CN108253919B - 一种丝锥铲背量测量装置及利用该装置进行采样的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及丝锥铲背量测量装置，包括机座、头架、旋转主轴、测量运动平台和位移传感器，头架安装在机座上方一侧，头架内安装有旋转电机，旋转电机的输出端安装有旋转主轴，在机座上方另一侧安装有顶尖，顶尖与旋转主轴同轴，机座上还安装有测量运动平台，位移传感器固定安装在测量运动平台上，旋转主轴固定待测量丝锥的一端，顶尖顶住待测量丝锥的另一端端面中心位置，检测探头的轴线垂直于待测量丝锥的轴线，还公开了利用该装置进行数据采样的方法。本发明的优点在于：通过对丝锥铲背量数据采样及其处理获得了准确的丝锥各项铲背量的值以及铲形图，可以对丝锥生产进行指导，为减少工作时丝锥的切削抗力和平稳起到积极的作用。

Description

一种丝锥铲背量测量装置及利用该装置进行采样的方法

技术领域

本发明涉及丝锥铲背量测量装置及利用该装置进行采样的方法。

背景技术

丝锥是内螺纹加工的重要工具。丝锥的制造精度不仅影响螺纹孔加工的质量和效率，也直接影响到丝锥本身的使用寿命。丝锥工作时，被切削金属层经剪切发生塑性滑移变形，再经丝锥容屑槽卷曲形成切屑，与此同时产生切削力。因此，丝锥的几何形状对其切削力和寿命有着重要的影响，也是各生产商关注的重点。在丝锥几何形状中，其主要的影响参数是丝锥前角和铲背量。铲背量是指大径或中径在刃背靠前刀面处与刃背靠后刀面处测量的直径差值。铲背的目的主要为避免后角对已加工螺纹的过度挤压，减小摩擦引起的抗力。越是粘刀而韧性好的材料，所需丝锥铲背量越大。但若铲背量过大，退刀时又容易产生切屑塞进丝锥后角内的现象。因而丝锥铲背量的大小直接影响加工时丝锥的抗力稳定和均衡，以及丝锥的加工效率和寿命。

传统对于丝锥铲背量的测量，现有的检测手段是用螺纹千分尺或奇数槽比较仪在刃背宽度的两端测出大径（或中径）d和d〞(一端为靠前刃处，另一端为靠后刃处)，并在两测点之间的中点测出d′，则三点值应符合d＞d＇＞d〞。结果是定量有限、定性不全，观察不到铲背量形状的具体情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种丝锥铲背量测量装置及利用该装置进行采样的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：丝锥铲背量测量装置，包括机座、头架、旋转主轴、尾架、测量运动平台和位移传感器，所述头架安装在机座上方一侧，所述头架内安装有旋转电机，所述旋转电机的输出端安装有旋转主轴，在机座上方另一侧安装有尾架，所述尾架内安装有顶尖，所述顶尖与旋转主轴同轴，所述机座上还安装有测量运动平台，所述测量运动平台能够沿X轴和Z轴移动，所述位移传感器安装在测量运动平台上，所述位移传感器的信号输入端与检测探头信号输出端连接，旋转主轴固定待测量丝锥的一端，顶尖顶住待测量丝锥的另一端端面中心孔，所述检测探头的轴线垂直于待测量丝锥的轴线，所述X轴垂直于待测量丝锥的轴线，所述Z轴平行于待测量丝锥的轴线。

进一步地，所述测量运动平台上安装有支座，所述支座上安装有旋转头，所述旋转头能够相对于支座转动90°，所述旋转头上安装有位移传感器，所述检测探头安装在位移传感器上。

进一步地，所述检测探头包括球头探头和尖测头，所述球头探头的轴线与尖测头的轴线相互垂直。

利用所述的丝锥铲背量测量装置进行数据采样的方法，包括以下步骤：

S1、将待测量丝锥的一端固定在旋转主轴上，用顶尖从待测量丝锥的另一端端面顶紧，实现待测量丝锥的固定；

S2、检测大径铲背量：转动旋转头，使得球头探头垂直于待测量丝锥的轴线，测量软件控制旋转主轴转动，待测量丝锥沿C轴旋转，同时测量运动平台带动球头探头沿Z轴按待测量丝锥的导程同步移动，以待测量丝锥的大径牙宽的刃背背面处为起始点，沿待测量丝锥螺旋角走向扫描至前刃处，测得全牙宽上大径的点集P₁{(X，Z，C)}；

