CN109115083B - 一种爪式深孔内径测量装置及测量方法 - Google Patents

一种爪式深孔内径测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种爪式深孔内径测量装置及测量方法，装置包括定位夹紧机构、测量显示机构以及用以连接定位夹紧机构与测量显示机构的运动传递机构。由定位夹紧机构实现爪式内径量具与被测工件之间的定位与夹紧；在定位夹紧机构支撑下，运动传递机构带动测量显示机构行至被测工件等直径深孔内径的待测位置；最后由测量显示机构完成对被测工件等直径深孔待测位置的内径测量和显示。本发明的爪式内径量具采用锥面定位、爪式夹紧、自适应测量，操作简单，能够实现一定规格的等直径深孔内径的高效测量。

Description

一种爪式深孔内径测量装置及测量方法
技术领域
本发明公开了一种爪式内径量具，特别涉及一种爪式深孔内径测量装置，属于深孔检测工具技术领域。
背景技术
深孔/超深孔是机械制造领域一个较为困难的加工对象，其孔径精度也是影响产品装接性能的一项重要技术指标。目前，传统的孔内径测量方法主要通过卡尺、卡规在零件加工后进行测量，这类测量方法操作不便，人为影响因素大，而且基于前述测量方法的现役量具也不便实现与被测工件的精确定位，导致量测的精度和效率难以得到很好保证。随着大型、超大型零件广泛用于现代飞机、轮船、大型精密仪器等产品，对孔深与孔径比大于5的深孔或超深孔零件的高效、精准测量工具的需求越来越迫切。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对背景技术中提及的现有深孔测量工具存在定位装接不便、测头标定不便，以及运动传动机构出现悬臂过长等问题。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种爪式深孔内径测量装置，包括定位夹紧机构、测量显示机构以及用以连接定位夹紧机构与测量显示机构的运动传递机构；
所述夹紧机构包括T型定位芯轴，T型定位芯轴粗端端面设有锥形定位面，细端外圆设有螺纹，T型定位芯轴细端外圆上螺纹连接平移螺母，平移螺母外圆上转动地套装有环形圆盘，环形圆盘周向设置有径向滑槽，径向滑槽内滑动设置有径向滑块；T型定位芯轴粗端外圆上设置有多个支撑柱，每根支撑柱距离T型定位芯轴粗端外圆面的安装高度相等，支撑柱上铰接有呈非对称V型的压爪，压爪的尖角与支撑柱铰接，压爪远离被测工件的一端与径向滑块铰接，压爪另一端与被测工件接触；T型定位芯轴中心开设有一个阶梯型通孔，锥形定位面的阶梯型通孔直径较小，锥形定位面的锥角根据待测工件深孔孔口倒角设计；
所述测量显示机构包括套筒，套筒内装有锥形滑块，套筒两端分别装接左端盖和右端盖，套筒中部同一横截面上设有径向通孔，锥形滑块锥型面朝向右端盖，锥型面的锥角为45°，锥形滑块锥型面上沿其母线开有滑槽，滑槽内装有一个测头座，测头座穿过套筒的径向通孔，连接一个测头，测头座与测头之间可调节的距离为1～3mm，且每个测头顶端与锥形滑块中心线的距离相同；左、右端盖中心均开有一个通孔，左端盖的通孔内装有调节螺母，调节螺母与锥形滑块之间装有第一压簧，右端盖与锥形滑块之间装有第二压簧，第一压簧的弹力小于第二压簧的弹力；右端盖上固连有T型空心轴，T型空心轴的粗端面与右端盖上固连，位移传递芯轴通过滑动轴承一同轴安装于T型空心轴内，位移传递芯轴一端穿过右端盖与锥形滑块同轴固连，且第二压簧套设于位移传递芯轴上，位移传递芯轴另一端伸出T型空心轴外；T型空心轴外圆周上设置有支撑环，在支撑环与伸出T型空心轴外的位移传递芯轴端面之间沿位移传递芯轴轴向设置表架，表架上沿位移传递芯轴轴向连接内径百分表，内径百分表的测量头与位移传递芯轴伸出T型空心轴外的端面接触；
