CN108972149B - 数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置及检测方法，试验装置包括有刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构、切削加工机构、液压站和控制系统，其中刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构和切削加工机构均设在地平铁上，其方法为：第一步：刀状态检查；第二步：启动液压站；第三步：刀架转动；第四步：切削被加工件；第五步：测量刀架的B和C；第六步：用液压油缸对刀架进行加载；第七步：A、B、C值的变化；第八步：测量A、B、C值；第九步：停止试验。有益效果：能实现对切削过程的自动控制，简化了试验步骤，缩短了试验准备时间。

Description

数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种数控刀架试验装置及检测方法，特别涉及一种数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置及检测方法。

背景技术

目前，现代制造业发展势头迅猛，数控车床在航天、船舶、汽车、电器等领域都有着广泛的应用，是机械制造领域里最广泛应用的设备之一。其中数控车床最核心的功能部件就是数控转塔刀架，只有数控转塔刀架的精度能长期稳定不衰退，数控车床的加工质量才能得到保证。刀架回转精度是数控刀架的重要参数，其影响一批零件加工的一致性，在实际生产中对产品质量有巨大的影响。

在衡量数控转塔刀架精度保持性方案的设计上，目前工厂以出厂精度测量为主，很少对数控转塔刀架精度指标随着加工生产的推移而变化的情况进行研究和跟踪调查。我国高校和一些机床厂以往发表的专利对数控转塔刀架的回转精度有一定的研究，能够用球柄仪检测法、激光干涉仪、自准直仪配合正多面棱体等方法来检测数控刀架回转精度，但并没有有效提取出数控刀架回转精度和实际加工生产的关系。

在机械加工精度衰退中，零件精度下降受到的影响因素众多，如何分离出数控刀架对零件加工质量的影响比较困难。然而，目前国内对于数控刀架的回转精度的研究多集中在测量刀架出厂精度指标，对于数控刀架产品随切削过程而产生的精度下降的研究装置和跟踪试验尚不成熟。以往的专利多是提出回转精度的检测方法，并未从实际切削的角度去衡量刀架的精度变化，《双刀架可靠性试验装置及检测双刀架回转精度的方法》(专利号为CN201720364410.3)给出了刀架回转精度的检测方法，但未给出刀架精度变化及工件精度变化之间的关系，专利《数控刀架检测系统及其工作方法》(专利号为CN201410425570)中给出了多面棱体测量数控刀架的方法，但并未设计任何辅助工装保证测量过程中多面棱体的位置不变，因此，对数控转塔刀架提出一套能从工件精度变化方面有效衡量其精度保持性的试验装置就显得十分重要。

发明内容

本发明的目的是为了精确测量数控车床中刀架加工、回转及切削精度而提供的一种数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置及检测方法。

本发明提供的数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置包括有刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构、切削加工机构、液压站和控制系统，其中刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构和切削加工机构均设在地平铁上，刀架加载机构设在移动机构的一侧，刀架加载机构上设置有液压油缸，移动机构上设置有球头车刀模拟杆，球头车刀模拟杆能够在移动机构上进行移动，液压油缸对应球头车刀模拟杆设置，刀架回转精度检测机构与刀架加载机构并列设置，当球头车刀模拟杆移动到移动机构的右端时能够与刀架回转精度检测机构相对应，被加工件精度检测机构装配在刀架加载机构的后端并与球头车刀模拟杆相对应，切削加工机构装配在被加工件精度检测机构的一侧，当球头车刀模拟杆移动到移动机构的前端时能够与切削加工机构上的三爪卡盘相对应，液压站设在地平铁的一侧，液压站与刀架加载机构相连接并为刀架加载机构上的液压油缸提供液压油，刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构、切削加工机构和液压站均与控制系统相连接并由控制系统控制工作。

刀架加载机构是由液压油缸和固定箱组成，液压油缸固连在固定箱顶盖上的导向架上，固定箱底部通过U型槽与地平铁相固连。

移动机构包括有横向导轨和纵向导轨，横向导轨和纵向导轨垂直装配，纵向导轨的凹槽内装配有第一螺杆，横向导轨通过下部的滑块螺接在第一螺杆上，第一螺杆由第一电机驱使转动从而带动横向导轨在纵向导轨上进行纵向移动，横向导轨的一侧装配有第二螺杆，第二螺杆上螺接有底座，底座的顶部设置有刀架，刀架的后端连接有球头车刀模拟杆，球头车刀模拟杆装配有数个，数个球头车刀模拟杆均固定在一转盘上，该转盘上还设置有棱体支撑座，棱体支撑座上设置有压紧螺钉，第二螺杆由第二电机驱使转动从而带动底座、刀架和球头车刀模拟杆沿横向导轨进行滑动，纵向导轨上装配有第一光电编码器，横向导轨上装配有第二光电编码器，第一光电编码器和第二光电编码器均与控制系统相连接并能把采集的信号传输到控制系统内，第一电机和第二电机也与控制系统相连接并由控制系统控制工作。

