后置式深孔加工在线检测与纠偏装置

申请号 CN201510774055.2 申请日 2015-11-13 公开(公告)号 CN105382632A 公开(公告)日 2016-03-09
申请人 中北大学; 发明人 沈兴全; 于大国; 李艳兰; 黄晓斌; 王创民; 薄晓鸣; 权保罗;
摘要 本 发明 属于深孔加工的技术领域,特别涉及一种后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,解决现有深孔加工过程中难以观察加工部位和纠正刀具偏斜的问题。其包括刀杆,刀杆上沿圆周方向均匀安装有数个 铁 块 ,每个铁块内部都放有加热装置,铁块顶部安装有耐磨块,刀杆的另一端端面上安装有 角 锥棱镜,对应于角锥棱镜的高度范围内装有激光发射装置和光敏 传感器 ,激光发射装置发出的入射光束由激光导向块定向。本发明的有益效果:能及时掌握深孔加工过程中刀具 位置 信息,判断深孔是否偏斜,促进 工件 深孔直线度检测和在线纠偏难题的解决,提高深孔直线度等形状位置 精度 ,降低工件的废品率。
权利要求

1.一种后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,包括刀杆、深孔刀具以及刀杆支架,刀杆上固定有深孔刀具,刀杆支架固定于溜板上,溜板放置在机床床身上,刀杆的一端固定于刀杆支架上,其特征在于:在深孔刀具与已加工深孔端面之间的刀杆上沿圆周方向均匀安装有数个,每个铁块内部都放有加热装置,铁块顶部安装有耐磨块,铁块及耐磨块形成的径向轮廓尺寸小于工件已加工孔的直径,当加热装置不发热时,铁块不膨胀,其顶部的耐磨块与工件已加工内孔孔壁不接触,当加热装置发热后,铁块受热膨胀,其顶部的耐磨块与工件已加工内孔孔壁接触;刀杆的另一端端面上安装有锥棱镜支座,角锥棱镜支座的高度与机床主轴箱的主轴孔高度相当,在角锥棱镜支座上安装有角锥棱镜和角锥棱镜支座盖,对应于角锥棱镜的高度范围内装有激光发射装置和光敏传感器,激光发射装置和光敏传感器安装于外架上,外架固定于机床床身,激光发射装置发出的入射光束由激光导向块定向,经过定向的入射光束平行于刀杆初始轴线,入射光束穿过工件未加工孔,经过角锥棱镜后形成返回光束,返回光束穿过工件未加工孔返回,到达光敏传感器,光敏传感器再将信号传递给计算机。
2.根据权利要求1所述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的激光导向块为圆柱形,其直径与主轴孔的直径相等,安装于主轴孔内,位于角锥棱镜支座与激光发射装置之间,激光导向块上开有两个过光孔,分别为一号过光孔和二号过光孔,激光发射装置发出的入射光束穿过激光导向块的一号过光孔射入,光束通过角锥棱镜后,以平行于入射前的方向,从二号过光孔射出,返回激光光束与刀杆的轴线平行;在调试激光方向时,采用激光导向块,调试完毕后,将激光导向块保留或撤离。
3.根据权利要求1所述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的深孔刀具为镗刀或铰刀或钻头或珩磨头。
4.根据权利要求1所述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的耐磨块为硬质合金
5.根据权利要求1所述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的加热装置为电阻加热器或者电磁加热器或者红外线加热器。
6.根据权利要求1所述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的铁块数量为3个或3个以上。

说明书全文

后置式深孔加工在线检测与纠偏装置

技术领域

[0001] 本发明属于深孔加工技术领域,特别涉及一种后置式深孔加工在线检测与纠偏装置。

背景技术

[0002] 镗削、铰孔、扩孔、珩磨是在原有孔的基础上扩大孔径,可以提高精度,减小表面粗糙度,有一些情况下还可以较好地纠正原来孔轴线的偏斜。
[0003] 在深孔加工过程中,刀杆受孔径的限制,直径小,长度大,造成刚性差,强度低。深孔加工时易产生振动、波纹、锥度、倾斜,而影响深孔的直线度,同时难以观察加工部位和刀具切削状况,不容易发现刀杆偏斜,也很难做到及时进行纠偏。目前,尚没有有效的技术与装置可以实时检测及纠正深孔刀具在深孔加工中的位置

