CN113579852A - 一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，属于航空结构件机械加工技术领域，包括基座、弹性支撑装置和锁紧装置，所述弹性支撑装置包括顶盘、关节轴承、支撑杆和弹簧，所述顶盘通过轴承连接支撑杆，所述支撑杆设有容置弹簧的内腔，所述锁紧装置包括卡抱销I、卡抱销II和螺钉，所述螺钉穿过卡抱销I后与卡抱销II可拆卸连接，所述基座水平方向设有用于穿过锁紧装置的通孔，基座的竖直方向设有安装弹性支撑装置的盲孔，所述通孔与盲孔偏心贯穿设置，同时公开了该装置的使用方法，解决了现有技术中大型框类、梁类零件上的耳片厚度的不能准确测量的问题。

Description

一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及航空结构件机械加工技术领域，具体涉及一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置及其使用方法，尤其适用于大型框类、梁类零件上的耳片自动化加工。

背景技术

耳片作为航空结构件之间连接最典型的特征，在飞机零部件的装配过程中起着重要的配合与定位作用，通常出现在大型框、梁、复杂接头等疲劳关键零件上，耳片的加工质量对飞机的安全性能、使用寿命等有着重要的影响。因此，此类特征通常上下表面均为平面，厚度尺寸精度要求在IT9级以上，表面粗糙度要求也在Ra1.6及以上。针对此类特征，行业内已形成了稳定的加工流程：半精加工→测量→零点偏置→精加工。

随着近年来我国航空制造业迅速发展，航空主机制造企业均开始建设或已经建成了以数字化、信息化为基础的柔性生产线与数字化车间，简化人工测量过程，那么耳片如何实现自动化加工也成为业内的重点技术攻关目标。

查阅相关技术和文献发现，公开号为“CN111390252 A”的专利公布了一种航空结构件高精度耳片组的加工方法，该方法采用探头测量加工余量并与理论余量比较，形成程序偏置余量，最终通过程序自动调用偏置余量，完成高精度耳片组的自动化加工。目前，该方法主要用于立卧转换类机床加工中，此类机床灵活性高，工作台能360°任意旋转，多加工复杂接头类零件，使用常规接触式探头可以很方便实现耳片厚度测量。但此类工作台尺寸普遍过小，不能完成大框大梁类零件的加工，大型框类、梁类零件主要集中在工作台较大的立式、卧式机床上加工，在零件最优的装夹姿态下，这两类机床需要通过主轴摆角90°才可以直接测量耳片厚度尺寸，但这种状态下，机床部件之间会发生干涉，或者需订制高价格的专用夹具对零件进行整体增高，导致制造成本非常高。

国内外一些知名测量技术公司推出了超声波测厚式测头，机床主轴不需摆角，在专用厚度测量软件的支持下，直接捕获数据，测量精度能达到±10μm，但测量范围有限，一般在1-10mm之间，而大型框、梁类零件的耳片厚度尺寸远超此范围。

我公司也测试了以测量耳片上表面与工装定位面间阶差的方式间接计算耳片厚度尺寸，但是，在材料残余应力、切削力、装夹力等多因素的影响下，航空结构件常出现加工变形，耳片底面不能与工装定位面紧密贴合，所得到的测量结果并不可靠。

因此，到目前为止，尚没有一种较好的测量装置或方法，可以实现航空结构件大型框、梁类零件单耳片在数控加工过程中厚度尺寸的自动化精确测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置及其使用方法，解决了现有技术中，以数字化、信息化为基础的柔性生产线与数字化车间中，无法准确测量耳片厚度的问题，特别是大型框类、梁类零件上的耳片厚度的准确测量问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，包括基座、弹性支撑装置和锁紧装置，所述弹性支撑装置包括顶盘、关节轴承、支撑杆和弹簧，所述顶盘通过轴承连接支撑杆，所述支撑杆设有容置弹簧的内腔，所述锁紧装置包括卡抱销I、卡抱销II和螺钉，所述螺钉穿过卡抱销I后与卡抱销II可拆卸连接，所述基座水平方向设有用于穿过锁紧装置的通孔，基座的竖直方向设有安装弹性支撑装置的盲孔，所述通孔与盲孔偏心贯穿设置。

