CN108426544A - 高效深孔偏斜在线测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
高效深孔偏斜在线测量装置及其测量方法，该装置包括可复位探头组件、对心调整支架组件和可控制移动副；可复位探头组件包括探头圆盘和环状等间隔设置在探头圆盘上的三组超声波探头装置，探头圆盘套设在待加工零件外，三组超声波探头装置与待加工零件的外壁垂直；本发明在深孔刀具端头位置的待加工零件外设置三组超声波探头装置，三组超声波探头装置通过探头圆盘环状等间隔设置，三组超声波探头装置依次测量深孔刀具端头处的成孔信息，设置在探头圆盘上的三组超声波探头装置跟随深孔刀具的进给同步进给，测量下一工位的成孔信息。本发明的高效深孔偏斜在线测量装置可方便的配置在多类深孔钻削机床上，实时在线监测深孔零件的加工状态。
Description
技术领域
本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种高效深孔偏斜在线测量装置及其测量方法。
背景技术
在机械制造业中，深孔加工占据着很大的比重，但深孔加工是在封闭式或半封闭式状态下的加工， 其加工过程不稳定， 因而加工质量也不稳定。在深孔加工质量要素当中，孔轴线的偏斜是检验被加工孔精度最重要的指标之一，也是最不稳定的质量要素。孔轴线偏移是指被加工孔的实际轴线与理论轴线（一般指钻床主轴回转中心线）的偏差，中心线偏移过大会导致加工零件报废，它是检测被加工孔精度的主要指标。且深孔加工的过程复杂，引起孔轴线偏移的因素多样，如刀杆刚性不足、刀具初始偏斜、刀杆的自重、加工方式、刀具几何参数的影响等其他因素，同时由于深孔加工的封闭性、不可见性的特点，使得普通刀具检测方法和仪器无法应用于深孔加工的状态检测，因此也就难以在深孔加工过程中进行有效的监控。
目前技术发展不断革新，企业及军工领域对深孔零件的加工质量要求越来越高，传统的深孔加工方法迫切需要在线质量监测的方法和手段，来改善加工质量，实现高效生产。目前，研究深孔偏斜的高校及企业越来越多，并取得了一定的成就。但大多数停留在理论研究阶段，提出一些纠偏的措施如：日本C.H.Gao从切屑变形和切削力两个因素来研究提出了轴向力和侧向力的经验公式；英国R. Bhatti分析导向块，确定出导向块的安装位置、数量、结构形状对孔轴线的偏斜的影响；清华大学高本河提出的静止外力纠偏法并论证了合适纠偏位置；西安交通大学吴序堂改变钻头的自振激励，有利于断屑，减少偏斜；西安工业大学吴伏家等人提出了将超声波检测技术应用到深孔钻削加工过程中孔直线度的测量上，对深孔钻削加工过程中孔轴线偏斜实现了实时监测。目前国内外也有大量超声波测厚仪在市面出现，但大多数采用逐点测量方式。如日本 A&D 公司、英国声纳检测公司 、德国K.K公司的超声波测厚仪都属于手工个别点间断检测，手工单点检测速度慢、不能对管体全面检测，也达不到在线检测的要求，至此深孔加工行业迫切需要连续、多测位、高精度及高效的深孔加工在线测量装置。
发明内容
本发明目的是提供一种高效深孔偏斜在线测量装置及其测量方法，解决目前深孔偏斜检测装置检测速度慢、不能对管体全面检测，也达不到在线实时检测要求的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种高效深孔偏斜在线测量装置，包括可复位探头组件、对心调整支架组件和可控制移动副；所述可复位探头组件包括探头圆盘和环状等间隔设置在探头圆盘上的三组超声波探头装置，所述探头圆盘套设在待加工零件外，所述三组超声波探头装置与待加工零件的外壁垂直；所述对心调整支架组件设置于探头圆盘下端，所述可控制移动副设置于加工机床端面上，所述对心调整支架与可控制移动副连接；所述可控制移动副可带动可复位探头组件沿深孔刀具的加工进给方向运动，可控制移动副带动可复位探头组件与深孔刀具同步运动，所述三组超声波探头装置通过伸缩机构设置在探头圆盘上并可在探头圆盘上伸缩运动进而和待加工零件的外壁抵接，可进行对待加工零件的测量，同时也能够满足多型号深孔零件的在线实时测量。
进一步的，在所述探头圆盘上环状等间隔开设三个安装孔，在所述安装孔内设置有导向槽，在所述超声波探头装置的侧壁上设置有与所述导向槽配合的导向条， 所述超声波探头装置与安装孔之间设置有牵拉弹簧，超声波探头装置的测量端头设置有缓冲弹簧。