刀架回转精度检测机构上设置有激光发射器，激光发射器与控制系统相连接并能够把采集的数据传输到控制系统内。

被加工件精度检测机构是由千分表和粗糙度检测仪组成，其中千分表设在测量架的顶端，测量架的底部固定在测量台上，粗糙度检测仪设在测量台上，千分表和粗糙度检测仪与控制系统相连接并能够把采集的数据传输到控制系统内。

切削加工机构是由三爪卡盘、被加工件、主轴箱和放置台组成，其中被加工件固定在三爪卡盘上；三爪卡盘安装在主轴箱上；主轴箱安装在放置台上；放置台固定在地平铁上，放置台是由外壳、第三电机、蜗轮、蜗杆、连接棒和工作台面组成，其中主轴箱安装在工作台面上；工作台面通过连接棒与蜗轮连接，第三电机驱动蜗杆带动蜗轮转动，第三电机安装在外壳上，蜗轮和蜗杆固定在外壳上，外壳安装在地平铁上。

控制系统包括有笔记本电脑和控制柜，控制柜内安装有刀架转位程序、液压缸加载程序、导轨移动程序和切削加工程序，控制柜通过刀架转位程序、液压缸加载程序、导轨移动程序和切削加工程序分别控制刀架、液压油缸、第一电机、第二电机和主轴箱的工作，控制柜通过信号传输线分别与刀架、液压油缸、第一电机、第二电机和主轴箱相连接实现信号传输，激光发射接收程序嵌入笔记本电脑内，笔记本电脑通过USB线与激光发射器相连实现信号传输，圆柱度记录表格、粗糙度记录表格存储在笔记本电脑内，每次测量数据由人工输入进笔记本电脑。

上述的液压油缸、第一电机、第二电机、第一光电编码器、第二光电编码器、激光发射器、千分表、粗糙度检测仪、第三电机和笔记本电脑均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

上述的刀架转位程序、液压缸加载程序、导轨移动程序和切削加工程序均为现有程序，因此，具体内容没有进行赘述。

本发明提供的数控刀架加工精度与回转精度保持性检测方法，其方法如下所述：

第一步：刀架试验台状态检查，包括刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构和切削加工机构的各个装配是否正常，控制系统是否能正常工作，液压站打开后是否有异响；

第二步：启动液压站，刀架进行空转试验，试验20min后无故障发生进行下一步；

第三步：刀架转动，打开激光发生器、笔记本电脑和控制柜，通过棱体支撑座将二十四面棱体安装在刀架上，测量并记录数控刀架的回转精度A；

第四步：卸下棱体支撑座和二十四面棱体，将车刀安装在刀架上，利用切削加工机构切削被加工件；

第五步：用千分表、粗糙度检测仪分别测量刀架的圆柱度和粗糙度值B和C；

第六步：将车刀卸下，同时球头车刀模拟杆安装在刀架上，用液压油缸对刀架进行加载；

第七步：每隔1000h,利用刀架回转精度检测机构和被加工件精度检测机构检测刀架和被加工件的精度变化，即A、B、C值的变化；

第八步：当A、B、C中的某个值变化为第一次测量值的二倍及以上时，每隔400h,测量A、B、C值；

第九步：当刀架和被加工件的精度指标A、B、C值中均变为第一次测量值的三倍及以上时停止试验。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种数控刀架回转精度保持性试验及测试装置，这种试验装置不仅能够精确模拟数控刀架的实际工况切削力，还能够保证被加工件精度衰退只由数控刀架精度衰退引起，排除无关因素，在关键功能部件数控刀架科学研究中有着较大的意义。在这个精度保持性试验及测试装置上提出了切削力作用下实现数控刀架回转精度的检测方法，检测得到的是刀架受载荷后精度的变化规律，得到的检测结果更接近数控刀架在实际生产时其精度变化规律及数控刀架精度保持的时间，因此，得到的结果更有研究价值。并且能够进行真实的切削加工，并且设计了安全隔离装置保证了操作人员的人身安全，具有很强的可操作性和可实现性，既能保证工厂的实际生产加工，又能获得研究的数据，有极好的应用前景。本发明具有自动控制能力，既能实现对数控刀架位置的自动控制，也能实现对切削过程的自动控制，简化了试验步骤，缩短了试验准备时间。

