CN105033288B - 一种高精度顶持力可测的柔性顶尖 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高精度顶持力可测的柔性顶尖，包括，尖端，与工件上的顶尖孔配合，顶持待加工的工件；柔性铰链，固定连接尖端，承载尖端的受力而发生变形微位移；尾端，连接柔性铰链，可与机床尾座连接；微位移测量单元，测量柔性铰链的微位移；计算机，与微位移测量单元电连接，接收微位移的数据，计算得出顶尖的顶持力。本发明具有精度高，体积小，结构紧凑等特点，可用于细长、弹性、薄壁结构轴类零件机械加工装夹过程中顶持力的测量与控制，解决了采用现有无弹性顶尖加工细长轴、弹性轴、薄壁结构轴等工件变形，尺寸精度难以保证的问题。

Description

一种高精度顶持力可测的柔性顶尖
技术领域
本发明涉及机加工工具类，特别是用于机床车削、磨削加工回转体零件的一种高精度顶持力可测的柔性顶尖。
背景技术
对于细长、薄壁回转体类工件的车削、磨削加工，一般采用一端夹持，一端顶尖顶持顶尖孔或者两端顶尖顶持顶尖孔的装夹方式，为了防止工件装夹变形，保证工件的加工精度，加工过程中需要对机床顶尖的顶持力进行测量和控制。目前机床顶尖有两种形式：固定顶尖和回转顶尖，在顶持工件的过程中均无法直接显示和调整顶持力的大小，只能凭借工人的经验来确定顶持力的大小，如果顶持力过大，将直接导致工件变形，影响其加工精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：提供一种高精度顶持力可测的柔性顶尖，实现对细长、薄壁轴类工件加工时的顶持力可测，避免顶持力过大导致工件变形的问题。
本发明的技术方案为：
一种高精度顶持力可测的柔性顶尖，包括，尖端，与工件上的顶尖孔配合，顶持待加工的工件；柔性铰链，固定连接尖端，承载尖端的受力而发生变形微位移；尾端，连接柔性铰链，可与机床尾座连接；微位移测量单元，测量柔性铰链的微位移；计算机，与微位移测量单元电连接，接收微位移的数据，计算得出顶尖的顶持力。
进一步地，柔性铰链为四个薄壁梁结构组合。
进一步地，尾端为莫氏锥。
进一步地，微位移测量单元包括电容传感器、电容信号放大系统；电容传感器测量柔性铰链的微位移，并将实时电容信号传递至电容信号放大系统；电容信号放大系统将电容信号转换成输出电压传递给计算机。
进一步地，电容传感器测头通过衬套固定在尾端的内部通孔中，电容传感器测头位于柔性铰链所在位置的正下方。
进一步地，计算机中内置数据采集卡，采集电容信号放大系统的输出电压，并计算机通过测量软件实现数据采集、滤波、计算、显示和存储的功能。
进一步地，柔性铰链的四个薄壁梁结构交叉组合形成十字形，尖端固定在四个薄壁梁结构的交叉点。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供一种顶持力可测的柔性顶尖，具有精度高，体积小，结构紧凑等特点，可用于细长、弹性、薄壁结构轴类零件机械加工装夹过程中顶持力的测量与控制，解决了采用现有无弹性顶尖加工细长轴、弹性轴、薄壁结构轴等工件变形，尺寸精度难以保证的问题。
附图说明
图1为本发明的柔性顶尖结构示意图；
图2为本发明的柔性顶尖中的顶持力测量系统示意图。
附图标记说明：图中，1、尖端，2、柔性铰链，3、尾端，4、通孔，5、衬套，6、电容传感器测头，7、电容信号放大系统，8、计算机。
具体实施方式
本发明的一种顶持力可测的柔性顶尖，主要由柔性顶尖和微位移测量单元组成，柔性顶尖包括尖端、柔性铰链及尾端，尖端与工件顶尖孔配合，柔性铰链为薄壁梁结构，通过敏感尖端传递的顶持力产生微位移。微位移测量单元包括：电容传感器、电容信号放大系统、数据采集卡、上位机软件，其中电容传感器固定在柔性顶尖中的柔性铰链下方，用于测量柔性顶尖中柔性铰链受力时的微位移。
柔性顶尖的尖端、柔性铰链、尾端加工成一个整体，柔性顶尖尾端为莫氏锥，可直接安装在机床尾座上，与尖端的顶尖配合顶持工件。
柔性铰链的微位移通过电容传感器、电容信号放大系统转换为电压输出，通过数据采集卡、上位机软件进行数据采集和处理。采用实验方法确定顶持力大小与输出电压量的对应关系，实现顶持力的精确输出。
下面结合附图实例对本发明内容作进一步的描述。
图1示出本发明的柔性顶尖，包括尖端1、柔性铰链2及尾端3，尖端1为60°锥形，与工件上的顶尖孔配合，柔性铰链2为四个薄壁梁结构组成交叉十字形支撑尖端1，尾端3为莫氏锥，一端连接柔性铰链2，另一端可直接安装在机床尾座上。尾端3内部的通孔4，与衬套5配合固定电容传感器测头6。
电容传感器测头6，其敏感范围是0～100μm，范围内的测量精度为0.01％。电容传感器测头6通过衬套5固定在柔性顶尖尾端3的内部通孔4中，电容传感器测头6位于柔性铰链所在位置的正下方；
电容信号放大系统7采集实时电容变化信号作为输入，通过放大系统运算转换成直流电压输出，输出范围是0～10v，输出信号的线性度为0.05％、稳定度为0.002％；
利用计算机8中内置的数据采集卡，采集电容信号放大系统7的输出电压，其转换精度为16位，并通过测量软件实现数据采集、滤波、计算、显示、存储等功能；
具体工作过程如下：
将电容传感器测头6安装在衬套5中，再穿过柔性顶尖的通孔4，调节电容传感器测头6的位置，使得其测头距离柔性顶尖中央下方在50μm左右。将电容传感器信号线的另一头接入电容信号放大系统7，将放大系统输出通过串口到数据采集卡的输入端。
柔性顶尖工作时，只需将尾端3安装在机床上，尖端1顶持住工件顶尖孔，柔性铰链2受力并发生微小位移，使其到电容传感器测头6之间的间隙变小，电容随之发生变化。该变化的电容信号通过防屏蔽线输入到电容信号放大系统7，经过该系统转换成直流电压输出到数据采集卡。计算机8软件读取数据采集卡的数据，将其通过对应关系转换成压力值，做到实时数据显示，数据处理，数据存储等。

