CN109894899A - 适于含能材料加工的自动找正工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适于含能材料加工的自动找正工具,包括刀杆,滚子,千分表,其特征在于:所述刀杆执行末端侧部通过螺纹紧固方式安装有滚子,所述滚子外圈为精密找正操作的执行部件,所述千分表通过螺钉紧定的方式安装于刀杆的执行末端底部,所述千分表的测量顶针与所述滚子的轴承外圈对心接触。适于回转类工件车削装夹定位过程的自动化应用,为PBX材料加工的近场无人化需求提供了可靠的关键技术支撑。本发明具有结构简单、操控方便、成本低廉、能作为机床附件使用等优点,且无需外加动力,避免危险源热、电、力等引入,可有效提升含能材料机械加工的本质化安全水平和自动化单元系统的集成可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及含能材料机械加工技术领域,尤其涉及适于含能材料加工的自动找正工具。
背景技术
高能炸药PBX(Polymer Bonded Explosives,高聚物粘结炸药)是一种综合性能优良的含能材料,作为各类重要战斗部的核心功能部件材料,广泛应用于陆、海、空和二炮各类武器系统之中。随着武器装备系统的快速发展,多种含能材料部件的精密机械加工需求也与日俱增,提高加工过程的自动化水平已经十分迫切。特别是对数量激增的回转体部件加工而言,其在吸附装夹之前的精确找正工序,目前只能通过手工多次敲击来缓慢实现,既依赖经验又存在安全和质量风险。因而,根据含能材料机械加工器具的专门设计规范,开发一款简单易行、精确可靠的自动化找正工具系统对国防军工部门的安全、高效生产有重大的意义。
目前,国内外广泛采用的回转体找正方法主要有隔档定位法、找正杆推顶法、卡盘自定心法、弹性变形定位法等。对于含能材料切削而言,已有找正工具由于受到应用条件、找正精度和临界判据准则等限制,难以满足含能材料自动化操作的特殊需求。公开号为CN204565139U的中国专利公开了一种自定心找正工具,包括:车刀刀杆、找正轮架和找正轮,使用两个找正轮对安装在三爪卡盘上的工件找正,自定心找正工具不依赖操作者的经验,利用目视的方法可快速确定工件的同轴度;公开号为CN203635953U的中国专利公开了一种轴类锻件车削加工快速找正工具,为了解决大件车削找正需要反复转动并敲击工件毛坯多次,劳动强度大,效率低的问题,它包括支撑体、轴承、垫片和轴,通过轴承滚动推顶找正工件;公开号为CN203459693U的中国专利公开了一种车床用工件找正工具,包括本体、导向螺栓、滚动轴承、垫圈及螺母,在所述本体前端安装滚动轴承,使之成为一整体,利用滚动轴承与工件间的外圆或端面接触实现找正;公开号为CN103846462A的中国专利公开了一种车削找正工具,由找正杆、轴承、定位销和定位台组成,在车削轴类零部件时,可利用轴承与零部件接触实现对轴类零部件的找正;公开号为CN202571328U的中国专利公开了外圆找正工具,由支承块、滚轮、销轴及轴用挡圈组成,利用滚轮与部件接触校调的方式实现找正目的。
综合观之,现有技术和发明报道对于解决含能材料自动化加工中的精确找正问题仍存在以下不足:1找正工装设计原理不清,缺乏临界判据准则,难于进行数据采集和分析,不利于自动化实现;2找正杆推顶法及装置集成度不高,仍需打表校对,且受滚子轮廓误差和操作经验限制;3多数发明瞄准本领域应用,缺乏技术拓展性,难于满足含能材料机械加工工具使用要求。因此,立足含能材料成熟加工技术,设计研发一套安全可靠、简易实用、自动精确的找正工具系统对解决生产实际问题十分必要。
发明内容
针对上述的诸多问题,本发明提出了适于含能材料加工的自动找正工具及方法,能有效解决回转类含能部件加工自动化找正的工艺难题,可适用于多种通用数控车床现场,为满足PBX含能材料加工过程无人化要求提供了可靠的关键技术支撑。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