进一步的，所述对心调整支架组件包括肋板和底板，所述肋板上端通过紧定螺钉与探头圆盘连接，肋板下端通过多个调整螺栓与底板连接，所述底板通过带有压缩弹簧的微调螺栓与可控制移动副连接。
进一步的，所述控制移动副包括丝杠支架、丝杠、丝杠滑块和步进电机；所述丝杠设置在丝杠支架上，丝杠支架通过定位孔和定位螺栓与加工机床固定连接，所述丝杠滑块与丝杠螺纹配合，丝杠滑块与所述底板连接；所述丝杠通过步进电机驱动。
进一步的，所述探头圆盘由上圆盘和下圆盘衔合销接而成。
一种高效深孔偏斜在线测量方法，其特征在于：深孔刀具加工深孔时，在深孔刀具端头位置的待加工零件外设置三组超声波探头装置，三组超声波探头装置通过探头圆盘环状等间隔设置，三组超声波探头装置依次测量深孔刀具端头处的成孔信息，设置在探头圆盘上的三组超声波探头装置跟随深孔刀具的进给同步进给，测量下一工位的成孔信息。
本发明的有益效果：
本发明的高效深孔偏斜在线测量装置可方便的配置在多类深孔钻削机床上，实时在线监测深孔零件的加工状态。另外，本发明还将高精度超声波测厚技术与深孔加工相结合，利用超声波测厚的原理来间接测量孔轴线的直线度，可以提高测量精度，保证质量，引导纠偏，减少零件的报废率，具有良好的经济性和实用性。
附图说明
图1为本发明装置设置在加工机床上的示意图；
图2为本发明装置的整体结构示意图；
图3为图2的侧视图；
图4为本发明可复位探头组件和肋板的结构示意图；
图5为图4的侧视图；
图中，1-可复位探头组件，2-对心调整支架组件，3-可控制移动副，4-探头圆盘套，5-超声波探头装置，6-待加工零件，7-加工机床，8-深孔刀具，9-导向条，10-导向槽，11-牵拉弹簧，12-缓冲弹簧，13-肋板，14-底板，15-紧定螺钉，16-调整螺栓，17-压缩弹簧，18-微调螺栓，19-丝杠支架，20-丝杠，21-丝杠滑块，22-定位孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的总思路是：深孔刀具8加工深孔时，在深孔刀具8端头位置的待加工零件6外设置三组超声波探头装置5，三组超声波探头装置5通过探头圆盘4环状等间隔设置，三组超声波探头装置5可依次测量深孔刀具8端头处的成孔信息并及时反馈相关信息，设置在探头圆盘4上的三组超声波探头装置5跟随深孔刀具8的进给同步运动，三组超声波探头装置5实时测量出刀头位置的深孔加工状态，且每完成一次测量迅速复位进入下一工位的检测，并将测量结果在线传输至终端机，通过多次测量分析正加工状态下深孔轴线偏斜量及偏斜方位角有无超出可控范围的趋势并及时采取相关的纠偏措施保证零件的质量。
下面结合附图对本发明进行进一步的说明：
参见图1-图5所示的一种高效深孔偏斜在线测量装置，包括可复位探头组件1、对心调整支架组件2和可控制移动副3；所述可复位探头组件1包括探头圆盘4和环状等间隔设置在探头圆盘上的三组超声波探头装置5，所述探头圆盘套4设在待加工零件6外，所述三组超声波探头装置5与待加工零件6的外壁垂直；所述对心调整支架组件2设置于探头圆盘4下端，所述可控制移动副3设置于加工机床7端面上，所述对心调整支架2与可控制移动副3连接；所述可控制移动副3可带动可复位探头组件1沿深孔刀具8的加工进给方向运动，可控制移动副3带动可复位探头组件1与深孔刀具8同步运动，所述三组超声波探头装置5通过伸缩机构设置在探头圆盘上并可在探头圆盘4上伸缩运动进而和待加工零件6的外壁抵接。
在探头圆盘4上环状等间隔开设三个安装孔，在所述安装孔内设置有导向槽10，在所述超声波探头装置5的侧壁上设置有与所述导向槽10配合的导向条9， 所述超声波探头装置5与安装孔之间设置有牵拉弹簧11，超声波探头装置5的测量端头设置有缓冲弹簧12。
对心调整支架组件2包括肋板13和底板14，所述肋板13上端通过紧定螺钉15与探头圆盘4连接，肋板13下端通过多个调整螺栓16与底板14连接，所述底板14通过带有压缩弹簧17的微调螺栓18与可控制移动副3连接。
可控制移动副3包括丝杠支架19、丝杠20、丝杠滑块21和步进电机；所述丝杠20设置在丝杠支架19上，丝杠支架19通过定位孔22和定位螺栓与加工机床7固定连接，所述丝杠滑块21与丝杠20螺纹配合，丝杠滑块21与所述底板14连接；所述丝杠20通过步进电机驱动。
本实施例中，探头圆盘4由上圆盘和下圆盘拼合销接而成。
