CN111872744A - 一种用于测量轴加工的测头、系统及方法 - Google Patents

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龙培莉
高晓辉
肖清彬
高泽明
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Abstract

本发明公开了一种用于测量轴加工的测头、系统及方法，包括车床，车床包括垂直上下运动的主轴，所述主轴上设置有测头升降装置，所述测头升降装置上连接有测头。所述测头包括外壳，所述外壳的一端设置有连接头，连接头与测头升降装置可拆卸连接，所述外壳的另一端设置有磁性探针座。通过设置本装置，能在每道走刀完成的加工后，进行实时检测，实现尺寸的快速测量和反馈，并动态调整下一次的给进尺寸；并能消除因温差带来的工件精度变化，并能解决生产设备因温度变化带来的加工精度误差；能大大提高加工过程的品控能力，减小系统性误差。

Description

一种用于测量轴加工的测头、系统及方法
技术领域
本发明涉及一种测量装置，特别是涉及一种用于测量轴加工的测头、系统及方法。
背景技术
机械加工过程中,工艺系统受切削热、摩擦热等内部热源的影响,同时与外部环境进行着热量交换。特别是精密加工,外部环境温度成为影响加工精度的重要因素。切削过程会产生大量热,而切削热会给金属切削加工带来许多不利影响。切削温度的升高,一方面降低了切削区的工件材料强度还有硬度；还会使一些耐热性好、脆性大的刀具材料的韧性有所改善。然而,温度的升高还会加速刀具的磨损,导致工件和机床产生热变形,继而影响零件的加工精度。
特别是在高纬度地区设立的加工厂，由于昼夜温差过大，导致同一批的裁量在相同的机器上加工出来的精度波动较大，无法满足需求。传统的处理方法是，通过统计学的方法测量出不同气温下加工出来的产品尺寸，然后通过测得的数据进行补偿，调整加工尺寸数字的输入，使得温度的变化对产品质量的影响减小。但这样存在预估的问题，温度变化不仅仅会导致原料的变化，对整个生产环境，生产工具都会有较大的影响，这样存在精度无法控制，品控管理复杂的问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于测量轴加工的测头、系统及方法，解决了轴加工品控不稳定的问题，解决了轴加工过程中因温差变化导致加工尺寸变化过大的问题，解决了设备连续生产的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于测量轴加工的测头，包括车床，车床包括垂直上下运动的主轴，所述主轴上设置有测头升降装置，所述测头升降装置上连接有测头。通过设置测头，能在需要时自动检测轴的尺寸并，修正加工精度。通过设置测头升降装置，在不需要测量时撤回测量头，防止加工时的碎屑损伤测量头。
进一步地，本发明还公开了一种用于测量轴加工的测头的优选解结构，所述测头包括外壳，所述外壳的一端设置有连接头，连接头与测头升降装置可拆卸连接，所述外壳的另一端设置有磁性探针座。磁性探针座的安装精度高，且安装拆卸方便。
进一步地，所述磁性探针座上可拆卸连接有探针，所述连接头上开有用于定位和固定的锁定孔。探针采用刚性的金属棒制成，所述探针的顶端设置有红宝石探头，所述探针底座采用软铁制成。
进一步地，所述测头升降装置包括线性驱动机构，所述线性驱动机构的活动端与连接头可拆卸连接，所述测头升降装置上设置有线性驱动机构位移测量装置。线性驱动机构用于驱动测头运动。线性驱动机构位移测量装置用于测量位移。
一种用于测量轴加工的测头的测量系统，包括中央处理单元，所述中央处理单元通过通信串口与车床的中控系统信号相连；所述线性驱动机构位移测量装置通过通信电路与中央处理单元信号相连。
进一步地，所述测头包括通信模块和开关触发模块，所述通信模块通过通信通道与中央处理单元信号相连；所述开关触发模块通过电缆与通信模块电连接；所述通信模块设置于外壳内，所述开关触发模块设置于磁性探针座内。
进一步地，所述开关触发模块包括若干不同位移的微动触发开关，当探针接触到物体时微动触发开关触发并发出电信号给通信模块；所述微动触发开关包括0.0001mm，0.0004mm，0.0006mm，0.0008mm，0.001mm行程的触发开关。
一种基于权利要求7所述的一种用于测量轴加工的测量系统的测量方法，包括以下步骤：
1.加工完预设工序后，刀具脱离加工轴，测头升降装置的线性驱动机构运动并驱动测头向加工轴运动；
2.所述线性驱动机构位移测量装置实时测量线性驱动机构的运动位移并将位移信息发送给中央处理单元；
3.所述中央处理单元将收到的位移信息通过通信串口传输给车床的中控系统；
4.中控系统根据接受到的数据和主轴的位置计算出测头的移动距离；
5.当探针接触到加工轴时，且0.0001mm的微动开关被触发时，0.0001mm的微动开关发送信号给通信模块，通信模块将信号发送给中央处理单元，中央处理单元控制线性驱动机构停止运动，并将信息发送给中控系统；
