发明内容
本发明的目的在于提供一种深孔珩磨内孔的测量装置,能够用于深孔的任何位置的内径测量,具有比较高的测量精度。
为了实现本发明的发明目的,所采用的技术方案为:
一种深孔珩磨内孔的测量装置,包括:
工具头,该工具头包括套型的且具有周向均布的至少三个径向侧孔的工具头体,同轴地套装在该工具头体内的芯轴,导向于所述侧孔且向心端与所述芯轴表面配合构成移动副的至少三个测量部件,以及用于该测量部件复位的复位部件,其中,所述移动副的移动方向与工具头轴线成预定斜角α;
顶杆,接合于所述芯轴的轴向的一端,驱动芯轴轴向运动,进而驱动所述测量部件径向运动;
轴向定位部件,探入端连接所述工具头,以把工具头送入待测深孔,并定位;以及
轴向位移测量机构,用于测量所述顶杆的轴向位移。
依据上述结构,通过倾斜布置的移动副,可以把顶杆的轴向直线运动转换成测量部件的径向运动,从而,只要预定斜角α确定,就可以通过简单的三角函数换算,得出测量部件的径向位移量,进而,可以计算出测量部位的内径。
依据上述结构,显见的是工具头体需在具体选定点测量时处于被固定的状态,而顶杆则是被驱动的,这种使用状态的固定相对比较容易,通过刚性的支架伸入深孔就可以实现相应的固定,而顶杆则从工件的伸入端进行施力,实现比较容易。
上述测量装置,所述轴向定位部件为珩磨杆,该珩磨杆为管状体,管内用于安装驱动所述芯轴的部件。
上述测量装置,所述珩磨杆分为多个分段,邻接的一对分段端头至少一个设有液密封地导向于分段端部内管的芯堵及对应设置在分段内管内的用于芯堵复位的弹簧,分段的两个芯堵间的管内封装有液体;连接所述工具头的分段为第一分段,安装在第一分段连接工具头的端头的芯堵顶持在所述顶杆的驱动端。
上述测量装置,所述分段设有所述芯堵的部分内管管径大于封有液体的内管管径。
上述测量装置,所述芯轴为锥度芯轴,对应地,所述测量部件的向心端为匹配所述锥度芯轴侧面锥度的楔形部。
上述测量装置,所述锥度芯轴含有轴向串接的两个锥度部,相应地,所述测量部件的向心端含有两个楔形部,对应地,所述径向侧孔为沿工具头轴向延伸的条形孔。
上述测量装置,所述测量部件的离心端在工具头轴向的两端各设有一个径向延伸高于其他部分的测头。
上述测量装置,所述测量部件为在径向延伸方向上固装在一起的两个部件,向心侧的为导向于所述径向侧孔的镶条,离心侧为安装在该镶条上的测条。
上述测量装置,还包括使用状态下安装在磨杆箱的驱动机构,并在驱动机构一侧设有所述轴向位移测量机构,,其中,所述驱动机构包括通过与磨杆箱的主轴后端组配的液压缸,该液压缸的活塞杆通过传动链驱动所述顶杆,且活塞杆上设有固定座;
所述测量机构包括设置在所述固定座上的滑尺和与该滑尺配对配合并固定在磨杆箱机架部分的定尺。
上述测量装置,所述定尺为感应同步器或光栅尺,且在使用状态下该感应同步器或光栅尺输出连接珩磨设备的数控系统。
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作具体的描述,并对所用术语和手段给出具体的解释,本发明的优点较多地体现在以下内容中。
具体实施方式
说明附图1至6为例示的一种深孔珩磨内孔的测量装置的结构示意,但不构成对权利要求的限制,图中采用了简化画法,仅用于清楚表达,不代表真实产品的加工结构。
在示例的描述中选用的术语名称可能包含特定的结构或者特性,但仅用表达于实例的技术条件,不应对本发明请求保护的技术方案构成限定。
依据较佳的示例,附图1和6清楚的示意出测量装置的结构以及装配结构,图中以主轴5为参考,在示例中其轴线方向为水平方向,约束使用状态下工具头的轴线,图中为同一轴线,且为理想状态下的结构形式。显而易见的是,图中采用加以改进的珩磨杆3作为附件或者说辅助工具以定位工具头,但不代表构成对工具头定位的约束,工具头定位主要从工件的探入端进行定位,也就是需要一个拉的主动力,且形成拉的主动力的部分最好配置成刚性结构,因此,可见的是珩磨杆3的使用是本方案的一种较佳实施方式,另配刚性支架也可满足使用要求。同时,对于形成拉的主动力的部分,实质是支撑件,更准确的表述为定位部件,在本发明中定义为刚性的轴向定位部件。