发明内容

[0004] 本发明旨在克服上述缺点,解决现有深孔加工过程中难以实时检测深孔的直线度和纠正深孔刀具偏斜的问题。本发明适用于工件旋转、刀具进给、深孔加工工程,它利用激光探测原理实时检测深孔刀具位置,并根据需要自动调整深孔刀具位置,使其恢复到初始的正确位置。
[0005] 为达到上述目的,本发明采用如下的技术方案实现:一种后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,包括刀杆、深孔刀具以及刀杆支架,,刀杆上固定有深孔刀具,刀杆支架固定于溜板上,溜板放置在机床床身上,刀杆的一端固定于刀杆支架上,其特征在于:在深孔刀具与已加工深孔端面之间的刀杆上沿圆周方向均匀安装有数个,每个铁块内部都放有加热装置,铁块顶部安装有耐磨块,铁块及耐磨块形成的径向轮廓尺寸小于工件已加工孔的直径,当加热装置不发热时,铁块不膨胀,其顶部的耐磨块与工件已加工内孔孔壁不接触,当加热装置发热后,铁块受热膨胀,其顶部的耐磨块与工件已加工内孔孔壁接触,铁块位于已加工孔的一侧。刀杆的另一端端面上安装有锥棱镜支座,角锥棱镜支座的高度与机床主轴箱的主轴孔高度相当,在角锥棱镜支座上安装有角锥棱镜和角锥棱镜支座盖,对应于角锥棱镜的高度范围内装有激光发射装置和光敏传感器,激光发射装置和光敏传感器安装于外架上,外架固定于机床床身,激光发射装置发出的入射光束由激光导向块定向,经过定向的入射光束平行于刀杆初始轴线,入射光束穿过工件未加工孔,经过角锥棱镜后形成返回光束,返回光束穿过工件未加工孔返回,到达光敏传感器,光敏传感器再将信号传递给计算机。
[0006] 上述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的激光导向块为圆柱形,其直径与主轴孔的直径相等,安装于主轴孔内,位于角锥棱镜支座与激光发射装置之间,激光导向块上开有两个过光孔,分别为一号过光孔和二号过光孔,激光发射装置发出的入射光束穿过激光导向块的一号过光孔射入,光束通过角锥棱镜后,以平行于入射前的方向,从二号过光孔射出,返回激光光束与刀杆的轴线平行;在调试激光方向时,采用激光导向块,调试完毕后,将激光导向块保留或撤离。
[0007] 上述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的深孔刀具为镗刀或铰刀或钻头或珩磨头。
[0008] 上述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的耐磨块为硬质合金
[0009] 上述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的加热装置为电阻加热器或者电磁加热器或者红外线加热器。
[0010] 上述的后置式深孔加工在线检测与纠偏装置,其特征在于所述的铁块数量为3个或3个以上。
[0011] 依据上文的介绍,本发明相关主要零部件有:激光发射装置、光敏传感器、角锥棱镜支座、角锥棱镜、激光导向块、计算机、深孔刀具、刀杆、铁块、耐磨块、加热装置等。工件一端由夹持器夹紧定位,另一端由中心架支撑,通过机床动带动其旋转。
[0012] 本发明充分利用激光及棱镜的特殊属性工作,在线检测深孔刀具的位置。位于外架上的激光发射装置发射出激光,经过角锥棱镜反射后照射在光敏传感器上,通过光敏传感器上的光斑变化反映深孔刀具或深孔轴线的偏斜程度,由计算机实时显示检测以及纠偏结果。当深孔刀具偏离正确位置时本发明还可纠正深孔刀具的位置,其原理是:当深孔刀具右偏时,位于右侧的加热装置加热,铁块膨胀,铁块顶部的耐磨块与工件已加工内孔孔壁接触,相互作用力使得深孔刀具回到正确的位置;同理,当深孔刀具左偏时,位于左侧的加热装置加热,使深孔刀具回到正确的位置。总之,在本发明中使一个或一个以上的加热装置加热,可实现在不停机的情况下纠正深孔刀具的偏斜。加热温度与所需的纠偏量有关。
[0013] 当钻头偏离正确位置时,本发明中光敏传感器上光斑变化,A/D转换器会将变化量转化为数字信号,计算机将接收的数字信号进行处理,根据计算机的输出控制信号驱动电源输出一定的电压,使位于铁块上的加热装置发热,进而使对应的铁块膨胀,铁块顶部的耐磨块因此与工件已加工的内孔接触。本发明首次提出通过铁块的膨胀纠正深孔刀具的位置,使深孔刀具处于正确的位置。
[0014] 本发明的有益效果:本发明可保证所加工的深孔有良好的直线度和位置精度。具体效果如下。第一,由于激光发射装置,光敏传感器位于外架上,从而避免了加工过程中产生的高温对激光发射装置和传感器的不良影响。如将激光发射装置或光敏传感器之一置于孔内,受高温的影响,难以达到本发明的检测效果。本发明充分利用了角锥棱镜对激光的平行回射的特性,所以能够取得上述效果。第二,通过观察计算机显示的图像,在线检测深孔刀具的位置变化,及时掌握工件旋转、深孔刀具进给深孔加工的工作状态。深孔刀具位置的变化间接反映了孔的质量,所以,本发明可以作为深孔直线度检具使用。第三,发现深孔刀具偏斜后可及时纠正深孔刀具位置偏差。本发明刀杆圆周方向上安装有含加热装置的铁块,铁块顶端安装有耐磨块,加热装置为电阻加热器或者电磁加热器或者红外线加热器,体积小、位移分辨率高、响应快、输出力大,通过加热装置使得及时调整深孔刀具位置变成可能。尤其值得强调的是,本发明通过热胀冷缩的原理纠正深孔刀具偏斜,只需将电线引向电阻等元件,结构非常紧凑。总之,本发明促进了深孔加工纠偏难题的解决。附图说明
[0015] 图1为本发明的结构示意图, 图2为刀杆端面视图, 图3为激光导向图。
[0016] 图中:1-计算机,2-激光发射装置,3-光敏传感器,4-轴箱,5-主轴,6-夹持器,7-角锥棱镜支座盖,8-角锥棱镜,9-角锥棱镜支座,10-紧固螺钉,11-深孔刀具,12-铁块,
13-工件,14-刀杆,15-中心架,16-刀杆支架,17-溜板,18-机床床身,19-耐磨块,20-加热装置,21-外架,22-激光导向块,23-一号过光孔,24-二号过光孔。

