CN110774054B - 一种测量钻削刀具磨损的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量钻削刀具磨损的装置，其特征在于，包括横连接板，横连接板的左右两端分别设有弹性结构件及钻头，钻头靠在锥体套筒的内表面上且钻头轴线与锥体套筒一致，锥体套筒内设有测量探头，测量探头与钻头的端部相抵，锥体套筒与浮动轴承一的大径内圈通过过盈配合刚性连接，浮动轴承一的小径内圈设于横连接板端部的开孔内。本发明的另一个技术方案是提供了一种测量钻削刀具磨损的方法，其特征在于，采用上述的装置。通过本发明提供的装置及方法可以对钻削刀具的磨损量进行精确测量，从而确保了可以及时更换过度磨损的钻削刀具，保障了机床能够有始终如一的加工效果。

Description

一种测量钻削刀具磨损的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种可以实时在线测量钻削刀具磨损程度的装置与采用该装置的测量方法。

背景技术

目前对于机床上所使用的钻削刀具的测量都是采用通用显微镜观测的方式。测量时将钻削刀具放置在角柱上，并且刀具轴线与和角柱上表面平行。在这种测量方案中，首先存在钻削主刀刃的对准误差，这种误差在磨损总误差为0.1mm时，会导致测量误差偏离实际值20％之多；另外主刀刃的磨损一般是自由形状表面的，这使得测量十分困难。

发明内容

本发明目的是：提供一种便于测量钻削刀具磨损程度的装置。本发明的另一个目的是提供一种采用上述装置的测量方法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种测量钻削刀具磨损的装置，其特征在于，包括横连接板，横连接板的左右两端分别设有弹性结构件及钻头，钻头靠在锥体套筒的内表面上且钻头轴线与锥体套筒一致，锥体套筒内设有测量探头，测量探头与钻头的端部相抵，锥体套筒与浮动轴承一的大径内圈通过过盈配合刚性连接，浮动轴承一的小径内圈设于横连接板端部的开孔内，弹性结构件产生的作用力通过横连接板及浮动轴承一传递至锥体套筒，使得锥体套筒的内表面始终保持与钻头相接触；

在横连接板端部的开孔内还设有浮动轴承二的小径内圈，浮动轴承二的大径内圈通过过盈配合与托架刚性连接，托架可与机床刀柄相连接，托架上设有箱体，箱体内设有长度计，长度计的测量杆穿过托架、浮动轴承二、横连接板、浮动轴承一后与测量探头相连，通过浮动轴承二及浮动轴承一使得测量杆的轴线与钻头的轴线自适应重合。

优选地，所述弹性结构件包括用于固定在机床上的底座，底座上设有支撑杆，支撑杆的顶端穿过所述横连接板，通过卡箍一将弹簧底座固定在支撑杆上，支撑杆外套有可上下移动的中间套筒，弹簧的下端连接在弹簧底座上，弹簧的上端套在中间套筒外，套筒通过卡箍二套在支撑杆的顶端外，所述横连接板的上表面可与套筒相接触，所述横连接板的下表面与弹簧及中间套筒的顶端相抵。

优选地，所述长度计的顶部设有L型挡板，L型挡板夹持所述长度计的测量杆，且L型挡板紧靠在长度计的顶部与长度计的顶部边缘相贴合，从而确保所述长度计与设于所述箱体内的支座之间的垂直度。

优选地，在所述L型挡板上设有滑动板，滑动板设于固定在所述支座的滑动杆上，滑动杆垂直于所述支座，且滑动板可沿滑动杆滑动。。

优选地，所述浮动轴承一及所述浮动轴承二的结构相同包括轴向滚子浮动轴承，通过轴向滚子浮动轴承的上、下轴承圈的相对倾斜补偿轴承内部的轴线对准误差，并在轴承中间位置实现角度从1°到3°的浮动。