适于含能材料加工的自动找正工具,包括刀杆,滚子,千分表,所述刀杆执行末端侧部通过螺纹紧固方式安装有滚子,所述滚子外圈为精密找正操作的执行部件,所述千分表通过螺钉紧定的方式安装于刀杆的执行末端底部,所述千分表的测量顶针与所述滚子的轴承外圈对心接触,确保滚子外圈偏心量可灵敏测量。
进一步的方案为,所述滚子包括精密滚针轴承和紧固心轴附件,所述滚子的轴承外圈的圆柱度不大于0.003mm,回转误差不大于0.02mm,所述千分表的量程为0至1mm,精度为0.001mm。
本发明另一方面提供上述的适于含能材料加工的自动找正工具的找正方法,将该工具与机床系统配合采用逐步修正方式即可实现对回转部件的快速、精确找正操作。
进一步,具体实施步骤如下:
a选用精密车削机床,安装所述找正工具,并进行滚子的主轴对心调整,以确保工件的最大偏心向量能够映射到滚子的偏心量测量;
b精确测量待找正工件的外径尺寸,达微米量级精度,再清零千分表,根据含能材料加工操作要求,完成工件、吸盘在机床主轴上找正前的所有工艺准备工作;
c启动机床系统,低速回转主轴,同时将该找正工具滚子逐步靠近至工件,完成对刀校准操作;选择已测量的外形面工艺基准,避免干涉,以工艺基准尺寸作为滚子向心进给的最小距离,编制响应的自动缓进找正程序;
d启动找正程序或运用手轮脉动,缓慢推进滚子,直至与工件最大偏心部位的局部接触,时刻关注千分表的示数变化;
e继续执行换进步骤,待千分表示数稳定——度数不变或指针最小偏摆时即可停止进给操作;
f借助机床系统停转主轴,自动撤回执行工具,完成工件找正,吸紧工件后调用切削刀具准备后续加工。
本发明的的适于含能材料加工的自动找正工具的找正方法,所涉及的回转类部件精确找正方法的设计过程如下:若所用数控车床主轴的轴心位置为点O,回转类工件的初步放置到吸盘吸附面上的偏置圆心为点O1,向量即为工件偏心向量,工件找正的目标就是要尽量减小偏心向量的模长;当工件随主轴回转之时,其外圆上的最大偏心向量则为且属于回转动向量;此时,如借助机床进给系统,采用单向缓进的推顶修正方式来逐步补偿工件外圆上的偏心向量使之趋向于零即完成找正操作,但受限于主轴回转、零件圆度等精度,其值将稳定趋向于某一稳定值。
进一步的方案为,缓进的工件找正过程可近似为静态力平衡过程,工件受到外切滚子的推顶作用区域属高副接触,Fn为径向正压力,Ff为滚子与工件之间的摩擦力,Fh为工件所受合力,即实际滚子推力,其方向角α越小越好,如若为零则滚子推力只用来工件找正,不会诱发工件进一步偏心;然而,由公式μ=tanα=Ff/Fn可知,要提高本发明找正工具的使用性能,必须要最大限度减小Ff的值,故而优选滚动减磨的滚子作为工件找正执行末端;此外,滚子的回转半径r越小,越有利于单向接触的有效推顶作用,在受力和精度允许的条件下优选较小r值的滚子。
本发明的有益效果在于:
本发明的适于含能材料加工的自动找正工具,立足含能材料现有成熟机械加工工艺,具有行业标准接口可与目前通用加工设备配合使用,适于回转类工件车削装夹定位过程的自动化应用,为PBX材料加工的近场无人化需求提供了可靠的关键技术支撑。本发明具有结构简单、操控方便、成本低廉、能作为机床附件使用等优点,且无需外加动力,避免危险源热、电、力等引入,可有效提升含能材料机械加工的本质化安全水平和自动化单元系统的集成可靠性。
本发明所选滚子的回转误差并不会造成工件的找正精度降低,因为刚刚发生推顶作用时,回转的工件间断性地反作用会使滚子外圈发生偏移,进而导致归零后的千分表发生示数波动,待工件与滚子时刻相切发生完全推顶作用后,其相互作用力均匀,滚子外圈的偏心量也将固定,千分表示数趋于稳定,最终完成工件的自动找正功能。
本发明创新性地提出单侧推顶滚动减磨设计原理,并利用逐步修正补偿的方法,将精密滚子、千分表与标准刀杆进行集成设计,借助机床系统来实现回转部件的精密、快速找正操作;在原理设计和技术实现两方面对本发明的性能控制给出了有效指导,如误差来源、精度控制、数据收集及判定指标等,具有较好的技术推广价值,这也为促进此类工件的安全、优质和高效加工技术发展提供了新途径。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的适于含能材料加工的自动精确找正工具的三维结构示意图。