具体实施方式

[0017] 结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述,这些具体实施方式是用来说明本发明的,不对本发明做任何限制。
[0018] 如图1,图2,图3所示,本发明工件13旋转、深孔刀具11进给。工件13上有底孔,需要镗轴线平的深孔。
[0019] 本发明包括深孔刀具11,刀杆14,计算机1,激光发射装置2,光敏传感器3,主轴箱4,主轴5,夹持器6,角锥棱镜支座盖7,角锥棱镜8,角锥棱镜支座9,紧固螺钉10,铁块12,中心架15,刀杆支架16,溜板17,机床床身18,耐磨块19,加热装置20,外架21,激光导向块
22等。 工件13一端由夹持器6夹紧定位,另一端由中心架15支撑,通过机床动力带动其旋转。
[0020] 深孔刀具11通过紧固螺钉10固定在刀杆14上,刀杆14的一端固定于刀杆支架16上,刀杆支架16固定于溜板17上,溜板17放置在机床床身18上,在深孔刀具11与已加工深孔端面之间的刀杆14上沿圆周方向均匀安装有数个铁块12,每个铁块12内部都放有加热装置20,铁块12顶部安装有耐磨块19,铁块12及耐磨块19形成的径向轮廓尺寸小于工件13已加工孔的直径,当加热装置20不发热时,铁块12不膨胀,其顶部的耐磨块19与工件13内孔孔壁不接触,当加热装置20发热后,铁块12受热膨胀,其顶部的耐磨块19与工件13内孔孔壁接触,铁块12位于已加工孔的一侧。刀杆14的另一端端面上安装有角锥棱镜支座9,在角锥棱镜支座9上安装有角锥棱镜8和角锥棱镜支座盖7,对应于角锥棱镜
8的高度范围内装有激光发射装置2和光敏传感器3,激光发射装置2和光敏传感器3安装于外架21上,外架21固定于机床床身18上,激光发射装置2发出的入射光束由激光导向块22定向,经过定向的入射光束平行于刀杆14初始轴线,入射光束穿过工件13未加工孔,经过角锥棱镜8后形成返回光束,返回光束穿过工件13未加工孔返回,到达光敏传感器3,光敏传感器3再将信号传递给计算机1。
[0021] 上述返回光束与最初激光入射光线平行,但方向相反。分析计算机1采集的信息求出深孔直线度。在深孔加工过程中,当深孔刀具11偏离原来正确的位置,光敏传感器3表面的光斑变化,光斑变化信息传输到计算机1后,计算机1的输出控制信号驱动电源输出一定的电压。
[0022] 激光导向块22为圆柱形,其直径与主轴孔的直径相等,安装于主轴孔内,位于角锥棱镜支座9与激光发射装置2之间,激光导向块22上开有两个过光孔,分别为一号过光孔23和二号过光孔24,激光发射装置2发出的入射光束穿过激光导向块22的一号过光孔23射入,光束通过角锥棱镜8后,以平行于入射前的方向,从二号过光孔24射出,返回激光光束与刀杆14的轴线平行;在调试激光方向时,采用激光导向块22,调试完毕后,将激光导向块22保留或撤离。
[0023] 上述的深孔刀具为镗刀或铰刀或钻头或珩磨头。
[0024] 上述的耐磨块为硬质合金。
[0025] 上述的加热装置为电阻加热器或者电磁加热器或者红外线加热器。
[0026] 上述的铁块数量为3个或3个以上。
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