6.中控系统根据中央处理单元发送过来的数据进行补偿修正，并计算出轴的尺寸，然后中控系统控制主轴或加工轴沿着加工的方向运动；
7.探针沿着加工轴运动，探针的运动距离触发不同的微动开关，微动开关将信息发送给通信模块，通信模块将信号发送给中央处理单元；
8.当探针脱离加工轴时，重复步骤1-4，直到0.0001mm的微动开关被触发；
9.当探针接触到加工轴，且0.001mm的微动开关被触发时，测头升降装置的线性驱动机构运动并驱动测头脱离加工轴方向运动。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.通过设置本装置，能在每道走刀完成的加工后，进行实时检测，实现尺寸的快速测量和反馈，并动态调整下一次的给进尺寸；
2.通过设置本装置，能消除因温差带来的工件精度变化，并能解决生产设备因温度变化带来的加工精度误差。
3.通过设置本装置，能大大提高加工过程的品控能力，减小系统性误差。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明测头结构示意图；
图中标记：1是车床，2是主轴，3是三抓卡盘，4是刀具，5是测头升降装置，6是测头，7是加工轴，8是顶锥，9是连接头，10是锁定孔，11是外壳，12是探针，13是磁性探针座，14是电源盒。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1和图2所示，本发明公开了一种用于测量轴加工的测头的优选实施方式，包括车床1，车床1包括垂直上下运动的主轴2，车床1包括水平设置有三抓卡盘3和顶锥8，三抓卡盘3的轴心和顶锥8的轴线在同一直线上，三抓卡盘3和顶锥8之间用于安装有加工轴7。
所述主轴2上设置有测头升降装置5，所述测头升降装置5上连接有测头6。所述通过设置测头6，能在需要时自动检测轴的尺寸并，修正加工精度。通过设置测头升降装置5，在不需要测量时撤回测量头，防止加工时的碎屑损伤测量头。所述测头6包括外壳11，所述外壳11的一端设置有连接头9，连接头9与测头升降装置5可拆卸连接，所述外壳11的另一端设置有磁性探针座13。磁性探针座13的安装精度高，且安装拆卸方便。
优选地，本发明还公开了一种用于测量轴加工的测头的优选实施方式，所述测头升降装置5包括线性驱动机构，所述线性驱动机构的活动端与连接头9可拆卸连接，所述测头升降装置5上设置有线性驱动机构位移测量装置。线性驱动机构用于驱动测头6运动。线性驱动机构位移测量装置用于测量位移。
所述磁性探针座13上可拆卸连接有探针12，所述连接头9上开有用于定位和固定的锁定孔10。探针12包括底座，杆部和头部，所述杆部采用刚性的金属棒制成，所述探针12的头部设置有红宝石探头，所述探针12底座采用软铁制成。
具体使用时，将测头升降装置5安装在主轴2上。
具体运行过程，测头升降装置5驱动测头6运动，直到探针12的头部接触到加工轴7，车床1控制探针12沿着加工轴7运动，线性驱动机构位移测量装置实时记录探针12的位置，并将信息发送给车床1。
通过设置本装置，能在每道走刀完成的加工后，进行实时检测，实现尺寸的快速测量和反馈，并动态调整下一次的给进尺寸；并能消除因温差带来的工件精度变化，并能解决生产设备因温度变化带来的加工精度误差；能大大提高加工过程的品控能力，减小系统性误差。
实施例2：
在实施例1的基础上，本发明还公开了一种用于测量轴加工的测头的测量系统，包括中央处理单元，所述中央处理单元通过通信串口与车床1的中控系统信号相连；所述线性驱动机构位移测量装置通过通信电路与中央处理单元信号相连。通信串口包括TTL、RS-232、RS-485中的一种。
所述测头6包括通信模块和开关触发模块，所述通信模块通过通信通道与中央处理单元信号相连；所述开关触发模块通过电缆与通信模块电连接；所述通信模块设置于外壳11内，所述开关触发模块设置于磁性探针座13内。
进一步地，所述开关触发模块包括若干不同位移的微动触发开关，当探针12接触到物体时微动触发开关触发并发出电信号给通信模块；所述微动触发开关包括0.0001mm，0.0004mm，0.0006mm，0.0008mm，0.001mm行程的触发开关。
具体运行过程，测头升降装置5驱动测头6运动，直到探针12的头部接触到加工轴7，车床1控制探针12沿着加工轴7运动，线性驱动机构位移测量装置实时记录探针12的位置，同时，微动触发开关的触发可以精确测量探针的微小移动位移，并能确保探针能刚好接触到工件的表面。
不同的微动触发开关的触发表示探针的移动距离，通过测量探针12的位移和测头升降装置5的位移就能确定加工轴7的尺寸。
由于在加工工程中自动检测，能大大提高加工轴7的品控能力，在外界环境发生变化时，不会影响的加工轴的尺寸，保证产品品质的稳定。
实施例3：
在实施例2的基础上，本发明公开了一种用于测量轴加工的测量系统的测量方法，包括以下步骤：
1.加工完预设工序后，刀具4脱离加工轴7，测头升降装置5的线性驱动机构运动并驱动测头6向加工轴7运动；