S3、检测前、后牙面中径铲背量：转动旋转头，使得尖测头垂直于待测量丝锥的轴线，测量软件根据待测量丝锥参数设置一个固定的X轴位移量，将尖测头落于前牙面或后牙面中径处，转动旋转主轴，待测量丝锥沿C轴旋转，同时测量运动平台带动尖测头沿Z轴按待测量丝锥的导程同步移动，以待测量丝锥中径附近牙宽的刃背背面处为起始点，沿待测量丝锥螺旋角走向扫描至前刃处，测得全牙宽上前牙面或后牙面中径处的点集P₂{(X，Z，C)}；

S4、数据处理：

S41、数据筛选：根据步骤S2获得的点集P₁{(X，Z，C)}，在直角坐标系中画出对应曲线，中间部分为部分牙宽上的数据，两侧为测头沿顶径边缘下滑时测量所得数据，去掉两端无效数据，获得有效的大径铲背量点集P₁ ^＇{(X，Z，C)}，同理，获得有效的牙面中径铲背量点集P₂ ^＇{(X，Z，C)}；

S42、大径铲背量计算：通过最小二乘法对点集P₁ ^＇{(X，Z，C)}的数据进行直线拟合，求得直线至轴心的最大和最小距离R_max、R_min，2倍的两者之差即为大径铲背量△d_大。即：

大径铲背量：△d_大=（R_max- R_min）×2；

S43、牙面中径铲背量计算：通过最小二乘法对点集P₂ ^＇{(X，Z，C)}的数据进行直线拟合，并求得直线到轴心最大和最小距离R_max、R_min，两者之差的两倍即为前牙面或后牙面中径铲背量△d_中。即：

前牙面或后牙面中径铲背量：△d_中=（R_max- R_min）×2；

S5、丝锥铲背量及铲形结果的获取：

重复步骤S4，对所有牙宽的大径铲背量和中径铲背量进行测量，并计算出各牙宽相应铲背量的平均值，并绘制出它们的铲形及其最小二乘法拟合曲线。

本发明具有以下优点：

1、本装置可获得丝锥在大径及中径上的全宽铲形及铲背量，测头分别以丝锥顶径及前、后牙面中径上牙宽的刃背靠后刃处为起始点，沿丝锥螺旋角走向扫描至前刃处。测头扫描过程中传感器密集采集各牙宽上的径向数据，测量软件通过分析采集的传感器数据，绘制各牙宽铲形曲线，并拟合出最小二乘直线，从而计算出各牙宽起始与终止点的差值，即得到铲背量，装置和数据采样方法都较为简单。