附图说明

图1为本发明所述装置整体结构示意图。

图2为本发明所述装置俯视结构示意图。

图3为本发明所述刀架回转精度检测机构示意图。

图4为本发明所述切削加工机构中放置台结构示意图。

图5为本发明所述控制系统结构框图。

图6为本发明所述检测方法流程图。

1、刀架加载机构 2、移动机构 3、刀架回转精度检测机构

4、被加工件精度检测机构 5、切削加工机构 6、液压站 7、控制系统

8、地平铁 9、液压油缸 10、球头车刀模拟杆 11、三爪卡盘

12、固定箱 13、横向导轨 14、纵向导轨 15、第一螺杆 16、第一电机

17、第二螺杆 18、底座 19、刀架 20、转盘 21、棱体支撑座

22、第二电机 23、第一光电编码器 24、第二光电编码器 25、激光发射器

26、千分表 27、粗糙度检测仪 28、测量架 29、测量台

30、被加工件 31、主轴箱 32、放置台 33、外壳 34、第三电机

35、蜗轮 36、蜗杆 37、连接棒 38、工作台面 39、笔记本电脑

40、控制柜 41、二十四面棱体。

具体实施方式

请参阅图1至图6所示：

本发明提供的数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置包括有刀架加载机构1、移动机构2、刀架回转精度检测机构3、被加工件精度检测机构4、切削加工机构5、液压站6和控制系统7，其中刀架加载机构1、移动机构2、刀架回转精度检测机构3、被加工件精度检测机构4和切削加工机构5均设在地平铁8上，刀架加载机构1设在移动机构2的一侧，刀架加载机构1上设置有液压油缸9，移动机构2上设置有球头车刀模拟杆10，球头车刀模拟杆10能够在移动机构2上进行移动，液压油缸9对应球头车刀模拟杆10设置，刀架回转精度检测机构3与刀架加载机构1并列设置，当球头车刀模拟杆10移动到移动机构2的右端时能够与刀架回转精度检测机构3相对应，被加工件精度检测机构4装配在刀架加载机构1的后端并与球头车刀模拟杆10相对应，切削加工机构5装配在被加工件精度检测机构4的一侧，当球头车刀模拟杆10移动到移动机构2的前端时能够与切削加工机构5上的三爪卡盘11相对应，液压站6设在地平铁8的一侧，液压站6与刀架加载机构1相连接并为刀架加载机构1上的液压油缸9提供液压油，刀架加载机构1、移动机构2、刀架回转精度检测机构3、被加工件精度检测机构4、切削加工机构5和液压站6均与控制系统7相连接并由控制系统7控制工作。

刀架加载机构1是由液压油缸9和固定箱12组成，液压油缸9固连在固定箱12顶盖上的导向架上，固定箱12底部通过U型槽与地平铁8相固连。

移动机构2包括有横向导轨13和纵向导轨14，横向导轨13和纵向导轨14垂直装配，纵向导轨14的凹槽内装配有第一螺杆15，横向导轨13通过下部的滑块螺接在第一螺杆15上，第一螺杆15由第一电机16驱使转动从而带动横向导轨13在纵向导轨14上进行纵向移动，横向导轨13的一侧装配有第二螺杆17，第二螺杆17上螺接有底座18，底座18的顶部设置有刀架19，刀架19的后端连接有球头车刀模拟杆10，球头车刀模拟杆10装配有数个，数个球头车刀模拟杆10均固定在一转盘20上，该转盘20上还设置有棱体支撑座21，棱体支撑座21上设置有压紧螺钉，第二螺杆17由第二电机22驱使转动从而带动底座18、刀架19和球头车刀模拟杆10沿横向导轨13进行滑动，纵向导轨14上装配有第一光电编码器23，横向导轨13上装配有第二光电编码器24，第一光电编码器23和第二光电编码器24均与控制系统7相连接并能把采集的信号传输到控制系统7内，第一电机16和第二电机22也与控制系统7相连接并由控制系统7控制工作。

刀架回转精度检测机构3上设置有激光发射器25，激光发射器25与控制系统7相连接并能够把采集的数据传输到控制系统7内。

被加工件精度检测机构4是由千分表26和粗糙度检测仪27组成，其中千分表26设在测量架28的顶端，测量架28的底部固定在测量台29上，粗糙度检测仪27设在测量台29上，千分表26和粗糙度检测仪27与控制系统7相连接并能够把采集的数据传输到控制系统7内。

