀的精确对刀。
本发明可重复上述微铣刀对刀方法中的各步骤，进行二次对刀，计算得出工件坐标系原点在机床坐标系中的另一组坐标值x’、y’，从而通过对比两组坐标值(x，y)、(x’，y’)的误差，以验证本发明对刀精度。
在另一个优选的实施例中，所述的机床控制系统控制运动轴的控制过程分为快进、慢进和快退三个过程，分别对应微铣刀粗对刀、精对刀、回退三个模式。
当微铣刀与工件相距较远时，间隙处于开路状态，机床控制系统采用粗对刀模式，即快进过程，利用视觉观测系统对对刀过程进行监测；
当微铣刀距离工件较近时，停止粗对刀进给，开始精对刀模式，即慢进过程，精对刀的进给速率较小，在微铣刀缓慢逼近工件的过程中打开精密感知功能，即放电感知。该放电感知过程为：启动回路间隙平均电压监检测系统，选择适当电阻、电容、可调电阻参数，在电容上就会获得间隙平均电压值；当微铣刀与工件短路时，电容c因为没有充电电流补充而使电压迅速下降，尽快输出放电间隙趋向短路的信号；当放电状态检测电路检测到放电信号后，输出控制信号，作为运动控制系统的输入，控制运动轴停止进给；根据控制系统所记录当前坐标值，调整工件上表面与机床坐标系xoy面平行(即实现前述步骤a中的工件水平姿态的调整)、以及后续计算工件坐标系原点在机床坐标系中的位置(即前述步骤f)；
完成坐标值记录后，即精对刀结束，开始回退模式，即微铣刀快退。
所述的步骤(b)为精对刀模式。
实施例1
本实施例的检测电路选用微能脉冲电源e频率：50khz、占空比1:3、幅值：40v，限流电阻r0＝2kω，稳压二极管vd1型号in4751，二极管vd2型号mbr1045、分压电阻r1＝10kω、可调分压电阻r2阻值0～5kω，选择阻值为2.5kω，电容c型号为0.1uf/100v；
本实施例微铣刀对刀方法的工作过程如下：
1)将微铣刀连接于限流电阻r0远离微能脉冲电源e的一端，工件连接微能脉冲电源e的另一端；
2)由机床控制系统控制安装有微铣刀的运动轴，使微铣刀位于工件的上方，任意选取工件的上表面的四个点；
3)放电感知：控制微铣刀朝工件缓慢靠近，当微铣刀和工件之间的距离达到处于火花放电状态的放电间隙时，检测可调分压电阻r2两端的电压小于2v时，将该信号输出给控制系统，作为机床控制系统的输入，机床控制系统控制输出控制信号，并控制运动轴停止进给；
4)调整工件的三维空间姿态，进行多次测量并记录运动轴停止时工件的上表面的四个点坐标值至z1＝z2＝z3＝z4＝-53.8080mm时，分别记录运动轴停止时工件的左侧边、右侧边、后侧边、前侧边的坐标值x1＝50.3296mm、x2＝35.2402mm、y1＝-20.9039mm、y2＝-10.7055mm；f.计算工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值x＝42.7849mm、y＝-15.8047mm。
重复上述微铣刀对刀方法中步骤2～4，计算得出工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值x’＝42.7847mm、y’＝-15.8047mm。
计算重复精度为：δx＝0.0002mm，δy＝0.0000mm。
通过本实施例可表明，将本发明的微铣刀微能放电感知精准对刀技术作用于机床放电状态检测装置，最后能实现如下效果：对多个点两次重复感知的误差能控制在0.0005mm以内。本发明的微铣刀微能放电感知精准对刀技术放电感知达到较高精度，能够快速得到工件坐标系原点在机床坐标系中的位置。
1.一种微铣刀对刀检测电路，其特征在于，所述的检测电路包括依次串联的电源e、限流电阻r0、二极管vd2、分压电阻r1、可调分压电阻r2，其中，二极管vd2的正极与限流电阻r0连接，二极管vd2的负极与分压电阻r1连接；还包括并联在可调分压电阻r2两端的电容c。
2.根据权利要求1所述的一种微铣刀对刀检测电路，其特征在于，所述的电源e为脉冲电源。
3.根据权利要求1所述的一种微铣刀对刀检测电路，其特征在于，所述的检测电路还包括稳压二极管vd1。
4.根据权利要求3所述的一种微铣刀对刀检测电路，其特征在于，所述的稳压二极管vd1负极连接限流电阻r0，稳压二极管vd1正极连接二极管vd2的正极。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的微铣刀对刀检测电路的微铣刀对刀方法，其特征在于，所述的微铣刀对刀方法包括以下步骤：
a.由机床控制系统控制安装有微铣刀的运动轴，使微铣刀位于工件的上方，任意选取工件的上表面的四个点；
b.放电感知：控制微铣刀朝工件靠近，当微铣刀和工件之间的距离达到处于火花放电状态的放电间隙时，通过检测可调分压电阻r2两端的电压，作为机床控制系统的输入，机床控制系统输出控制信号，并控制运动轴停止进给；
c.记录运动轴停止时工件的上表面的四个点坐标值z1、z2、z3和z4；
d.当z1＝z2＝z3＝z4时，多次控制运动轴，使微铣刀依次位于工件的左侧、右侧、后侧、前侧，重复步骤(b)，分别记录运动轴停止时工件的左侧边、右侧边、后侧边、前侧边的坐标值x1、x2、y1、y2；
e.当z1、z2、z3、z4不相等时，通过工件夹具上的调节螺钉调整工件的三维空间姿态，重复步骤(a)、步骤(b)进行多次测量，直至z1＝z2＝z3＝z4，重复步骤(d)；
f.计算工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值x、y；
g.进行微铣刀退刀回位。
6.根据权利要求5所述的一种微铣刀对刀方法，其特征在于：所述的微铣刀对刀方法包括首先将微铣刀连接于限流电阻r0远离微能脉冲电源e的一端，工件连接微能脉冲电源e的另一端。
7.根据权利要求5所述的一种微铣刀对刀方法，其特征在于：所述的步骤(f)中，所述的工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值x、y为：
x＝(x1 x2)/2；y＝(y1 y2)/2。
8.根据权利要求5所述的一种微铣刀对刀方法，其特征在于：所述的机床控制系统控制运动轴的控制过程分为快进、慢进和快退三个过程，分别对应微铣刀粗对刀、精对刀、回退三个模式。
9.根据权利要求5所述的一种微铣刀对刀方法，其特征在于：所述的步骤(b)为精对刀模式。
技术总结