專利名稱：深孔加工在線檢測與糾偏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于深孔加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深孔加工在線檢測與糾偏裝置。
背景技術(shù)：
深孔加工復(fù)雜且特殊，難以觀察加工部位和刀具狀況，加工過程受諸如刀桿變形、系統(tǒng)顫振、工件材質(zhì)、鉆頭參數(shù)、切削參數(shù)、油液壓力、排屑困難等多方面因素的影響，深孔零件常出現(xiàn)軸線偏斜的現(xiàn)象，一旦偏斜到某種程度，深孔零件軸線的直線度誤差將產(chǎn)生急劇變化，鉆頭甚至從工件中間“水平”鉆出，造成鉆頭損壞、工件報(bào)廢、產(chǎn)品精度低、質(zhì)量不合格等不良后果。由于深孔加工服務(wù)于裝備制造行業(yè)，深孔工件的質(zhì)量直接影響裝備制造業(yè)的發(fā)展，也限制了深孔向其他領(lǐng)域拓展的空間。深孔鉆削孔軸線偏斜問題是目前存在的一項(xiàng)技術(shù)難題，目前國內(nèi)外對深孔鉆削孔軸線偏斜問題的研究不斷加深，但是相對其他計(jì)量項(xiàng)目而言，直線度檢測技術(shù)顯得落后，尤其表現(xiàn)在對大長工件孔軸線直線度檢測方面，到目前為止，尚沒有用于檢測深孔軸線直線度偏差的成熟產(chǎn)品。實(shí)際中，工人師傅經(jīng)常通過用卡尺在孔的兩端沿不同徑向方向測量壁厚的方法判定直線度好壞，這種方法不能測得深孔內(nèi)部軸線偏差，也即不能實(shí)現(xiàn)對深孔零件直線度的全程連續(xù)動態(tài)檢測，很不精準(zhǔn)，容易陷入以點(diǎn)概面的誤區(qū)。因此開發(fā)一種適合深孔加工在線檢測與糾偏裝置顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的旨在克服上述缺點(diǎn)，解決現(xiàn)有的深孔加工過程中難以觀察到刀具的偏斜和出現(xiàn)偏斜后無法及時(shí)糾偏等難題，提供一種深孔加工在線檢測與糾偏裝置。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種深孔加工在線檢測與糾偏裝置，包括鉆頭、鉆桿，鉆頭通過其螺紋段固定于鉆桿上，鉆頭與鉆桿之間設(shè)有擋油環(huán)，擋油環(huán)設(shè)置在靠近鉆桿外壁處，鉆桿固定于進(jìn)給箱上，鉆桿的中間開有排屑孔，其特征在于:在鉆桿排屑孔與外圓之間開有檢測孔，在鉆頭上、鉆桿檢測孔內(nèi)端對應(yīng)的位置處設(shè)置內(nèi)固定架，內(nèi)固定架上設(shè)置內(nèi)激光源和位置敏感探測器，在鉆桿檢測孔的外端設(shè)置外固定架，外固定架固定于機(jī)床上，外固定架上設(shè)置外激光源和角度敏感探測器，角度敏感探測器安裝位置對應(yīng)于內(nèi)激光源發(fā)出光線范圍內(nèi)，位置敏感探測器安裝位置對應(yīng)于外激光源發(fā)出光線范圍內(nèi)；沿鉆頭周向分布徑向伸縮器，避開內(nèi)固定架在鉆頭和鉆桿之間的環(huán)槽空間設(shè)置軸向伸縮器。上述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的鉆頭小直徑段的直徑小于擋油環(huán)的直徑。上述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的徑向伸縮器放置在鉆頭周邊開有的凹槽里，凹槽在鉆頭導(dǎo)向塊的右方，徑向伸縮器上方采用耐磨彈性密封塊密封，徑向伸縮器和耐磨彈性密封塊初始總長度小于凹槽深度，通電伸長后與工件孔壁接觸。上述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的徑向伸縮器采用磁致伸縮器或電致伸縮器，設(shè)置數(shù)量為3個或3個以上。上述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的軸向伸縮器貼近擋油環(huán)放置，一端用固定座固定在鉆頭上，另一端伸長后與鉆桿內(nèi)端面接觸。