切削加工机构5是由三爪卡盘11、被加工件30、主轴箱31和放置台32组成，其中被加工件30固定在三爪卡盘11上；三爪卡盘11安装在主轴箱31上；主轴箱31安装在放置台32上；放置台32固定在地平铁8上，放置台32是由外壳33、第三电机34、蜗轮35、蜗杆36、连接棒37和工作台面38组成，其中主轴箱31安装在工作台面38上；工作台面38通过连接棒37与蜗轮35连接，第三电机34驱动蜗杆36带动蜗轮35转动，第三电机34安装在外壳33上，蜗轮35和蜗杆36固定在外壳33上，外壳33安装在地平铁8上。

控制系统7包括有笔记本电脑39和控制柜40，控制柜40内安装有刀架转位程序、液压缸加载程序、导轨移动程序和切削加工程序，控制柜40通过刀架转位程序、液压缸加载程序、导轨移动程序和切削加工程序分别控制刀架19、液压油缸9、第一电机16、第二电机22和主轴箱31的工作，控制柜40通过信号传输线分别与刀架19、液压油缸9、第一电机16、第二电机22和主轴箱31相连接实现信号传输，激光发射接收程序嵌入笔记本电脑39内，笔记本电脑39通过USB线与激光发射器25相连实现信号传输，圆柱度记录表格、粗糙度记录表格存储在笔记本电脑39内，每次测量数据由人工输入进笔记本电脑。

上述的液压油缸9、第一电机16、第二电机22、第一光电编码器23、第二光电编码器24、激光发射器25、千分表26、粗糙度检测仪27、第三电机34和笔记本电脑39均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

上述的刀架转位程序、液压缸加载程序、导轨移动程序和切削加工程序均为现有程序，因此，具体内容没有进行赘述。

本发明提供的数控刀架加工精度与回转精度保持性检测方法，其方法如下所述：

第一步：刀架试验台状态检查，包括刀架加载机构1、移动机构2、刀架回转精度检测机构3、被加工件精度检测机构4和切削加工机构5的各个装配是否正常，控制系统7是否能正常工作，液压站6打开后是否有异响；

第二步：启动液压站6，刀架19进行空转试验，试验20min后无故障发生进行下一步；

第三步：刀架19转动，打开激光发生器25、笔记本电脑39和控制柜40，通过棱体支撑座21将二十四面棱体41安装在刀架19上，测量并记录数控刀架19的回转精度A；

第四步：卸下棱体支撑座21和二十四面棱体41，将车刀安装在刀架19上，利用切削加工机构5切削被加工件30；

第五步：用千分表26、粗糙度检测仪27分别测量刀架19的圆柱度和粗糙度值B和C；

第六步：将车刀卸下，同时球头车刀模拟杆10安装在刀架19上，用液压油缸9对刀架19进行加载；

第七步：每隔1000h,利用刀架回转精度检测机构3和被加工件精度检测机构4检测刀架19和被加工件30的精度变化，即A、B、C值的变化；

第八步：当A、B、C中的某个值变化为第一次测量值的二倍及以上时，每隔400h,测量A、B、C值；

第九步：当刀架19和被加工件30的精度指标A、B、C值中均变为第一次测量值的三倍及以上时停止试验。

Claims (7)

1.一种数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置，包括有刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构、切削加工机构、液压站和控制系统，其中刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构和切削加工机构均设在地平铁上，刀架加载机构设在移动机构的一侧，刀架加载机构上设置有液压油缸，移动机构上设置有球头车刀模拟杆，球头车刀模拟杆能够在移动机构上移动，液压油缸对应球头车刀模拟杆设置，刀架回转精度检测机构与刀架加载机构并列设置，当球头车刀模拟杆移动到移动机构的右端时能够与刀架回转精度检测机构相对应，被加工件精度检测机构装配在刀架加载机构的后端并与球头车刀模拟杆相对应，切削加工机构装配在被加工件精度检测机构的一侧，当球头车刀模拟杆移动到移动机构的前端时能够与切削加工机构上的三爪卡盘相对应，液压站设在地平铁的一侧，液压站与刀架加载机构相连接并为刀架加载机构上的液压油缸提供液压油，刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构、切削加工机构和液压站均与控制系统相连接并由控制系统控制工作，其特征在于：所述的控制系统包括有笔记本电脑和控制柜，控制柜内安装有刀架转位程序、液压缸加载程序、导轨移动程序和切削加工程序，控制柜通过刀架转位程序、液压缸加载程序、导轨移动程序和切削加工程序分别控制刀架、液压油缸、第一电机、第二电机和主轴箱的工作，控制柜通过信号传输线分别与刀架、液压油缸、第一电机、第二电机和主轴箱相连接实现信号传输，激光发射接收程序嵌入笔记本电脑内，笔记本电脑通过USB线与激光发射器相连实现信号传输，圆柱度记录表格、粗糙度记录表格存储在笔记本电脑内，每次测量数据由人工输入进笔记本电脑。