2、通过对丝锥铲背量数据采样及其处理获得了准确的丝锥各项铲背量的值以及铲形图，可以对丝锥生产进行指导，为减少工作时丝锥的切削抗力和平稳起到积极的作用。

附图说明

图1为丝锥铲背量测量装置的结构示意图；

图2为本发明大径采样的结构示意图；

图3为本发明大径采样的球头探头与待测量丝锥接触的局部示意图；

图4为本发明中径采样的结构示意图；

图5为本发明中径采样的尖测头与待测量丝锥接触的局部示意图；

图6为所有牙宽的铲背量测量曲线图；

图中：1-机座，2-头架，3-旋转主轴，4-顶尖，5-尾架，6-测量运动平台，7-位移传感器，8-旋转头，9-支架，10-尖测头，11-球头探头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，丝锥铲背量测量装置，包括机座1、头架2、旋转主轴3、尾架5、测量运动平台6和位移传感器7，所述头架2安装在机座1上方一侧，所述头架2内安装有旋转电机，所述旋转电机的输出端安装有旋转主轴3，旋转主轴3能够对待测量丝锥起到夹紧固定作用，跟普通车床上的卡爪相同，可为机械式锁紧或气动锁紧，在此不做赘述，在机座1上方另一侧安装有顶尖4，顶尖4为活顶尖，即顶尖4的顶出部分可以轴向移动，跟普通机床上的顶尖结构相同，所述顶尖4与旋转主轴3同轴，所述机座1上还安装有测量运动平台6，测量运动平台6为二自由度工作台，其结构为机床中常见工作台，在此不再赘述，所述测量运动平台6能够沿X轴和Z轴移动，所述位移传感器7固定安装在测量运动平台6上，所述位移传感器7的信号输入端与检测探头信号输出端连接，旋转主轴3固定待测量丝锥的一端，顶尖4顶住待测量丝锥的另一端端面中心位置，所述检测探头的轴线垂直于待测量丝锥的轴线，所述X轴垂直于待测量丝锥的轴线，所述Z轴平行于待测量丝锥的轴线。

进一步地，所述测量运动平台6上安装有支座9，所述支座9上安装有旋转头8，所述旋转头8能够相对于支座9转动90°，所述旋转头8上安装有位移传感器7，所述检测探头安装在位移传感器7上。

进一步地，如图2所示，所述检测探头包括球头探头11和尖测头10，所述球头探头11的轴线与尖测头10的轴线相互垂直。

利用所述的丝锥铲背量测量装置进行数据采样的方法，包括以下步骤：

S1、将待测量丝锥的一端固定在旋转主轴3上，用顶尖4从待测量丝锥的另一端端面顶紧，实现待测量丝锥的固定；

S2、检测大径铲背量：如图2和图3所示，转动旋转头8，使得球头探头11垂直于待测量丝锥的轴线，测量软件控制旋转主轴3转动，待测量丝锥沿C轴旋转，同时测量运动平台6带动球头探头11沿Z轴按待测量丝锥的导程同步移动，以待测量丝锥的大径牙宽的刃背背面处为起始点，沿待测量丝锥螺旋角走向扫描至前刃处，测得全牙宽的点集P₁{(X，Z，C)}；

S3、检测前、后牙面中径铲背量：如图4和图5所示，转动旋转头8，使得尖测头10垂直于待测量丝锥的轴线，测量软件根据待测量丝锥参数设置一个固定的X轴位移量，将尖测头10落于前牙面或后牙面中径处，转动旋转主轴3，待测量丝锥沿C轴旋转，同时测量运动平台6带动尖测头10沿Z轴按待测量丝锥的导程同步移动，以待测量丝锥中径附近牙宽的刃背背面处为起始点，沿待测量丝锥螺旋角走向扫描至前刃处，测得全牙宽的点集P₂{(X，Z，C)}；

S4、数据处理：

S41、数据筛选：根据步骤S2获得的点集P₁{(X，Z，C)}，在直角坐标系中画出对应曲线，中间部分为牙宽数据，两侧为测头沿顶径边缘下滑时测量所得数据，去掉两端无效数据，获得有效的大径铲背量点集P₁ ^＇{(X，Z，C)}，同理，获得有效的牙面中径铲背量点集P₂ ^＇{(X，Z，C)}；

S42、大径铲背量计算：通过最小二乘法对点集P₁ ^＇{(X，Z，C)}的数据进行直线拟合，求得直线至轴心的最大和最小距离R_max、R_min，2倍的两者之差即为大径铲背量△d_大。即：

大径铲背量：△d_大=（R_max- R_min）×2；

S43、牙面中径铲背量计算：通过最小二乘法对点集P₂ ^＇{(X，Z，C)}的数据进行直线拟合，并求得直线到轴心最大和最小距离R_max、R_min，两者之差的两倍即为前牙面或后牙面中径铲背量△d_中。即：