所述运动传递机构包括中空丝杆，中空丝杆经过两端轴颈处的滑动轴承二同轴套装在T型空心轴上，中空丝杆一端穿过T型定位芯轴，中空丝杆与T型定位芯轴采用螺纹连接，中空丝杆另一端经过滑动轴承三套接于支撑环中；导向杆一端与支撑环固连，另一端可滑动地穿过T型定位芯轴上的通孔。
优选地，在压爪与被测工件接触的表面上设有防滑垫片。
优选地，方便更换测头，测头座与测头之间采用螺纹连接。
优选地，导向杆的数量为两根，对称地安装在支撑环和T型定位芯轴上。
作为优选实施例，环形圆盘周向设置有四个四等分的径向滑槽，径向滑块具有四个，每个径向滑槽中滑动设置有一个径向滑块；T型定位芯轴粗端外圆上设置有四根支撑柱，压爪具有四个；锥形滑块锥型面上沿其母线方法开有三个三等分的滑槽，套筒中部同一横截面上设有三个三等分的径向通孔。
一种爪式深孔内径测量装置的测量方法：
测量前，首先根据被测工件等直径深孔内径的大小确定合适的测头，将其与测头座相连；借助内径标准环规，移动调节螺母，通过调控第一压簧和第二压簧的弹力，完成该量具的标定工作，记录标定值，调整好内径百分表零位；
测量时，由定位夹紧机构实现爪式深孔内径测量装置与被测工件之间的定位与夹紧；在定位夹紧机构支撑下，旋转中空丝杆驱动运动传递机构带动测量显示机构行至被测工件等直径深孔内径的待测位置，由测量显示机构完成对被测工件等直径深孔待测位置的内径检测和显示，具体实施步骤如下：
a)将定位夹紧机构的T型定位芯轴压置于被测工件深孔端面，移动平移螺母，通过环形圆盘、径向滑块和支撑柱，带动四个压爪夹紧被测工件的外表面，完成爪式深孔内径测量装置与被测工件的定位与夹紧；
b)在定位夹紧机构支撑下，旋转中空丝杆右端，通过滑动轴承二、导向杆、支撑环和滑动轴承三，带动测量显示机构运行至被测工件深孔内径的待测位置；
c)在第一压簧和第二压簧的弹力，以及三个测头受孔壁的作用力的共同作用下，锥形滑块在套筒内会沿轴向产生来回滑动，因锥形滑块锥形面的锥角为45°，锥形滑块沿轴向的位移量即为待测孔径单边半径的变化量，通过位移传递芯轴将锥形滑块沿轴向的位移量反映到内径百分表上，读出数值，结合标定值计算出当前位置的内径尺寸；
d)若需测量同一截面上不同位置处的孔内径，仅需转动T型空心轴连接支撑环的一端，使三个测头在锥形滑块和测头座约束下在当前截面内产生旋转；若需测量不同截面上的深孔内径，仅需转动中空丝杆，使测量显示机构运行至待测的截面上。
本发明的有益效果是：
1、本爪式深孔内径测量装置，采用锥面定位、爪式夹紧，易于实现量具与被测工件的定位与夹紧。
2、本爪式深孔内径测量装置，采用支撑环和导向杆，避免了运动传递机构出现过长的悬臂而影响内径的测量精度。
3、本爪式深孔内径测量装置，利用第一压簧和第二压簧的弹力，以及测头受到孔壁的作用力，来协同控制测头瞬时运动和位置，便于量具测头的标定，有效保证深孔内径的检测精度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的定位夹紧机构模型图；
图3为本发明的测量显示机构剖视图；
图4为本发明的运动传动机构示意图；
图5为本发明的实施案例示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图对具体实施方式做进一步的描述。