进一步地，所述卡抱销I、卡抱销II均设有弧面缺口。

进一步地，所述卡抱销I中部设有内圆孔，所述卡抱销II设有与螺钉匹配的内螺纹。

进一步地，所述支撑杆为台阶式圆柱结构，支撑杆的大圆柱结构端为设有容置弹簧的内腔；支撑杆的小圆柱结构端用于穿过轴承与顶盘连接。

进一步地，所述顶盘上表面为平面，顶盘中部设有台阶孔，所述台阶孔包括用于避让关节轴承转动的台阶小孔，以及用于连接关节轴承的台阶大孔。

进一步地，所述基座设为台阶结构，所述基座两侧的台阶结构上均设有压紧孔。

一种辅助测量装置的使用方法，使用前述的用于耳片自动化加工的辅助测量装置，包括以下步骤：

a. 将待加工耳片零件固定在机床上，使待加工耳片零件位于夹具上方，再压缩辅助测量装置的顶盘，使辅助测量装置的顶盘上表面至基座下表面的距离小于耳片零件下表面至夹具上表面的距离，再旋紧锁紧装置的螺钉；

b.再将辅助测量装置放在夹具上方平移推入耳片零件下部，至辅助测量装置的顶盘超过50%伸入耳片零件下部；

c.再松开所述锁紧装置的螺钉，所述弹性支撑装置上升，使顶盘上升至顶盘上表面与耳片零件的下表面紧密贴合，旋紧锁紧装置的螺钉；

d.利用探测头测量顶盘上表面与耳片零件上表面的距离L1，可得出待加工耳片零件的加工余量。

进一步地，步骤c中，旋紧锁紧装置的螺钉后，利用螺栓将辅助测量装置固定在夹具上。

进一步地，步骤d中，所述探测头为触发式测头。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

一、本发明中，提出了一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，用于数字化、信息化为基础的柔性生产线与数字化车间中，辅助测量耳片零件的厚度，可解决现有技术中大型框类、梁类零件上的耳片不便于测量其厚度、或者测出结果不可靠的问题，不利于自动化加工。本技术方案中的辅助测量装置结构简单，利用弹性支撑装置，可以减小因航空结构件变形带来使接触面贴合不紧密导致的测量误差较大的问题。

二、本发明中，所述卡抱销I、卡抱销II均设有弧面缺口，所述弧面缺口设计时需与支撑杆侧面匹配，增大接触面积，旋紧螺钉后，紧固效果更好。

三、本发明中，所述卡抱销I中部设有内圆孔，所述内圆孔可穿过螺钉，所述卡抱销II设有与螺钉匹配的内螺纹，用于紧固支撑杆。

四、本发明中，所述基座设为台阶结构，所述基座两侧的台阶结构上均设有压紧孔，便于采用螺栓等紧固件将基座固定在夹具上。

五、本发明中，同时公开了一种该辅助测量装置的使用方法，结合现有设备，巧妙的测量耳片零件的厚度。

附图说明

图1为本辅助测量装置的爆炸图。

图2是辅助测量装置的基座的示意图。

图3是顶盘的俯视图。

图4是图3的A-A剖面图。

图5是辅助测量装置使用时的示意图。

图6是卡抱销I、卡抱销II的结构示意图。

图7是支撑杆的结构示意图。

其中，1、基座；2、弹性支撑装置；3、锁紧装置；4、弧面缺口；5、夹具；6、耳片零件；7、触发式测头；1-1、盲孔；1-2、通孔；1-3、压紧孔；2-1、顶盘；2-2、关节轴承；2-3、支撑杆；2-4、弹簧；3-1、螺钉；3-2、卡抱销I；3-3、卡抱销II；2-1-1、台阶小孔；2-1-2、台阶大孔；2-3-1、内腔；3-2-1、内圆孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。现结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明的描述中若出现“水平”，“竖直”等术语，并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜；本发明的描述中若出现“平面”，“圆柱面”等术语，并不表示要求部件是绝对的平面或绝对的圆柱面。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，涉及航空结构件机械加工技术领域，包括基座1、弹性支撑装置2和锁紧装置3，所述弹性支撑装置2包括顶盘2-1、关节轴承2-2、支撑杆2-3和弹簧2-4，所述顶盘2-1通过轴承连接支撑杆2-3，所述支撑杆2-3设有容置弹簧2-4的内腔2-3-1，所述锁紧装置3包括卡抱销I3-2、卡抱销II3-3和螺钉3-1，所述螺钉3-1穿过卡抱销I3-2后与卡抱销II3-3可拆卸连接，所述基座1水平方向设有用于穿过锁紧装置3的通孔1-2，基座1的竖直方向设有安装弹性支撑装置2的盲孔1-1，所述通孔1-2与盲孔1-1偏心贯穿设置。

本实施例为最基本的实施方式，使用时，参照图1，从上至下依次装配好顶盘2-1、关节轴承2-2、支撑杆2-3和弹簧2-4，下压顶盘2-1至适当位置后，用螺钉3-1穿过卡抱销I3-2后与卡抱销II3-3可拆卸连接，旋紧螺钉3-1与卡抱销II3-3，即固定弹性支撑装置2。由于弹簧2-4是放置在支撑杆2-3内腔2-3-1中的，旋松螺钉3-1，弹簧2-4恢复弹性后顶起支撑杆2-3、关节轴承2-2、顶盘2-1等部件，再次旋紧螺钉3-1，即可实现该辅助测量装置顶盘2-1上表面与基座1下表面在一定高度范围内的调节。

