CN105345094A - 基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于深孔加工的技术领域，特别涉及一种基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，解决现有深孔加工过程中直线度实时检测难和纠偏难的问题。其包括深孔刀具、刀杆，刀杆上安装有激光定向块、角锥棱镜支座、深孔刀具、和内部有加热装置的金属块，激光发射装置发出的光束经激光定向块定向后，平行于刀杆轴线入射，光束经角锥棱镜后形成返回光束到达光敏传感器；本发明的有益效果：能及时检查深孔刀具的偏斜，利用热胀冷缩原理纠正深孔刀具偏斜，提高所加工深孔的直线度和位置精度。

Description

基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置
技术领域
本发明属于深孔加工技术领域，特别涉及一种“基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置”。
背景技术
所谓深孔，就是孔的长度与孔的直径比大于5的孔，如空心主轴孔和液压阀孔等等。这些孔中，有的要求加工精度和表面质量较高，有的被加工材料的切削加工性较差。在深孔的加工过程中，人员不能直接观察加工部位和刀具切削状况，只能通过听切削时的声音、观看切屑形貌、手摸振动状况与工件温度、观察仪表(油压表和电表)，凭工作经验来判断切削过程是否正常。上述方法都不能测得深孔内部轴线偏差，也即不能实现对深孔零件直线度的全程连续动态检测，很不精准。深孔加工中刀具刚性差，排屑困难，对深孔的直线度有很大影响，深孔轴线容易偏斜。目前，还没有简单实用的深孔加工在线纠偏装置及纠偏前所需的检测技术。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述缺点，解决现有深孔加工过程中难以观察加工部位和刀具状况的问题。本发明适用于工件旋转、深孔刀具进给的深孔加工工程，它利用激光探测原理可以实时检测深孔刀具位置，并根据需要自动调整深孔刀具位置，使其恢复到初始的正确位置。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案实现：一种基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，包括深孔刀具、刀杆，深孔刀具固定于刀杆上，刀杆的一端固定于刀杆支架上，刀杆支架固定于溜板上，溜板放置在机床床身上，其特征在于:刀杆的另一端伸入芯套的孔内，在芯套上套有带锥度的胀套，胀套位于主轴箱主轴的孔内，与孔壁接触，胀套一端与紧固螺母端面接触,紧固螺母与芯套的螺纹部分连接,位于主轴的孔内，当主轴孔为锥孔时，芯套与胀套接触部分为圆锥或圆柱，当主轴孔为圆柱孔时，芯套与胀套接触部分为圆锥，胀套开有槽；距离深孔刀具不远处，刀杆上沿圆周方向均匀安装有数个金属块，每个金属块内部都放有加热装置，金属块顶部安装有耐磨耐热块，金属块及耐磨耐热块形成的径向轮廓尺寸小于工件已加工孔的直径，当加热装置不发热时，金属块不膨胀，其顶部的耐磨耐热块与工件内孔孔壁不接触，当加热装置发热后，金属块受热膨胀，其顶部的耐磨耐热块与工件内孔已加工孔壁接触，金属块位于已加工孔的一侧，在金属块与已加工深孔的端面之间安装有角锥棱镜支座，在角锥棱镜支座上安装有角锥棱镜，对应于角锥棱镜的高度范围内装有激光发射装置和光敏传感器，激光发射装置和光敏传感器安装于外架上，外架固定于机床床身，激光发射装置发出的入射光束由激光定向块定向，经过定向的入射光束平行于刀杆初始轴线，入射光束穿过刀杆与工件的间隙，经过角锥棱镜后形成返回光束，返回光束穿过刀杆与工件的间隙返回，到达光敏传感器，光敏传感器与计算机相连。
上述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于：所述的激光定向块安装于刀杆上，位于角锥棱镜支座与激光发射装置之间，激光定向块上开有两对过光孔，分别为一号过光孔和二号过光孔，激光发射装置发出的入射光束穿过激光定向块的一号过光孔射入，光束通过角锥棱镜后，以平行于入射前的方向，从二号过光孔射出，返回激光光束与刀杆的轴线平行；在调试激光方向时，采用激光定向块，调试完毕后，将激光定向块保留或撤离。
上述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于：所述的深孔刀具为镗刀或铰刀或钻头或珩磨头。
上述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于：所述的所述的耐磨耐热块为硬质合金。