2.根据权利要求1所述的一种数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置，其特征在于：所述的刀架加载机构是由液压油缸和固定箱组成，液压油缸固连在固定箱顶盖上的导向架上，固定箱底部通过U型槽与地平铁相固连。

3.根据权利要求1所述的一种数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置，其特征在于：所述的移动机构包括有横向导轨和纵向导轨，横向导轨和纵向导轨垂直装配，纵向导轨的凹槽内装配有第一螺杆，横向导轨通过下部的滑块螺接在第一螺杆上，第一螺杆由第一电机驱使转动从而带动横向导轨在纵向导轨上纵向移动，横向导轨的一侧装配有第二螺杆，第二螺杆上螺接有底座，底座的顶部设置有刀架，刀架的后端连接有球头车刀模拟杆，球头车刀模拟杆装配有若干个，若干个球头车刀模拟杆均固定在一转盘上，该转盘上还设置有棱体支撑座，棱体支撑座上设置有压紧螺钉，第二螺杆由第二电机驱使转动从而带动底座、刀架和球头车刀模拟杆沿横向导轨滑动，纵向导轨上装配有第一光电编码器，横向导轨上装配有第二光电编码器，第一光电编码器和第二光电编码器均与控制系统相连接并能把采集的信号传输到控制系统内，第一电机和第二电机也与控制系统相连接并由控制系统控制工作。

4.根据权利要求1所述的一种数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置，其特征在于：所述的刀架回转精度检测机构上设置有激光发射器，激光发射器与控制系统相连接并能够把采集的数据传输到控制系统内。

5.根据权利要求1所述的一种数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置，其特征在于：所述的被加工件精度检测机构是由千分表和粗糙度检测仪组成，其中千分表设在测量架的顶端，测量架的底部固定在测量台上，粗糙度检测仪设在测量台上，千分表和粗糙度检测仪与控制系统相连接并能够把采集的数据传输到控制系统内。

6.根据权利要求1所述的一种数控刀架加工精度与回转精度保持性试验装置，其特征在于：所述的切削加工机构是由三爪卡盘、被加工件、主轴箱和放置台组成，其中被加工件固定在三爪卡盘上；三爪卡盘安装在主轴箱上；主轴箱安装在放置台上；放置台固定在地平铁上，放置台是由外壳、第三电机、蜗轮、蜗杆、连接棒和工作台面组成，其中主轴箱安装在工作台面上；工作台面通过连接棒与蜗轮连接，第三电机驱动蜗杆带动蜗轮转动，第三电机安装在外壳上，蜗轮和蜗杆固定在外壳上，外壳安装在地平铁上。

7.一种数控刀架加工精度与回转精度保持性检测方法，其特征在于：其方法如下所述：

第一步：刀架试验台状态检查，包括刀架加载机构、移动机构、刀架回转精度检测机构、被加工件精度检测机构和切削加工机构的各个装配是否正常，控制系统是否能正常工作，液压站打开后是否有异响；

第二步：启动液压站，刀架进行空转试验，试验20min后无故障发生进行下一步；

第三步：刀架转动，打开激光发生器、笔记本电脑和控制柜，通过棱体支撑座将二十四面棱体安装在刀架上，测量并记录数控刀架的回转精度A；

第四步：卸下棱体支撑座和二十四面棱体，将车刀安装在刀架上，利用切削加工机构切削被加工件；

第五步：用千分表、粗糙度检测仪分别测量刀架的圆柱度和粗糙度值B和C；

第六步：将车刀卸下，同时球头车刀模拟杆安装在刀架上，用液压油缸对刀架进行加载；

第七步：每隔1000h,利用刀架回转精度检测机构和被加工件精度检测机构检测刀架和被加工件的精度变化，即A、B、C值的变化；

第八步：当A、B、C中的某个值变化为第一次测量值的二倍及以上时，每隔400h,测量A、B、C值；

第九步：当刀架和被加工件的精度指标A、B、C值中均变为第一次测量值的三倍及以上时停止试验。

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