可复位探头组件1是本发明的核心部件，它具有导向、测量和复位三项功能。现对其结构设计的要点加以说明：
导向：准确导向是高精度测量的必要前提，设置矩形的导向条9与导向槽10，导向条9与导向槽10的配合可防止超声波探头装置5的转动，避免超声波探头装置5在工件表面的转动磨损。
测量：为保证测量精度，在超声波探头装置5上设计缓冲弹簧12，防止正压力过大影响探头的灵敏度或损坏探头。数据精度可达：0.01mm。
复位：在导向条9的引导下手动给超声波探头装置5施加正压力，超声波探头装置5的端头与待加工零件6的外壁抵触完成测量，然后在牵拉弹簧11的作用下超声波探头装置5迅速复位为下一工位测量做准备，避免了停机测量，提高了加工效率。且这种方式可在加工状态下提前预判出刀头的走向及其偏斜角，可预先采取相应的纠偏手段，达到改善深孔加工质量的目的，是在在线状态下进行操作，节省了调整时间，特别是对于贵重深孔件毛坯，有效降低报废率，减少成本是不言而喻的。
可控制移动副3是本装置重要的辅具，它要同时承担三项重要功能：将本装置固定在加工机床7上；保证加工机床7主轴的回转轴线与可控制移动副3的丝杠20轴线平行；控制整个装置的移动进给量与深孔刀具8的进给量一致，保证深孔加工过程中能够实时测量。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种高效深孔偏斜在线测量装置，其特征在于：包括可复位探头组件（1）、对心调整支架组件（2）和可控制移动副（3）；所述可复位探头组件（1）包括探头圆盘（4）和环状等间隔设置在探头圆盘上的三组超声波探头装置（5），所述探头圆盘套（4）设在待加工零件（6）外，所述三组超声波探头装置（5）与待加工零件（6）的外壁垂直；所述对心调整支架组件（2）设置于探头圆盘（4）下端，所述可控制移动副（3）设置于加工机床（7）端面上，所述对心调整支架（2）与可控制移动副（3）连接；所述可控制移动副（3）可带动可复位探头组件（1）沿深孔刀具（8）的加工进给方向运动，可控制移动副（3）带动可复位探头组件（1）相对深孔刀具（8）同步运动，所述三组超声波探头装置（5）通过可伸缩机构设置在探头圆盘上并可在探头圆盘（4）上伸缩运动进而和待加工零件（6）的外壁抵接。
2.根据权利要求1所述高效深孔偏斜在线测量装置，其特征在于：在所述探头圆盘（4）上环状等间隔开设三个安装孔，在所述安装孔内设置有导向槽（10），在所述超声波探头装置（5）的侧壁上设置有与所述导向槽（10）配合的导向条（9）， 所述超声波探头装置（5）与安装孔之间设置有牵拉弹簧（11），超声波探头装置（5）的测量端头设置有缓冲弹簧（12）。
3.根据权利要求1或2所述高效深孔偏斜在线测量装置，其特征在于：所述对心调整支架组件（2）包括肋板（13）和底板（14），所述肋板（13）上端通过紧定螺栓（15）与探头圆盘（4）连接，肋板（13）下端通过多个调整螺栓（16）与底板（14）连接，所述底板（14）通过带有压缩弹簧（17）的微调螺栓（18）与可控制移动副（3）连接。
4.根据权利要求1或2所述高效深孔偏斜在线测量装置，其特征在于：所述可控制移动副（3）包括丝杠支架（19）、丝杠（20）、丝杠滑块（21）和步进电机；所述丝杠（20）设置在丝杠支架（19）上，丝杠支架（19）通过定位孔（22）和定位螺栓与加工机床（7）固定连接，所述丝杠滑块（21）与丝杠（20）螺纹配合，丝杠滑块（21）与所述底板（14）连接；所述丝杠（20）通过步进电机驱动。
5.根据权利要求1或2所述高效深孔偏斜在线测量装置，其特征在于：所述探头圆盘（4）由上圆盘和下圆盘衔合销接而成。
6.一种高效深孔偏斜在线测量方法，其特征在于：深孔刀具（8）加工深孔时，在深孔刀具（8）端头位置的待加工零件（6）外设置三组超声波探头装置（5），三组超声波探头装置（5）通过探头圆盘（4）环状等间隔设置，三组超声波探头装置（5）依次测量深孔刀具（8）端头处的成孔信息，设置在探头圆盘（4）上的三组超声波探头装置（5）跟随深孔刀具（8）的进给同步运动，测量下一工位的成孔信息。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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