进一步的,工具头1的功能表达需要准确的定位和顶杆的精确驱动,为此,提供轴向定位部件,探入端连接所述工具头1,以把工具头1送入待测深孔,并定位,轴向定位部件的选择具有多样性,但基本点是其为杆性件,以便于把工具头送入深孔并定位。
但需要说明的是,杆性件不能简单的理解为是圆柱形的杆件,各种多边形截面或者异型截面的杆性件同样适用,如异型截面,所形成的型腔可以用于引入动力,驱动所述顶杆14。
关于顶杆14的驱动有两种基本选择,一种是在轴向定位部件连接工具头1的端头设置驱动部分,把输出的位移量可通过电线传给另一端的操作者;另一种基本结构是在轴向定位件内部本身具有较大的安装空间,可以安装传动链,把外部动力引入,在外部测量顶杆14的位移量,可以提高测量的准确性。测量装置本身可不配驱动机构,根据使用的环境进行选配。
参照说明书附图1,直接选用珩磨杆3作为轴向定位部件,那么,由于其固定设置在磨杆箱6上,并被主轴5所驱动,尤其是具有比较高的刚性,满足轴向定位部件的基本选择。另外,珩磨杆的普遍结构式内部中空,方便配置传动链。
进一步地,如果以珩磨杆3为轴向定位部件,可以在珩磨后经过简单的清除磨屑后(可以在工具头前端加一海绵部件,进行磨屑的清除)直接进行测量,如果某些部位不合适,还可以进行再度珩磨,工件进行一次装夹,就可以满足珩磨与测量工序的需要,较之以往测量方法不仅效率高,而且更能保证珩磨的质量。
那么,参见说明书附图1的的工具头1端,工具头1通过螺栓2固定在珩磨杆3上,方便拆卸,然后直接更换珩磨头。不过一种更佳的选择是,珩磨头与工具头组配构成一个新式的工具头,即作为珩磨工具头,又作为测量工具头,较之传统珩磨头仅增加工具头的轴向长度,不会有太大的负面影响。尤其是珩磨时,测量部分不工作,不会影响珩磨的正常进行。
如图2所示,工具头的基本结构是其包括套型的且具有周向均布的至少三个径向侧孔的工具头体8,图3有更清楚的指示,同轴地套装在该工具头体内的芯轴12,导向于所述侧孔且向心端与所述芯轴表面配合构成移动副的至少三个测量部件,以及用于该测量部件复位的复位部件,其中,所述移动副的移动方向与工具头轴线成预定斜角α。
如图1中部和图5所示,珩磨杆3为管状体,那么,驱动顶杆14的典型结构为一杆件,因应珩磨杆空心的结构形式,导向于珩磨杆3内孔。不过如附图4所示,当杆件受到轴向载荷时,如图中的F,由于加工误差以及重力作用,杆件会发生失稳,而产生如附图4中点划线向上的弯曲,当然,也可能会向下或者其他方向弯曲,从而影响测量精度。并且长径比越大,这种失稳的可能就越大,尤其是水平悬伸的杆件,因受重力影响,会产生自然的挠曲,当再受到轴向载荷时,会增加挠曲度。
因此,需要增加对应杆件的刚度,有效方法是提高杆件的抗剪截面系数,增加杆件直径或者合理配置截面结构,比如采用空心杆的结构形式,这势必会增加成本,且自重偏大,转动惯量大大提高,耗能多。
为此,需要针对深孔的特点开发相匹配的方案,以解决长径比比较大的传动链如上述杆件发生挠曲变形而影响测量精度的问题。
参见附图5所示的结构,其中珩磨杆3被分成了多个分段,每个分段端头均设有液密封地导向于分段端部内管的芯堵18及对应设置在分段内管内的用于芯堵复位的弹簧19,分段的两个芯堵间的管内封装有液体,见附图5中由芯堵18和珩磨杆壁配合形成的液压腔,内封液体,利用液体压缩比比较小,且能够传递压力的特点,实现动力的传递,图中,当右端的第一个芯堵受力时,会推动对应的液压腔21内的液体向左运动,依次传递动力到最左端的芯堵18,有最左端的芯堵18驱动所述顶杆14。