本发明的另一个技术方案是提供了一种测量钻削刀具磨损的方法，其特征在于，采用上述的装置，包括以下步骤：

步骤1、在开始切削前，将上述的装置装配在机床上，并使得钻头伸入锥体套筒内，使得锥体套筒的内表面与钻头相接触，此时钻头接触测量探头，将此时长度计的示数归为0；

步骤2、钻头开始进行切削动作，切削完成后，需要测量钻头的磨损量是进入步骤3；

步骤3、采用与步骤1相同的方法使得钻头伸入锥体套筒内，钻头由于磨损而向锥体套筒内深入了距离x，通过长度计测量得到该距离x后即换算得到钻头的磨损量S。

优选地，所述锥体套筒内表面的开放角度为60°，则所述磨损量S的计算公式为：S＝x/2，式中，x为所述长度计测量得到的距离。

通过本发明提供的装置及方法可以对钻削刀具的磨损量进行精确测量，从而确保了可以及时更换过度磨损的钻削刀具，保障了机床能够有始终如一的加工效果。

附图说明

图1为本发明提供的一种测量钻削刀具磨损的装置的总体结构示意图；

图2为本发明提供的一种测量钻削刀具磨损的装置的局部剖视图

图3为本发明的应用示意图；

图4为钻头磨损测量原理图；

图5为L型挡板对长度计的夹持示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1及图2所示，本发明提供的一种测量钻削刀具磨损的装置包括横连接板23。位于横连接板23左侧的装置结构包括底座14，底座14上设有与底座14一体的支撑杆15。支撑杆15的顶端一直延伸至穿过横连接板23。支撑杆15外套上弹簧19，弹簧19的下端与弹簧底座17连接固定。弹簧底座17通过卡箍一16固定在支撑杆15的下部。通过卡箍一16来调节固定弹簧19与底座14上表面之间的距离。支撑杆15上部外套有可上下移动的中间套筒18。弹簧19的上端套在中间套筒18外，且弹簧19及中间套筒18的顶端与横连接板23的下表面相抵，使得弹簧19被横向连接板23压缩的同时，横向连接板23带动中间套筒18向下移动，从而使得弹簧19压缩的上止点可以通过中间套筒18长度确定，保证弹簧19在测量时不会被过度压缩。在支撑杆15露出横向连接板23的顶端外套有套筒20并设有用于限定套筒20位置的卡箍二21。横向连接板23的上表面可与套筒20相接触，从而通过套筒20和卡箍21来调节弹簧19在支撑杆15上端的位置；以保证横向连接板23在支撑杆15上定位。

结合图2，位于横连接板23右侧的长度计部分包括浮动轴承一3及浮动轴承二4。在横向连接板23的右侧开孔，浮动轴承一3及浮动轴承二4的小径外圈与该开孔过盈配合成为刚性连接。浮动轴承一3的大径内圈与锥体套筒2通过过盈配合实现刚性连接。浮动轴承二4的大径内圈与托架5通过过盈配合实现刚性连接。锥体套筒2的内表面顶角为60°，把钻头1放入锥体套筒2内，使得钻头1与锥体套筒2轴线一致，并且靠在锥体套筒2的内表面上。此时，位于锥体套筒2内的长度计10的测量探头13与钻头1顶端刚好接触。托架5上固定有箱体6，箱体6内安装有长度计10，长度计10的测量杆12穿过托架5、浮动轴承二4、横连接板23、浮动轴承一3后与测量探头13相连。基于光电扫描原理的长度计10(例如海德汉的长度计)可以克服来自外部测量环境的振动和冲击，压力和湿度环境，实现大量程和稳定的测试精度。长度计10通过L型挡板9保证与支座8的垂直装配，实现长度计10轴线与支座8的垂直度保持在合理范围内，不影响测量精确度。L型挡板9中的夹头和拧紧螺丝共同实现对长度计10的夹持。具体结构如图5所示，L型挡板9将长度计10的测量杆12夹持住，从而形成对长度计10的夹持。并且L型挡板9紧靠在长度计10的顶部与长度计10的顶部边缘相贴合，从而利用L型挡板9的直角结构保证长度计10与支座8的垂直装配，实现长度计10轴线与支座8的垂直度保持在合理范围内L型挡板9固定在滑动板9-1上，滑动板9-1又可以沿着固定在支座8上的滑动杆9-2移动，因此并不影响长度计10在测量方向上的往复直线运动，可以保证长度计10通过数据线将测量信号转达到测量评价单元并与微机相连，实现刀具磨损在线测量。