如图1所示，一种爪式深孔内径测量装置包括定位夹紧机构1100、测量显示机构1200以及用以连接定位夹紧机构1100与测量显示机构1200的运动传递机构1300。
如图2所示，定位夹紧机构1100包括T型定位芯轴1101、支撑柱1102、压爪1103、径向滑块1104、环形圆盘1105和平移螺母1106；T型定位芯轴1101粗端端面设有锥形定位面，细端外圆设有螺纹，平移螺母1106中心孔与T型定位芯轴1101细端外圆采用螺纹副相连，环形圆盘1105可转动地套装在平移螺母1106外圆上，每根支撑柱1102距离T型定位芯轴1101粗端外圆面的安装高度相等；T型定位芯轴1101中心还设有一个阶梯型通孔，阶梯型通孔直径左小右大，锥形定位面的锥角应根据待测工件2孔口倒角设计；4根支撑柱1102均布在在T型定位芯轴1101粗端外圆上；4个压爪1103呈非对称的V型，压爪1103中部与支撑柱1102采用柱状铰链联接，压爪1103远离被测工件2的一端与径向滑块1104也采用柱状铰链联接，压爪1103另一端与被测工件2接触的表面上设有防滑垫片；径向滑块1104安装在环形圆盘1105周向四等分的径向滑槽内。
如图3所示，测量显示机构1200包括套筒1201、锥形滑块1202、左端盖1203、右端盖1204、调节螺母1205、第一压簧1206、第二压簧1207、位移传递芯轴1210、T型空心轴1211、内径百分表1212和表架1213；套筒1201内装有锥形滑块1202，套筒1201两端分别装接左端盖1203和右端盖1204，套筒1201中部同一横截面上设有一组三等分的径向通孔；左、右端盖1203中心均开有一个通孔，左端盖的通孔内装有调节螺母1205；调节螺母1205与锥形滑块1202之间装有第一压簧1206，右端盖1204与锥形滑块1202之间装有第二压簧1207，第一压簧1206的弹力小于第二压簧1207的弹力；锥形滑块1202锥型面朝向右端盖，锥型面的锥角为45°，锥形滑块1202锥型面上沿其母线方法开有三等分的滑槽，每个滑槽内装有一个测头座1208，测头座1208穿过套筒1201的径向通孔，连接一个测头1209，测头座1208与测头1209之间采用螺纹连接，测头座与测头之间可调节的距离为1～3mm，且每个测头1209顶端与锥形滑块1202中心线的距离相同；位移传递芯轴1210一端与锥形滑块1202同轴固连，位移传递芯轴1210另一端依次穿过右端盖1204、T型空心轴1211，并伸出T型空心轴外，T型空心轴粗端面与右端盖固连；位移传递芯轴1210与右端盖1204和T型空心轴1211之间均设有滑动轴承一1214；T型空心轴外圆周上设置有支撑环1304，在支撑环与伸出T型空心轴外的位移传递芯轴端面之间沿位移传递芯轴轴向设置表架1213，表架上沿位移传递芯轴轴向连接内径百分表1212，内径百分表1212的测量头与位移传递芯轴1210伸出T型空心轴外的端面悬臂接触。
如图4所示，运动传递机构1300包括中空丝杆1301、滑动轴承二1302、导向杆1303、支撑环1304和滑动轴承三1305；中空丝杆1301经过两端轴颈处的滑动轴承二1302同轴套装在T型空心轴1211上，中空丝杆1301一端穿过T型定位芯轴1101，中空丝杆1301与T型定位芯轴1101采用螺纹连接，中空丝杆1301另一端经过滑动轴承三1305套接于支撑环1304中；导向杆1303一端与支撑环1304固连，另一端可滑动地穿过T型定位芯轴1101上的通孔；导向杆1303的数量为两根，对称地安装在支撑环1304和T型定位芯轴1101上。