图2为本发明的适于含能材料加工的自动精确找正工具的找正方法示意图,示出该工具配合机床系统实现回转体自动找正的方法。
图3为本发明的适于含能材料加工的自动精确找正工具的找正方法设计过程示意图。
如图所示,其中对应的附图标记名称为:
1刀杆,2滚子,3千分表,4工件,5吸盘,6主轴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
如图1-3所示,本发明的适于含能材料加工的自动找正工具,基于滚动减磨原理和逐步修正补偿的方法,将精密滚子、千分表与标准刀杆进行集成设计,借助机床系统实现对回转部件的精密、快速找正功用。本发明公开一种适于含能材料加工的自动精确找正工具,它包括刀杆1,滚子2,千分表3,其特征在于:所述刀杆1满足行业通用设计标准,可自由安装于各类数控车床使用,其执行末端通过螺纹紧固方式安装有精密滚子2,所述滚子2以滚针轴承轴系设计,其外圈即为精密找正操作的执行部件,所述千分表3通过螺钉紧定的方式安装于刀杆1的执行末端,其测量顶针与滚子2的轴承外圈对心接触,确保滚子外圈偏心量可灵敏测量,该工具配合机床系统即可实现回转部件的自动精确找正功能。
为了确保本发明的使用性能和系统可靠性,对其关键功能器件和重要设计参数进行优选,本实施例中,如图1所示,所述滚子2由精密滚针轴承和紧固心轴附件制作而成,其轴承外圈的圆柱度不大于0.003mm,回转误差不大于0.02mm,可优选使用凸轮滚子标准单元,如THK公司CFS-A系列产品;所述千分表3的量程为0至1mm,精度为0.001mm,该装置满足《含能材料机械加工工量器具使用要求》,并进行定期标定和性能检验。
如图2所示,本发明提供一种适于含能材料加工的自动精确找正工具的找正方法,本发明工具配合机床系统采用逐步修正方式即可实现对回转部件的快速、精确找正操作,具体实施步骤如下:a选用精密车削机床,安装所述找正工具,并进行滚子2的主轴对心调整,以确保工件的最大偏心向量能够映射到滚子2的偏心量测量;b精确测量待找正工件的外径尺寸,清零千分表3根据含能材料加工操作要求,完成工件4、吸盘5在机床主轴6上找正前的所有工艺准备工作;c启动机床系统,低速回转主轴,同时将该找正工具滚子2逐步靠近至工件,完成对刀校准操作;选择已测量的外形面工艺基准,避免干涉,以工艺基准尺寸作为滚子向心进给的最小距离,编制相应的自动缓进找正程序;d启动找正程序或运用手轮脉动,缓慢推进滚子2,直至与工件4最大偏心部位的局部接触,时刻关注千分表3的示数变化;e继续执行前述缓进步骤,待千分表3示数稳定——度数不变或指针最小偏摆时即可停止进给操作;f借助机床系统停转主轴,自动撤回执行工具,完成工件找正,吸紧工件后调用切削刀具准备后续加工。
最后,对本发明涉及的回转类部件精确找正方法设计过程进行阐释,如图3所示,假设所用数控车床主轴6的轴心位置为点O,回转类工件4的初步放置到吸盘5吸附面上的偏置圆心为点O1,向量即为工件偏心向量,所谓工件找正的目标就是要尽量减小偏心向量的模长。当工件4随主轴回转之时,其外圆半径为R上的最大偏心向量则为且属于回转动向量。此时,如借助机床进给系统,采用单向缓进的推顶修正方式来逐步补偿工件4外圆上的偏心向量使之趋向于零即完成找正操作,但受限于主轴回转、零件圆度等精度,其值将稳定趋向于某一稳定值。如上所述,缓进修正过程可近似为静态力平衡过程,工件4受到外切滚子2的推顶作用区域属高副接触,其平面受力分析如图3所示,Fn为径向正压力,Ff为滚子与工件之间的摩擦力,Fh为工件所受合力,即实际滚子推力,其方向角α越小越好,如若为零则滚子推力只用来工件找正,不会诱发工件进一步偏心。然而,由公式μ=tanα=Ff/Fn可知,要提高本发明找正工具的使用性能,必须要最大限度减小Ff的值,故而优选滚动减磨的精密滚子2作为工件找正执行末端。此外,滚子2的回转半径r越小,越有利于单向接触的有效推顶作用,在受力和精度允许的条件下优选较小r值的滚子。本发明如此设计的另一优点在于:所选滚子2的回转误差并不会造成工件4的找正精度降低,因为刚刚发生推顶作用时,回转的工件4间断性地反作用会使滚子2外圈发生偏移,进而导致归零后的千分表3发生示数波动,待工件4与滚子2时刻相切发生完全推顶作用后,其相互作用力均匀,滚子2外圈的偏心量也将固定,千分表3示数趋于稳定,最终完成工件4的自动找正功能。