本实施例中，浮动轴承一3及浮动轴承二4的结构相同，包括轴向滚子浮动轴承。轴向滚子浮动轴承可以保证钻头1轴线、锥体套筒2轴线和长度计10轴线保持一致。通过轴向滚子浮动轴承的上、下轴承圈的相对倾斜，不仅可以补偿轴承内部的轴线对准误差，还可以实现在轴承中间位置实现角度从1°到3°的浮动，完全满足-300到1500摄氏度的工作环境下的测量需要。通过锥体套筒2与浮动轴承一3的轴向滚子浮动轴承的轴承圈的过盈配合，实现锥体套筒2与轴向滚子浮动轴承的刚性连接。同时，托架5与浮动轴承二4的轴向滚子浮动轴承的轴承圈的过盈配合连接实现了长度计10与浮动轴承二4的轴向滚子浮动轴承的另一侧轴承圈的刚性连接，从而可以充分发挥轴向滚子浮动轴承的轴向角度的误差补偿，保证长度计10轴线与钻头1轴线的一致性，有利于提高测量钻头磨损的精度。

本发明通过安装在支撑杆15上的弹簧19使得要测量磨损的钻头1可以在进给运动方向与锥体套筒2靠近并且获得补偿。可以设计两种锥体套筒2，一种可以测量较小直径的钻头1，从2.5到8mm；另外一种则可以测量8到40mm直径的钻头。锥体套筒2内表面应该具有良好的硬度值，应该达到60-61HRC，以免钻头1压入锥体套筒2内表面，产生测量误差。通过在支撑杆15上采用弹簧19支撑横向连接板23，并且采用浮动轴承二4，两者结合使长度计10的测量杆12和钻头1的轴线能够自适应重合，提高了测量精度。

如图3所示，整个装置可以通过底座14连接到机床床体上，另一侧的钻头1可以与机床刀柄实现连接，不需要拆卸即可测量磨损量。

结合图4，本发明提供的一种测量钻削刀具磨损的方法包括以下步骤：

步骤1、在开始切削前，将上述的装置装配在机床上，并使得钻头1伸入锥体套筒2内，使得锥体套筒2的内表面与钻头1相接触，此时钻头1接触测量探头13，将此时长度计10的示数归为0；

步骤2、钻头1开始进行切削动作，切削完成后，需要测量钻头1的磨损量是进入步骤3；

步骤3、采用与步骤1相同的方法使得钻头1伸入锥体套筒2内，钻头1由于磨损而向锥体套筒2内深入了距离x，通过长度计10测量得到该距离x后即换算得到钻头1的磨损量S。

钻头1由于磨损在沿锥体套筒轴线比没有磨损时(图4中虚线位置)深入了x的距离，即钻头主刀刃磨损x。在设计锥体套筒时，将锥体套筒2的内表面的开放角度设定为60度，这样通过几何计算，垂直于锥体套筒2内表面的钻头1磨损深度可以计作x/2，使刀具磨损的测量更为精准易行，经过一段时间的钻削加工后，主切削刃磨损量为S，则侧切削刃在垂直于在锥体套筒2侧壁方向上上磨损量由几何关系可以推导得到S＝x/2。

Claims (7)