Claims (5)

1.一种高精度顶持力可测的柔性顶尖，其特征在于，包括，
尖端(1)，与工件上的顶尖孔配合，顶持待加工的工件；
柔性铰链(2)，固定连接所述尖端(1)，承载所述尖端(1)的受力而发生变形微位移；
尾端(3)，连接所述柔性铰链(2)，可与机床尾座连接；
微位移测量单元，测量所述柔性铰链(2)的微位移；所述微位移测量单元包括电容传感器、电容信号放大系统(7)，电容传感器测头(6)通过衬套(5)固定在尾端(3)的内部通孔(4)中，位于所述柔性铰链(2)所在位置的正下方，所述电容传感器测量柔性铰链(2)的微位移，并将实时电容信号传递至电容信号放大系统(7)；所述电容信号放大系统将所述电容信号转换成输出电压传递给计算机(8)；
计算机(8)，与微位移测量单元电连接，接收所述微位移的数据，计算得出顶尖的顶持力。
2.根据权利要求1所述的高精度顶持力可测的柔性顶尖，其特征在于，所述柔性铰链(2)为四个薄壁梁结构组合。
3.根据权利要求2所述的高精度顶持力可测的柔性顶尖，其特征在于，所述柔性铰链(2)的四个薄壁梁结构交叉组合形成十字形，所述尖端(1)固定在四个薄壁梁结构的交叉点。
4.根据权利要求1所述的高精度顶持力可测的柔性顶尖，其特征在于，所述尾端(3)为莫氏锥。
5.根据权利要求1所述的高精度顶持力可测的柔性顶尖，其特征在于，所述计算机(8)中内置数据采集卡，采集电容信号放大系统(7)的输出电压，并所述计算机(8)通过测量软件实现数据采集、滤波、计算、显示和存储的功能。
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