前牙面或后牙面中径铲背量：△d_中=（R_max- R_min）×2；

S5、丝锥铲背量及铲形结果的获取：

重复步骤S4，对所有牙宽的大径铲背量和中径铲背量进行测量，并计算出各牙宽相应铲背量的平均值，并绘制出它们的铲形及其最小二乘法拟合曲线，参见图6。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.利用丝锥铲背量测量装置进行数据采样的方法，其特征在于：所述丝锥铲背量测量装置包括机座（1）、头架（2）、旋转主轴（3）、尾架（5）、测量运动平台（6）和位移传感器（7），所述头架（2）安装在机座（1）上方一侧，所述头架（2）内安装有旋转电机，所述旋转电机的输出端安装有旋转主轴（3），在机座（1）上方另一侧安装有尾架（5），所述尾架（5）内安装有顶尖（4），所述顶尖（4）与旋转主轴（3）同轴，所述机座（1）上还安装有测量运动平台（6），所述测量运动平台（6）能够沿X轴和Z轴移动，所述位移传感器（7）安装在测量运动平台（6）上，所述位移传感器（7）的信号输入端与检测探头信号输出端连接，旋转主轴（3）固定待测量丝锥的一端，顶尖（4）顶住待测量丝锥的另一端端面中心孔，所述检测探头的轴线垂直于待测量丝锥的轴线，所述X轴垂直于待测量丝锥的轴线，所述Z轴平行于待测量丝锥的轴线；

所述方法包括以下步骤：

S1、将待测量丝锥的一端固定在旋转主轴（3）上，用顶尖（4）从待测量丝锥的另一端端面顶紧，实现待测量丝锥的固定；

S2、检测大径铲背量：转动旋转头（8），使得球头探头（11）垂直于待测量丝锥的轴线，测量软件控制旋转主轴（3）转动，待测量丝锥沿C轴旋转，同时测量运动平台（6）带动球头探头（11）沿Z轴按待测量丝锥的导程同步移动，以待测量丝锥的大径牙宽的刃背背面处为起始点，沿待测量丝锥螺旋角走向扫描至前刃处，测得全牙宽上大径的点集P₁{（X，Z，C）}；

S3、检测前、后牙面中径铲背量：转动旋转头（8），使得尖测头（10）垂直于待测量丝锥的轴线，测量软件根据待测量丝锥参数设置一个固定的X轴位移量，将尖测头（10）落于前牙面或后牙面中径处，转动旋转主轴（3），待测量丝锥沿C轴旋转，同时测量运动平台（6）带动尖测头（10）沿Z轴按待测量丝锥的导程同步移动，以待测量丝锥中径附近牙宽的刃背背面处为起始点，沿待测量丝锥螺旋角走向扫描至前刃处，测得全牙宽上前牙面或后牙面中径处的点集P₂{(X，Z，C)}；

S4、数据处理：

S41、数据筛选：根据步骤S2获得的点集P₁{(X，Z，C)}，在直角坐标系中画出对应曲线，中间部分为部分牙宽上的数据，两侧为测头沿顶径边缘下滑时测量所得数据，去掉两端无效数据，获得有效的大径铲背量点集P₁ ^＇{(X，Z，C)}，同理，获得有效的牙面中径铲背量点集P₂ ^＇{(X，Z，C)}；

S42、大径铲背量计算：通过最小二乘法对点集P₁ ^＇{(X，Z，C)}的数据进行直线拟合，求得直线至轴心的最大和最小距离R_max、R_min，两者之差的2倍即为大径铲背量△d_大，

即：

大径铲背量：△d_大=（R_max- R_min）×2；

S43、牙面中径铲背量计算：通过最小二乘法对点集P₂ ^＇{(X，Z，C)}的数据进行直线拟合，并求得直线到轴心最大和最小距离R_max、R_min，两者之差的两倍即为前牙面或后牙面中径铲背量△d_中，

即：

前牙面或后牙面中径铲背量：△d_中=（R_max- R_min）×2；

S5、丝锥铲背量及铲形结果的获取：

重复步骤S4，对所有牙宽的大径铲背量和中径铲背量进行测量，并计算出各牙宽相应铲背量的平均值，并绘制出它们的铲形及其最小二乘法拟合曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述测量运动平台（6）上安装有支座（9），所述支座（9）上安装有旋转头（8），所述旋转头（8）能够相对于支座（9）转动90°，所述旋转头（8）上安装有位移传感器（7），所述检测探头安装在位移传感器（7）上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述检测探头包括球头探头（11）和尖测头（10），所述球头探头（11）的轴线与尖测头（10）的轴线相互垂直。