2.所述线性驱动机构位移测量装置实时测量线性驱动机构的运动位移并将位移信息发送给中央处理单元；
3.所述中央处理单元将收到的位移信息通过通信串口传输给车床1的中控系统；
4.中控系统根据接受到的数据和主轴2的位置计算出测头6的移动距离；
5.当探针12接触到加工轴7时，且0.0001mm的微动开关被触发时，0.0001mm的微动开关发送信号给通信模块，通信模块将信号发送给中央处理单元，中央处理单元控制线性驱动机构停止运动，并将信息发送给中控系统；
6.中控系统根据中央处理单元发送过来的数据进行补偿修正，并计算出轴的尺寸，然后中控系统控制主轴2或加工轴7沿着加工的方向运动；
7.探针12沿着加工轴7运动，探针12的运动距离触发不同的微动开关，微动开关将信息发送给通信模块，通信模块将信号发送给中央处理单元；
8.当探针12脱离加工轴7时，重复步骤1-4，直到0.0001mm的微动开关被触发；
9.当探针12接触到加工轴7，且0.001mm的微动开关被触发时，测头升降装置5的线性驱动机构运动并驱动测头6脱离加工轴7方向运动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于测量轴加工的测头，包括车床(1)，车床(1)包括垂直上下运动的主轴(2)，其特征在于：所述主轴(2)上设置有测头升降装置(5)，所述测头升降装置(5)上连接有测头(6)。
2.如权利要求1所述的一种用于测量轴加工的测头，其特征在于：所述测头(6)包括外壳(11)，所述外壳(11)的一端设置有连接头(9)，连接头(9)与测头升降装置(5)可拆卸连接，所述外壳(11)的另一端设置有磁性探针座(13)。
3.如权利要求2所述的一种用于测量轴加工的测头，其特征在于：所述磁性探针座(13)上可拆卸连接有探针(12)，所述连接头(9)上开有用于定位和固定的锁定孔(10)。
4.如权利要求3所述的一种用于测量轴加工的测头，其特征在于：所述测头升降装置(5)包括线性驱动机构，所述线性驱动机构的活动端与连接头(9)可拆卸连接，所述测头升降装置(5)上设置有线性驱动机构位移测量装置。
5.一种基于根据权利要求4所述的用于测量轴加工的测量系统，其特征在于：包括中央处理单元，所述中央处理单元通过通信串口与车床(1)的中控系统信号相连；所述线性驱动机构位移测量装置通过通信电路与中央处理单元信号相连。
6.如权利要求5所述的一种用于测量轴加工的测头的测量系统，其特征在于：所述测头(6)包括通信模块和开关触发模块，所述通信模块通过通信通道与中央处理单元信号相连；所述开关触发模块通过电缆与通信模块电连接；所述通信模块设置于外壳(11)内，所述开关触发模块设置于磁性探针座(13)内。
7.如权利要求6所述的一种用于测量轴加工的测头的测量系统，其特征在于：所述开关触发模块包括若干不同位移的微动触发开关，当探针(12)接触到物体时微动触发开关触发并发出电信号给通信模块；所述微动触发开关包括0.0001mm，0.0004mm，0.0006mm，0.0008mm，0.001mm行程的触发开关。
8.一种基于权利要求7所述的一种用于测量轴加工的测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1.加工完预设工序后，刀具(4)脱离加工轴(7)，测头升降装置(5)的线性驱动机构运动并驱动测头(6)向加工轴(7)运动；
2.所述线性驱动机构位移测量装置实时测量线性驱动机构的运动位移并将位移信息发送给中央处理单元；
3.所述中央处理单元将收到的位移信息通过通信串口传输给车床(1)的中控系统；
4.中控系统根据接受到的数据和主轴(2)的位置计算出测头(6)的移动距离；
5.当探针(12)接触到加工轴(7)时，且0.0001mm的微动开关被触发时，0.0001mm的微动开关发送信号给通信模块，通信模块将信号发送给中央处理单元，中央处理单元控制线性驱动机构停止运动，并将信息发送给中控系统；
6.中控系统根据中央处理单元发送过来的数据进行补偿修正，并计算出轴的尺寸，然后中控系统控制主轴(2)或加工轴(7)沿着加工的方向运动；
7.探针(12)沿着加工轴(7)运动，探针(12)的运动距离触发不同的微动开关，微动开关将信息发送给通信模块，通信模块将信号发送给中央处理单元；
8.当探针(12)脱离加工轴(7)时，重复步骤1-4，直到0.0001mm的微动开关被触发；
9.当探针(12)接触到加工轴(7)，且0.001mm的微动开关被触发时，测头升降装置(5)的线性驱动机构运动并驱动测头(6)脱离加工轴(7)方向运动。
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WO2023093884A1 (zh) * 2021-11-29 2023-06-01 北京银河方圆科技有限公司 定位装置及定位系统

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