1.一种测量钻削刀具磨损的装置，其特征在于，包括横向连接板(23)，横向连接板(23)的左右两端分别设有弹性结构件及钻头(1)，钻头(1)靠在锥体套筒(2)的内表面上且钻头(1)轴线与锥体套筒(2)一致，锥体套筒(2)内设有测量探头(13)，测量探头(13)与钻头(1)的端部相抵，锥体套筒(2)与浮动轴承一(3)的大径内圈通过过盈配合刚性连接，浮动轴承一(3)的小径内圈设于横向连接板(23)端部的开孔内，弹性结构件产生的作用力通过横向连接板(23)及浮动轴承一(3)传递至锥体套筒(2)，使得锥体套筒(2)的内表面始终保持与钻头(1)相接触；

在横向连接板(23)端部的开孔内还设有浮动轴承二(4)的小径内圈，浮动轴承二(4)的大径内圈通过过盈配合与托架(5)刚性连接，托架(5)上设有箱体(6)，箱体(6)内设有长度计(10)，长度计(10)的测量杆(12)穿过托架(5)、浮动轴承二(4)、横向连接板(23)、浮动轴承一(3)后与测量探头(13)相连，通过浮动轴承二(4)及浮动轴承一(3)使得测量杆(12)的轴线与钻头(1)的轴线自适应重合。

2.如权利要求1所述的一种测量钻削刀具磨损的装置，其特征在于，所述弹性结构件包括用于固定在机床上的底座(14)，底座(14)上设有支撑杆(15)，支撑杆(15)的顶端穿过所述横向连接板(23)，通过卡箍一(16)将弹簧底座(17)固定在支撑杆(15)上，支撑杆(15)外套有可上下移动的中间套筒(18)，弹簧(19)的下端连接在弹簧底座(17)上，弹簧(19)的上端套在中间套筒(18)外，套筒(20)通过卡箍二(21)套在支撑杆(15)的顶端外，所述横向连接板(23)的上表面可与套筒(20)相接触，所述横向连接板(23)的下表面与弹簧(19)及中间套筒(18)的顶端相抵。

3.如权利要求1所述的一种测量钻削刀具磨损的装置，其特征在于，所述长度计(10)的顶部设有L型挡板(9)，L型挡板(9)夹持所述长度计(10)的测量杆(12)，且L型挡板(9)紧靠在长度计(10)的顶部与长度计(10)的顶部边缘相贴合，从而确保所述长度计(10)与设于所述箱体(6)内的支座(8)之间的垂直度。

4.如权利要求3所述的一种测量钻削刀具磨损的装置，其特征在于，在所述L型挡板(9)上设有滑动板(9-1)，滑动板(9-1)设于固定在所述支座(8)的滑动杆(9-2)上，滑动杆(9-2)垂直于所述支座(8)，且滑动板(9-1)可沿滑动杆(9-2)滑动。

5.如权利要求1所述的一种测量钻削刀具磨损的装置，其特征在于，所述浮动轴承一(3)及所述浮动轴承二(4)的结构相同包括轴向滚子浮动轴承，通过轴向滚子浮动轴承的上、下轴承圈的相对倾斜补偿轴承内部的轴线对准误差，并在轴承中间位置实现角度从1°到3°的浮动。

6.一种测量钻削刀具磨损的方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的装置，包括以下步骤：

步骤1、在开始切削前，将权利要求1所述的装置装配在机床上，并使得钻头(1)伸入锥体套筒(2)内，使得锥体套筒(2)的内表面与钻头(1)相接触，此时钻头(1)接触测量探头(13)，将此时长度计(10)的示数归为0；

步骤2、钻头(1)开始进行切削动作，切削完成后，需要测量钻头(1)的磨损量则进入步骤3；

步骤3、采用与步骤1相同的方法使得钻头(1)伸入锥体套筒(2)内，钻头(1)由于磨损而向锥体套筒(2)内深入了距离x，通过长度计(10)测量得到该距离x后即换算得到钻头(1)的磨损量S。

7.如权利要求6所述的一种测量钻削刀具磨损的方法，其特征在于，所述锥体套筒(2)内表面的开放角度为60°，则所述磨损量S的计算公式为：S＝x/2，式中，x为所述长度计(10)测量得到的距离。

Images