一种爪式深孔内径测量装置的测量方法：
1)测量前，首先根据被测工件等直径深孔内径的大小确定合适的测头1209，将其与测头座1208相连；借助内径标准环规，移动调节螺母1205，通过调控第一压簧1206和第二压簧1207的弹力，完成该量具的标定工作，记录标定值，调整好内径百分表1212零位；
2)测量时，如图5所示，由定位夹紧机构1100实现爪式深孔内径测量装置1与被测工件2之间的定位与夹紧；在定位夹紧机构1100支撑下，旋转中空丝杆驱动运动传递机构1300带动测量显示机构1200行至被测工件2等直径深孔内径的待测位置，由测量显示机构1200完成对被测工件2等直径深孔待测位置的内径检测和显示，具体实施步骤如下：
a)将定位夹紧机构1100的T型定位芯轴1101压置于被测工件深孔端面，移动平移螺母1106，通过环形圆盘1105、径向滑块1104和支撑柱1102，带动四个压爪1103夹紧被测工件2的外表面，完成爪式深孔内径测量装置1与被测工件2的定位与夹紧；
b)在定位夹紧机构1100支撑下，旋转中空丝杆1301右端，通过滑动轴承二1302、导向杆1303、支撑环1304和滑动轴承三1305，带动测量显示机构1200运行至被测工件2深孔内径的待测位置；
c)在第一压簧1206和第二压簧1207的弹力，以及三个测头1209受孔壁的作用力的共同作用下，锥形滑块1202在套筒1201内会沿轴向产生来回滑动，因锥形滑块1202锥形面的锥角为45°，锥形滑块1202沿轴向的位移量即为待测孔径单边半径的变化量，通过位移传递芯轴1210将锥形滑块1202沿轴向的位移量反映到内径百分表1212上，读出数值，结合标定值计算出当前位置的内径尺寸。
d)若需测量同一截面上不同位置处的孔内径，仅需转动T型空心轴1211连接支撑环的一端，使三个测头1209在锥形滑块1202和测头座1208约束下在当前截面内产生旋转；若需测量不同截面上的深孔内径，仅需转动中空丝杆1301，使测量显示机构1200运行至待测的截面上。
以上所述仅为本发明涉及的爪式深孔内径测量装置的一个较佳实施案例，但本发明的实施范围并不局限于此例。

Claims (5)

1.一种爪式深孔内径测量装置，其特征在于：包括定位夹紧机构、测量显示机构以及用以连接定位夹紧机构与测量显示机构的运动传递机构；
所述定位夹紧机构包括T型定位芯轴，T型定位芯轴粗端端面设有锥形定位面，细端外圆设有螺纹，T型定位芯轴细端外圆上螺纹连接平移螺母，平移螺母外圆上转动地套装有环形圆盘，环形圆盘周向设置有径向滑槽，径向滑槽内滑动设置有径向滑块；T型定位芯轴粗端外圆上设置有多个支撑柱，每根支撑柱距离T型定位芯轴粗端外圆面的安装高度相等，支撑柱上铰接有呈非对称V型的压爪，压爪的尖角与支撑柱铰接，压爪远离被测工件的一端与径向滑块铰接，压爪另一端与被测工件接触；T型定位芯轴中心开设有一个阶梯型通孔，锥形定位面的阶梯型通孔直径较小，锥形定位面的锥角根据被测工件深孔孔口倒角设计；