本发明所选滚子的回转误差并不会造成工件的找正精度降低,因为刚刚发生推顶作用时,回转的工件间断性地反作用会使滚子外圈发生偏移,进而导致归零后的千分表发生示数波动,待工件与滚子时刻相切发生完全推顶作用后,其相互作用力均匀,滚子外圈的偏心量也将固定,千分表示数趋于稳定,最终完成工件的自动找正功能。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (6)
1.适于含能材料加工的自动找正工具,包括刀杆,滚子,千分表,其特征在于:所述刀杆执行末端侧部通过螺纹紧固方式安装有滚子,所述滚子外圈为精密找正操作的执行部件,所述千分表通过螺钉紧定的方式安装于刀杆的执行末端底部,所述千分表的测量顶针与所述滚子的轴承外圈对心接触。
2.如权利要求1所述的适于含能材料加工的自动找正工具,其特征在于,所述滚子包括精密滚针轴承和紧固心轴附件,所述滚子的轴承外圈的圆柱度不大于0.003mm,回转误差不大于0.02mm,所述千分表的量程为0至1mm,精度为0.001mm。
3.如权利要求1-2任一项所述的适于含能材料加工的自动找正工具的找正方法,其特征在于,将该工具与机床系统配合采用逐步修正方式即可实现对回转部件的快速、精确找正操作。
4.如权利要求3所述的适于含能材料加工的自动找正工具的找正方法,其特征在于,具体实施步骤如下:
a选用精密车削机床,安装所述找正工具,并进行滚子的主轴对心调整,以确保工件的最大偏心向量能够映射到滚子的偏心量测量;
b精确测量待找正工件的外径尺寸,达微米量级精度,再清零千分表,根据含能材料加工操作要求,完成工件、吸盘在机床主轴上找正前的所有工艺准备工作;
c启动机床系统,低速回转主轴,同时将该找正工具滚子逐步靠近至工件,完成对刀校准操作;选择已测量的外形面工艺基准,避免干涉,以工艺基准尺寸作为滚子向心进给的最小距离,编制响应的自动缓进找正程序;
d启动找正程序或运用手轮脉动,缓慢推进滚子,直至与工件最大偏心部位的局部接触,时刻关注千分表的示数变化;
e继续执行换进步骤,待千分表示数稳定——度数不变或指针最小偏摆时即可停止进给操作;
f借助机床系统停转主轴,自动撤回执行工具,完成工件找正,吸紧工件后调用切削刀具准备后续加工。
5.如权利要求3-4任一项所述的适于含能材料加工的自动找正工具的找正方法,其特征在于,本发明所涉及的回转类部件精确找正方法的设计过程如下:若所用数控车床主轴的轴心位置为点O,回转类工件的初步放置到吸盘吸附面上的偏置圆心为点O1,向量即为工件偏心向量,工件找正的目标就是要尽量减小偏心向量的模长;当工件随主轴回转之时,其外圆上的最大偏心向量则为且属于回转动向量;此时,如借助机床进给系统,采用单向缓进的推顶修正方式来逐步补偿工件外圆上的偏心向量使之趋向于零即完成找正操作,但受限于主轴回转、零件圆度等精度,其值将稳定趋向于某一稳定值。
6.如权利要求5所述的适于含能材料加工的自动找正工具的找正方法,其特征在于,缓进的工件找正过程可近似为静态力平衡过程,工件受到外切滚子的推顶作用区域属高副接触,Fn为径向正压力,Ff为滚子与工件之间的摩擦力,Fh为工件所受合力,即实际滚子推力,其方向角α越小越好,如若为零则滚子推力只用来工件找正,不会诱发工件进一步偏心;然而,由公式μ=tanα=Ff/Fn可知,要提高本发明找正工具的使用性能,必须要最大限度减小Ff的值,故而优选滚动减磨的滚子作为工件找正执行末端;此外,滚子的回转半径r越小,越有利于单向接触的有效推顶作用,在受力和精度允许的条件下优选较小r值的滚子。
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