首先,液体在机械领域的一般选择是液压油,比重大多都小于1,使得珩磨杆3增加的重量处于可被接受的范围内。分段的珩磨杆3的加工难度大大降低,且关于芯堵18的液密封结构由于是圆柱面结构的密封,且显然依据本示例的测量装置中顶杆所需要的推力并不需要太大,密封级别要求不高,容易配做。同时,轴向长度较小的芯堵产生的挠曲变形被宏观的支撑在珩磨杆3,基于珩磨杆的一般设计,处于可被接受的范围,且芯堵本身的变形对于测量本身是可被接受的。
显见的是,依据上述结构,从根本上克服了传动链容易变形的而影响测量精度的问题。
参见附图2,图中右端为一与所述工具头体8连接的带有内孔的座13,其内孔对顶杆14形成导向,座的图中的右端为连接部,设有径向连接螺纹孔,参见附图1的左端,通过螺栓2把工具头连接在珩磨杆3上。这种连接结构,对应的螺纹孔具有定位孔的作用,能够在轴向定位顶杆14,且拆装方便,便于其他附件,如珩磨头的更换。
参见附图5,图中,每个分段的内孔被分成5个部分,两端的接头20,紧邻的与芯堵18配合的第一部分,然后是两芯堵18之间的液压腔21,第一部分的内径大于液压腔21部分的内径,容易对芯堵进行定位,同时,也方便芯堵复位结构的配置,图中弹簧19被支撑第一部分与液压腔21过渡形成的台阶上。另外,需要说明的是,由于分段的结构配置方式,对应连接形成的接头部含有两个芯堵18,显然,只需要一个复位弹簧19就可以满足所需要的复位,当然,两个都配置也是可选的结构,只是结构复杂。
关于复位,工具头1中的复位部件的配置也有多种形式,一种是采用径向设置的拉簧实现复位,这是一种比较常见的结构;在一个示例是如附图3所示的结构,采用一种周向配置拉簧17实现复位,也会因为拉簧贝拉什而产生回复力。
由于用于测量的工具普遍采用硬度比较高的材质制作,为避免划伤工件表面,必须配置复位部件。
附图3中测量部件为四个,能够比较好的形成自定位,各向载荷能够被很好的均衡,当然,测量部件多必然会提高这种均衡度,但制造难度会越来越大,甚至会影响工具头体的整体刚度。为此,测量部件最好不要超过6个,最好选择3个或者4个。
再见附图3,在工具头体8上还设有支撑条15,均不在工具头体侧面,采用较软的材质制作,比如橡胶,在测量部件复位状态下,径向延伸超过工具头离心端,方便工具头8进退。
同时,支撑条15还可起到预定位的作用。
关于芯轴12,可选择的结构为圆柱形芯轴,设有径向的侧缝,该侧缝底部形成倾斜的表面,而构成所需要的倾斜的移动副,这种结构的移动副三面接触,导向效果好,但制作难度大,所需要的材料也较多。
为此,一种较佳的选择是如附图2所示的结构,采用与所述测量部件配合的部分为锥度结构的芯轴12,利用侧孔的定位和导向,芯轴仅用于驱动。也可以在这种锥度结构的芯轴12上设置侧槽,方便测量部件向心端的定位。
进一步地,锥度结构的芯轴12还包括底面直径与锥度结构大底底面直径相同的圆柱部,有利于芯轴的导向和驱动。
相应的结构为,所述测量部件的向心端为匹配所述锥度芯轴侧面锥度的楔形部,配合形成所需要的运动副。一旦所需要的斜度确定,那么运动转换就变得相对容易,关于斜度的选择,或者说所述预定斜角α的选择,交加的选择是45度,其斜率为1,方便计算,即便是不依赖于数控设备,就可以满足直观的计算。当然,如果与数控系统结合,对该结构要求并不高,当于数控系统结合时,最好选用30度,这种结构的工作状态比较好,顶推芯轴的阻滞会非常小。
参见说明书附图2,一种较佳的选择是,所述测量部件为在径向延伸方向上固装在一起的两个部件,向心侧的为导向于所述径向侧孔的镶条11,离心侧为安装在该镶条上的测条。如前所述,机械上的测量器具多采用如硬质合金制作,成本非常高,本方案中,测条也选用工具钢,为了降低自身的成本,采用分体结构,好钢用到刀刃上。并且如附图2所示的楔条11结构,需要进行的加工比较多,如工具钢这种比较硬的材质的加工难度比较大,并且需要尽可能的减少加工,节省用料。
图2中的测条9为一条材,容易成型,加工量也比较小。
如附图2所示,图中的侧条9的两端形成有两个测头9.1,用于与工件接触,轴向宽度10mm左右,两点定线,这样既保证了在进行内孔测量时的不磨损性,又使径向上测量尺寸的准确性得到保证。