上述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于：所述的加热装置为电阻加热器或者电磁加热器或者红外线加热器。
上述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于：所述的金属块数量为3个或3个以上。
本发明充分利用激光及棱镜的特殊属性工作，在线检测深孔刀具的位置。位于外架上的激光发射装置发射出激光，经过角锥棱镜反射后照射在光敏传感器上，通过光敏传感器上的光斑变化反映深孔刀具或深孔轴线的偏斜程度，由计算机实时显示检测以及纠偏结果。当深孔刀具偏离正确位置时本发明还可纠正深孔刀具的位置，其原理是：当深孔刀具右偏时，位于右侧的加热装置加热，金属块膨胀，金属块顶部的耐磨耐热块与工件内孔孔壁接触，相互作用力使得深孔刀具回到正确的位置；同理，当深孔刀具左偏时，位于左侧的加热装置加热，使深孔刀具回到正确的位置。总之，在本发明中使一个或一个以上的加热装置加热，可实现在不停机的情况下纠正深孔刀具的偏斜。加热温度与所需的纠偏量有关。
当钻头偏离正确位置时，本发明中光敏传感器上光斑变化，A/D转换器会将变化量转化为数字信号，计算机将接收的数字信号进行处理，根据计算机的输出控制信号驱动电源输出一定的直流电压，使位于金属块上的加热装置发热，进而使对应的金属块膨胀，金属块顶部的耐磨耐热块因此与工件已加工的内孔接触。本发明首次提出通过金属块的膨胀纠正深孔刀具的位置，使深孔刀具处于正确的位置。
本发明的有益效果：本发明可保证所加工的深孔有良好的直线度和位置精度。具体效果如下。第一，由于激光发射装置，光敏传感器位于外架上，从而避免了加工过程中产生的高温对激光发射装置和传感器的不良影响。如将激光发射装置或光敏传感器之一置于孔内，受高温的影响，难以达到本发明的检测效果。本发明充分利用了角锥棱镜对激光的平行回射特性，所以能够取得上述效果。第二，通过观察计算机显示的图像，在线检测深孔刀具的位置变化，及时掌握工件旋转、深孔刀具进给深孔加工的工作状态。深孔刀具位置的变化间接反映了孔的质量，所以，本发明可以作为深孔直线度检具使用。第三，发现深孔刀具偏斜后可及时纠正深孔刀具位置偏差。本发明刀杆圆周方向上安装有含加热装置的金属块，金属块顶端安装有耐磨耐热块，加热装置为电阻加热器或者电磁加热器或者红外线加热器，体积小、位移分辨率高、响应快、输出力大，通过加热装置使得及时调整深孔刀具位置变成可能。尤其值得强调的是，本发明通过热胀冷缩的原理纠正深孔刀具偏斜，只需将电线引向电阻等元件，结构非常紧凑。总之，本发明促进了深孔加工纠偏难题的解决。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为本发明刀杆轴向示意图，
图3为激光定向原理图，
图中：1-主轴箱，2-主轴，3-胀套，4-紧固螺母，5-芯套，6-夹持器，7-工件，8-紧固螺钉，9-深孔刀具，10-金属块，11-角锥棱镜支座，12-角锥棱镜，13-刀杆，14-中心架，15-激光发射装置，16-光敏传感器，17-计算机，18-刀杆支架，19-溜板，20-机床床身，21-耐磨耐热块，22-加热装置，23-外架，24-激光定向块，25-一号过光孔，26-二号过光孔。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述，这些具体实施方式是用来说明本发明的，不对本发明做任何限制。
实施方式一：
如图1，图2，图3所示，本发明工件7旋转、深孔刀具9进给。工件7上有底孔，需要镗轴线水平的深孔。
本发明包括深孔刀具9，刀杆13，主轴箱1，主轴2，胀套3，紧固螺母4，芯套5，夹持器6，紧固螺钉8，金属块10，角锥棱镜支座11，角锥棱镜12，中心架14，激光发射装置15，光敏传感器16，计算机17，刀杆支架18，溜板19，机床床身20，耐磨耐热块21，加热装置22，外架23，激光定向块24等。通过工件7旋转，深孔刀具9进给来加工深孔；工件7一端由夹持器6夹紧定位，另一端由中心架14支撑，通过机床动力带动其旋转。