实施例2

本实施例为较优的实施方式，一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，涉及航空结构件机械加工技术领域，参考图1-2，包括基座1、弹性支撑装置2和锁紧装置3，所述弹性支撑装置2包括顶盘2-1、关节轴承2-2、支撑杆2-3和弹簧2-4，所述顶盘2-1通过轴承连接支撑杆2-3，所述支撑杆2-3设有容置弹簧2-4的内腔2-3-1，所述锁紧装置3包括卡抱销I3-2、卡抱销II3-3和螺钉3-1，所述螺钉3-1穿过卡抱销I3-2后与卡抱销II3-3可拆卸连接，所述基座1水平方向设有用于穿过锁紧装置3的通孔1-2，基座1的竖直方向设有安装弹性支撑装置2的盲孔1-1，所述通孔1-2与盲孔1-1偏心贯穿设置。

进一步地，所述卡抱销I3-2、卡抱销II3-3均设有弧面缺口4，参考图1、6所示，所述通孔1-2与盲孔1-1偏心贯穿设置，这样卡抱销I3-2、卡抱销II3-3的弧面缺口4可以与支撑杆2-3曲面配合，使卡抱销I3-2、卡抱销II3-3紧密贴合支撑杆2-3，这样可以避免螺钉3-1穿过支撑杆2-3和弹簧2-4，同时也能达到紧固支撑杆2-3的目的。

进一步地，所述卡抱销I3-2中部设有内圆孔3-2-1，所述卡抱销II3-3设有与螺钉3-1匹配的内螺纹，达到让螺钉3-1穿过内圆孔3-2-1后与卡抱销II3-3可拆卸连接的目的。

进一步地，所述支撑杆2-3为台阶式圆柱结构，参考图7，支撑杆2-3的大圆柱结构端为设有容置弹簧2-4的内腔2-3-1；支撑杆2-3的小圆柱结构端用于穿过轴承与顶盘2-1连接。

进一步地，所述顶盘2-1上表面为平面，顶盘2-1中部设有台阶孔，参照图3-4，所述台阶孔包括用于避让关节轴承2-2转动的台阶小孔2-1-1，以及用于连接关节轴承2-2的台阶大孔2-1-2。

进一步地，所述基座1设为台阶结构，所述基座1两侧的台阶结构上均设有压紧孔1-3，所述夹具5上设有安装孔，可以采用螺钉3-1或螺栓等紧固件穿过基座1上的压紧孔1-3，将整个辅助测量装置固定在夹具5上。

这样设计的原因在于，当该测量辅助装置在卧式机床上应用时，因装置自身所受重力的原因，如果不对装置进行固定，加工时机床的振动会导致测量辅助装置移动，进一步导致测量探头测量的数据不准确，影响加工精度。

实施例3

本实施例是采用实施例1中的辅助测量装置，参考图1-4，提供一种辅助装置的使用方法，涉及航空结构件机械自动加工技术领域，包括以下步骤，参照图5：

a. 将待加工耳片零件6固定在机床上，使待加工耳片零件6位于夹具5上方，再压缩辅助测量装置的顶盘2-1，使辅助测量装置的顶盘2-1上表面至基座1下表面的距离小于耳片零件6下表面至夹具5上表面的距离，再旋紧锁紧装置3的螺钉3-1；

b.再将辅助测量装置放在夹具5上方平移推入耳片零件6下部，至辅助测量装置的顶盘2-1超过50%伸入耳片零件6下部；

c.再松开所述锁紧装置3的螺钉3-1，所述弹性支撑装置2上升，使顶盘2-1上升至顶盘2-1上表面与耳片零件6的下表面紧密贴合，旋紧锁紧装置3的螺钉3-1；

d. 利用探测头测量顶盘2-1上表面与耳片零件6上表面的距离L1，可得出待加工耳片零件6的加工余量，以本实施例为例，如图5，具体操作方法为：

第一次加工

首先，留少量余量P进行半精加工，半精加工至理论高度Z4，即半精加工后耳片零件的理论厚度L2=L+P。但在实际加工中，因为主轴热伸长、刀具长度误差等外部因素，导致第一次加工至实际高度Z1，此时耳片零件的厚度实际为L1=L+P+FI，FI是加工偏差值。

其次，利用探测头测量顶盘2-1上表面与耳片零件6上表面的距离L1，具体操作为：用触发式测头7测出耳片零件6上表面的高度Z1，触发式测头7在图5的①位置：移动触发式测头7在图5的②位置，测出顶盘2-1上表面的高度Z2，则L1=Z1-Z2。