参见说明书附图1,磨杆箱6的主轴通过法兰盘4与珩磨杆3连接,主轴也是空芯轴,恰好能够配合本发明设置传动链和原动部分。
按照一般的解释,主轴输出端为前端,相对端位后端。
图1中,原动部分配置在主轴5端,且原动部分的客体或者座体固定设置,如设置在磨杆箱上或者其他机架部分。
图1中也配有芯堵、液压腔结构,配置方式,参考前述的珩磨杆3内的芯堵和液压腔的配置方式。
更详细的结构表现于如附图6所示的结构中,图中包括两大部分,为安装在磨杆箱7的驱动机构和测量机构,其中,所述驱动机构包括通过与磨杆箱的主轴后端组配的液压缸27,该液压缸的活塞杆28通过传动链驱动所述顶杆14,且活塞杆上设有固定座;
所述测量机构包括设置在所述固定座上的滑尺24和与该滑尺配对配合并固定在磨杆箱机架部分的定尺23。
如前所述,关于传动链,前面已经部分的提及,为了方便滑尺24的安装,主轴后端与液压缸留有一定的距离,对应的活塞杆28,通过一推杆22与后级的传动链部分相连。
因工作状态下,主轴是转动的,因此,滑尺24通过一个固定套25套装在所述推杆或者活塞杆上,套装的固定套25中的固定指的是周向固定,轴向是游动的。图中通过轴承26实现固定套于活塞杆或者推杆的连接,因为要承载轴向载荷,因此,所述轴承26采用推力轴承,也可以采用角接触轴承,不过由于该轴承26承载的径向载荷要远小于轴向载荷,因此,最好选用推力轴承。
图6中的液压缸27为双作用缸,不过关于活塞杆28的复位额外的配置了用于复位的弹簧29。同时,关于所述推杆22,最好也配有用于复位的弹簧。
关于配对使用的定尺23和滑尺24,如果仅用于直观的检读,可以配成游标卡尺的结构形式,定尺23构成主尺,滑尺24构成游尺,只是这种结构仅用于预定斜角α为45度的情形,方便识度。
最佳的结构是采用所述定尺为光栅尺,在使用状态下该光栅尺输出连接珩磨设备的数控系统。光栅尺虽然成本高,但精度远高于游标卡尺,并且能够生成电信号,为数控系统所识度,那么可以根据需要在数控系统定义的X轴(主轴轴向)依次去多个点进行测量,并通过数控系统生成曲线,然后再根据该曲线进行修正加工,可以获得更高的加工效果,且更容易实现自动测量。
依据上述结构,在定尺上配置感应同步器,滑尺24的轴向运动就由感应同步器直接检测出来了。
关于用于测量的定尺,另一种选择是采用感应同步器,感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。根据用途,可将感应同步器分为直线式和旋转式两种,分别用于测量线位移和角位移。本方案中采用直线式感应同步器。
感应同步器工作原理如附图7所示,这种方法,在感应同步器滑尺的cos、sin两个绕组上分别施加频率相同、幅值不同的正弦电压。可以用于检测位移,用于计量设备;也可以用于定位控制,实现内孔局部珩磨。当测量位移时,可使两运动部件在起始点处于平衡状态(θ=φ),而后滑尺随着运动部件移动直至终点。随着滑尺的移动,θ=βx 不断变化,破坏平衡,θ≠φ,U0 ≠0,利用U0控制计数的正、余弦发生器,使φ角跟踪θ角的改变。当滑尺移至终点,且φ角赶上θ角时,系统又恢复平衡。φ角的改变量也就是θ角的大小,从而可知x位移是多少。
感应同步器安装在磨杆箱的后部,液压缸活塞杆或者推杆的前后移动带动感应同步器的滑尺运动,定尺固定在磨杆箱的后部,在数显表上有一个乘法器,可以将数值D/L=0.57735或其它比值进行转换,显示内孔实际尺寸,采用增量坐标显示,用标准检套检测测量头,数显表可清零,从而实现内孔直径的测量。数控深孔珩磨机床进给系统中伺服电机通过减速机减速后,带动链轮,通过链条带动磨杆箱及拖板在直线导轨上作做往复运动;工件固定架采用可调整高度的V型夹具,能非常方便的调整工件中心,适应不同尺寸的工件;磨头拖架安装在滚动直线导套副上,高度可以调整,可以很方便将不同尺寸的珩磨头送入工件内孔。