深孔刀具9通过紧固螺钉8固定在刀杆13上，刀杆13的一端固定于刀杆支架18上，刀杆支架18固定于溜板19上，溜板19放置在机床床身20上，刀杆13的另一端伸入芯套5的孔内，在芯套5上套有带锥度的胀套3，胀套3位于主轴箱1主轴2的孔内，与孔壁接触，胀套3一端与紧固螺母4端面接触,紧固螺母4与芯套5的螺纹部分连接,位于主轴2的孔内，当主轴孔为锥孔时，芯套5与胀套3接触部分为圆锥或圆柱，当主轴孔为圆柱孔时，芯套5与胀套3接触部分为圆锥，胀套3轴向开有3条或4条等分的长槽，形成可以向心收缩的夹爪，使胀套3收缩成为可能；距离深孔刀具9不远处，刀杆13上沿圆周方向均匀安装有数个金属块10，每个金属块10内部都放有加热装置22，金属块10顶部安装有耐磨耐热块21，金属块10及耐磨耐热块21形成的径向轮廓尺寸小于工件7已加工孔的直径，当加热装置22不发热时，金属块10不膨胀，其顶部的耐磨耐热块21与工件7内孔孔壁不接触，当加热装置22发热后，金属块10受热膨胀，其顶部的耐磨耐热块21与工件7内孔孔壁接触，金属块10位于已加工孔的一侧，在金属块10与已加工深孔的端面之间安装有角锥棱镜支座11，在角锥棱镜支座11上安装有角锥棱镜12，对应于角锥棱镜12的高度范围内装有激光发射装置15和光敏传感器16，激光发射装置15和光敏传感器16安装于外架23上，即位于工件外部，外架23固定于机床床身20，激光发射装置15发出的入射光束由激光定向块24定向，经过定向的入射光束平行于刀杆13初始轴线，入射光束穿过刀杆13与工件7的间隙，经过角锥棱镜12后形成返回光束，返回光束穿过刀杆13与工件7的间隙返回，到达光敏传感器16，光敏传感器16再将信号传递给计算机17。上述返回光束与最初激光入射光线平行，但方向相反。分析计算机17采集的信息求出深孔直线度。在深孔加工过程中，当深孔刀具9偏离原来正确的位置，光敏传感器16表面的光斑变化，光斑变化信息传输到计算机17，计算机17的输出控制信号驱动电源输出一定的直流电压。
激光定向块有两对过光孔，分别为一号过光孔25、二号过光孔26。调整激光光线，使其穿过激光定向块24的一对一号过光孔25射入，光束通过角锥棱镜12后，以平行于入射前的方向，从另一对二号过光孔26射出，激光光束与刀杆13的轴线平行。
实施方式二，工件7上无底孔，需要加工轴线水平的深孔。这种情况下，本发明无胀套3，紧固螺母4，芯套5，其他同实施方式一。

Claims (6)

1.一种基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，包括深孔刀具、刀杆，深孔刀具固定在刀杆上，刀杆的一端固定于刀杆支架上，刀杆支架固定于溜板上，溜板放置在机床床身上，其特征在于:刀杆的另一端伸入芯套的孔内，在芯套5上套有带锥度的胀套3，胀套位于主轴箱主轴的孔内，与孔壁接触，胀套3一端与紧固螺母端面接触,紧固螺母与芯套的螺纹部分连接,位于主轴的孔内，当主轴孔为锥孔时，芯套与胀套接触部分为圆锥或圆柱，当主轴孔为圆柱孔时，芯套与胀套接触部分为圆锥，胀套开有槽；接近深孔刀具的刀杆上沿圆周方向均匀安装有数个金属块，每个金属块内部都放有加热装置，金属块顶部安装有耐磨耐热块，金属块及耐磨耐热块形成的径向轮廓尺寸小于工件已加工孔的直径，当加热装置不发热时，金属块不膨胀，其顶部的耐磨耐热块与工件内孔孔壁不接触，当加热装置发热后，金属块受热膨胀，其顶部的耐磨耐热块与工件内孔孔壁接触，金属块位于已加工孔的一侧，在金属块与已加工深孔的端面之间安装有角锥棱镜支座，在角锥棱镜支座上安装有角锥棱镜，对应于角锥棱镜的高度范围内装有激光发射装置和光敏传感器，激光发射装置和光敏传感器安装于外架上，外架固定于机床床身，激光发射装置发出的入射光束由激光定向块定向，经过定向的入射光束平行于刀杆初始轴线，入射光束穿过刀杆与工件的间隙，经过角锥棱镜后形成返回光束，返回光束穿过刀杆与工件的间隙返回，到达光敏传感器，光敏传感器与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于所述的激光定向块安装于刀杆上，位于角锥棱镜支座与激光发射装置之间，激光定向块上开有两对过光孔，分别为一号过光孔和二号过光孔，激光发射装置发出的入射光束穿过激光定向块的一号过光孔射入，光束通过角锥棱镜后，以平行于入射前的方向，从二号过光孔射出，返回激光光束与刀杆的轴线平行；在调试激光方向时，采用激光定向块，调试完毕后，将激光定向块保留或撤离。
3.根据权利要求1所述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于所述的深孔刀具为镗刀或铰刀或钻头或珩磨头。
4.根据权利要求1所述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于所述的耐磨耐热块为硬质合金。
5.根据权利要求1所述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于所述的加热装置为电阻加热器或者电磁加热器或者红外线加热器。
6.根据权利要求1所述的基于激光探测原理的深孔加工在线纠偏装置，其特征在于所述的金属块数量为3个或3个以上。
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