再次，计算出加工偏差值Fl=L1-L-P，将偏差值Fl通过数控系统变量补偿至加工零点中。

第二次加工

再进行精加工，精加工至理论高度Z3，即精加工后耳片零件6的理论厚度为L。此时精加工的理论加工余量为Pl=P+FI。

再利用探测头测量顶盘2-1上表面与耳片零件6上表面的距离L'，具体操作为：

使用触发式测头7测出耳片零件6上表面高度Z3'，触发式测头7在图5的③位置，移动触发式测头7至图5的④位置，测出顶盘2-1上表面的高度Z2'，则L'=Z3'-Z2'。

如果△L=L'-L在耳片零件6加工公差范围内，则为合格加工件。

当然，操作过程中，为了保证加工精度，每加工一次，可以重新测量一次顶盘2-1上表面的实际，计算差值。

实际应用时，为了尽可能的减小测量误差，可以多点位、多次测量，取均值。

进一步地，步骤c中，旋紧锁紧装置3的螺钉3-1后，利用螺栓将辅助测量装置固定在夹具5上。

进一步地，步骤d中，所述探测头选用触发式测头7。

本方案全程采用自动化设备，不需要人工参与测量，经多次试验，加工误差可保证小于0.03mm，满足加工需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，其特征在于：包括基座（1）、弹性支撑装置（2）和锁紧装置（3），所述弹性支撑装置（2）包括顶盘（2-1）、关节轴承（2-2）、支撑杆（2-3）和弹簧（2-4），所述顶盘（2-1）通过轴承连接支撑杆（2-3），所述支撑杆（2-3）设有容置弹簧（2-4）的内腔（2-3-1），所述锁紧装置（3）包括卡抱销I（3-2）、卡抱销II（3-3）和螺钉（3-1），所述螺钉（3-1）穿过卡抱销I（3-2）后与卡抱销II（3-3）可拆卸连接，所述基座（1）水平方向设有用于穿过锁紧装置（3）的通孔（1-2），基座（1）的竖直方向设有安装弹性支撑装置（2）的盲孔（1-1），所述通孔（1-2）与盲孔（1-1）偏心贯穿设置。

2.根据权利要求1所述的一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，其特征在于：所述卡抱销I（3-2）、卡抱销II（3-3）均设有弧面缺口（4）。

3.根据权利要求2所述的一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，其特征在于：所述卡抱销I（3-2）中部设有内圆孔（3-2-1），所述卡抱销II（3-3）设有与螺钉（3-1）匹配的内螺纹。

4.根据权利要求3所述的一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，其特征在于：所述支撑杆（2-3）为台阶式圆柱结构，支撑杆（2-3）的大圆柱结构端为设有容置弹簧（2-4）的内腔（2-3-1）；支撑杆（2-3）的小圆柱结构端用于穿过轴承与顶盘（2-1）连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，其特征在于：所述顶盘（2-1）上表面为平面，顶盘（2-1）中部设有台阶孔，所述台阶孔包括用于避让关节轴承（2-2）转动的台阶小孔（2-1-1），以及用于连接关节轴承（2-2）的台阶大孔（2-1-2）。

6.根据权利要求5所述的一种用于耳片自动化加工的辅助测量装置，其特征在于：所述基座（1）设为台阶结构，所述基座（1）两侧的台阶结构上均设有压紧孔（1-3）。

7.一种辅助装置的使用方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的用于耳片自动化加工的辅助测量装置，包括以下步骤：

a. 将待加工耳片零件（6）固定在机床上，使待加工耳片零件（6）位于夹具（5）上方，再压缩辅助测量装置的顶盘（2-1），使辅助测量装置的顶盘（2-1）上表面至基座（1）下表面的距离小于耳片零件（6）下表面至夹具（5）上表面的距离，再旋紧锁紧装置（3）的螺钉（3-1）；

b.再将辅助测量装置放在夹具（5）上方平移推入耳片零件（6）下部，至辅助测量装置的顶盘（2-1）超过50%伸入耳片零件（6）下部；

c.再松开所述锁紧装置（3）的螺钉（3-1），所述弹性支撑装置（2）上升，使顶盘（2-1）上升至顶盘（2-1）上表面与耳片零件（6）的下表面紧密贴合，旋紧锁紧装置（3）的螺钉（3-1）；

d.利用探测头测量顶盘（2-1）上表面与耳片零件（6）上表面的距离L1，可得出待加工耳片零件（6）的加工余量。

8.根据权利要求7所述的一种辅助装置的使用方法，其特征在于：步骤c中，旋紧锁紧装置（3）的螺钉（3-1）后，利用螺栓将辅助测量装置固定在夹具（5）上。

9.根据权利要求8所述的一种辅助装置的使用方法，其特征在于：步骤d中，所述探测头为触发式测头（7）。

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