所述测量显示机构包括套筒，套筒内装有锥形滑块，套筒两端分别装接左端盖和右端盖，套筒中部同一横截面上设有径向通孔，锥形滑块锥型面朝向右端盖，锥型面的锥角为45°，锥形滑块锥型面上沿其母线开有滑槽，滑槽内装有一个测头座，测头座穿过套筒的径向通孔，连接一个测头，测头座与测头之间的调节距离为1～3mm，且每个测头顶端与锥形滑块中心线的距离相同；左、右端盖中心均开有一个通孔，左端盖的通孔内装有调节螺母，调节螺母与锥形滑块之间装有第一压簧，右端盖与锥形滑块之间装有第二压簧，第一压簧的弹力小于第二压簧的弹力；右端盖上固连有T型空心轴，T型空心轴的粗端面与右端盖上固连，位移传递芯轴通过滑动轴承一同轴安装于T型空心轴内，位移传递芯轴一端穿过右端盖与锥形滑块同轴固连，且第二压簧套设于位移传递芯轴上，位移传递芯轴另一端伸出T型空心轴外；T型空心轴外圆周上设置有支撑环，在支撑环与伸出T型空心轴外的位移传递芯轴端面之间沿位移传递芯轴轴向设置表架，表架上沿位移传递芯轴轴向连接内径百分表，内径百分表的测量头与位移传递芯轴伸出T型空心轴外的端面接触，锥形滑块锥型面上沿其母线方向开设有三个三等分的滑槽，套筒中部同一横截面上设有三个三等分的径向通孔；
所述运动传递机构包括中空丝杆，中空丝杆经过两端轴颈处的滑动轴承二同轴套装在T型空心轴上，中空丝杆一端穿过T型定位芯轴，中空丝杆与T型定位芯轴采用螺纹连接，中空丝杆另一端经过滑动轴承三套接于支撑环中；导向杆一端与支撑环固连，另一端滑动地穿过T型定位芯轴上的通孔；
所述爪式深孔内径测量装置的测量方法,包括以下步骤:
1)测量前，首先根据被测工件等直径深孔内径的大小确定合适的测头，将其与测头座相连；借助内径标准环规，移动调节螺母，通过调控第一压簧和第二压簧的弹力，完成所述爪式深孔内径测量装置的标定工作，记录标定值，调整好内径百分表的零位；
2)测量时，由定位夹紧机构实现爪式深孔内径测量装置与被测工件之间的定位与夹紧；在定位夹紧机构支撑下，旋转中空丝杆驱动运动传递机构带动测量显示机构行至被测工件等直径深孔内径的待测位置，由测量显示机构完成对被测工件等直径深孔待测位置的内径检测和显示，具体实施步骤如下：
a)将定位夹紧机构的T型定位芯轴压置于被测工件深孔端面，移动平移螺母，通过环形圆盘、径向滑块和支撑柱，带动四个压爪夹紧被测工件的外表面，完成爪式深孔内径测量装置与被测工件的定位与夹紧；
b)在定位夹紧机构支撑下，旋转中空丝杆右端，通过滑动轴承二、导向杆、支撑环和滑动轴承三，带动测量显示机构运行至被测工件深孔内径的待测位置；
c)在第一压簧和第二压簧的弹力，以及三个测头受孔壁的作用力的共同作用下，锥形滑块在套筒内会沿轴向产生来回滑动，因锥形滑块锥形面的锥角为45°，锥形滑块沿轴向的位移量即为待测孔径单边半径的变化量，通过位移传递芯轴将锥形滑块沿轴向的位移量反映到内径百分表上，读出数值，结合标定值计算出当前位置的内径尺寸；
d)若需测量同一截面上不同位置处的孔内径，仅需转动T型空心轴连接支撑环的一端，使三个测头在锥形滑块和测头座约束下在当前截面内产生旋转；若需测量不同截面上的深孔内径，仅需转动中空丝杆，使测量显示机构运行至待测的截面上。
2.根据权利要求1所述的一种爪式深孔内径测量装置，其特征在于：压爪与被测工件接触的表面设有防滑垫片。
3.根据权利要求1所述的一种爪式深孔内径测量装置，其特征在于：测头座与测头之间采用螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种爪式深孔内径测量装置，其特征在于：导向杆的数量为两根，对称地安装在支撑环和T型定位芯轴上。
5.根据权利要求1所述的一种爪式深孔内径测量装置，其特征在于：环形圆盘周向设置有四个四等分的径向滑槽，径向滑块具有四个，每个径向滑槽中滑动设置有一个径向滑块；T型定位芯轴粗端外圆上设置有四根支撑柱，压爪具有四个。
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