上述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的軸向伸縮器采用磁致伸縮器或電致伸縮器，設(shè)置數(shù)量為3個或3個以上。本實(shí)用新型中的內(nèi)激光源和外激光源發(fā)射激光，充分利用激光照射在位置敏感探測器和角度敏感探測器上的位置不同，在線檢測鉆頭在深孔加工過程中的位置和角度，通過A/D轉(zhuǎn)換器將信號處理后傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理同時(shí)向驅(qū)動電源發(fā)送指令輸出一定的高壓直流電壓，徑向伸縮器和軸向伸縮器根據(jù)電壓的大小產(chǎn)生相應(yīng)的位移，進(jìn)而調(diào)整鉆頭的位置和偏角，以此實(shí)現(xiàn)孔加工的在線檢測與糾偏。外激光源和角度敏感探測器固定于外固定架中，外固定架固定在機(jī)床上，固定不動。固定在內(nèi)固定架的內(nèi)激光源發(fā)出的光線經(jīng)檢測孔照射在角度敏感探測器上，通過歐拉角來分析鉆頭的傾斜角度；外激光源發(fā)出的光線同樣經(jīng)過檢測孔照射在安裝在內(nèi)固定架的位置敏感探測器上。在加工過程中，當(dāng)鉆頭不在原來正確的位置時(shí)，位置敏感探測器和角度敏感探測器上的光斑將發(fā)生變化，A/D轉(zhuǎn)換器會將變化量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，計(jì)算機(jī)將接收的數(shù)字信號進(jìn)行處理，向驅(qū)動電源發(fā)送指令輸出一定的高壓直流電壓，徑向伸縮器和軸向伸縮器根據(jù)電壓的大小產(chǎn)生相應(yīng)的位移，進(jìn)而調(diào)整鉆頭的位置和偏角，以此實(shí)現(xiàn)孔加工的在線檢測與糾偏。當(dāng)鉆頭位置發(fā)生變化時(shí)，外激光源發(fā)出的光線經(jīng)檢測孔照射在位置敏感探測器的光斑會發(fā)生變化，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)并處理后向驅(qū)動電源發(fā)出指令，根據(jù)計(jì)算機(jī)的輸出控制信號，驅(qū)動電源輸出一定的高壓直流電壓驅(qū)動徑向伸縮器產(chǎn)生相應(yīng)的位 移，進(jìn)而調(diào)整鉆頭的位置直至恢復(fù)正確位置。當(dāng)鉆頭角度發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)激光源發(fā)出的光線經(jīng)檢測孔照射在角度敏感探測器的光斑也會發(fā)生變化，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)并處理后向驅(qū)動電源發(fā)出指令，根據(jù)計(jì)算機(jī)的輸出控制信號，驅(qū)動電源輸出一定的高壓直流電壓驅(qū)動軸向伸縮器產(chǎn)生相應(yīng)的位移，進(jìn)而調(diào)整鉆頭的角度直至恢復(fù)正確位置。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):第一，利用雙激光源和雙敏感探測器，在線檢測鉆頭的位置和角度變化，解決了無法觀測鉆削偏斜的難題。第二，采用具有很大發(fā)展前景的電致伸縮器或磁致伸縮器，體積小、位移分辨率高、響應(yīng)快、輸出力大，可達(dá)4500N (參照天津大學(xué)碩士論文《超精密切削微進(jìn)給平臺的設(shè)計(jì)與研究》)，能夠及時(shí)糾正鉆頭角度和位置偏差。第三，鉆頭采用的小直徑段不僅提供了足夠大的安裝檢測和糾偏器件的環(huán)槽空間，更重要的是，小直徑段的存在，使得鉆頭角度的調(diào)整成為可能。

圖1、本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖2、沿圖1中A-A線的剖面圖圖3、沿圖1中B-B線的剖面圖[0022]圖中:丨-工件2-鉆頭3-固定座4-軸向伸縮器5-擋油環(huán)6_密封圈7_輸油器8-進(jìn)給箱9-導(dǎo)向塊10-徑向伸縮器11-耐磨彈性密封塊12-內(nèi)固定架13-內(nèi)激光源14-位置敏感探測器15-內(nèi)激光源發(fā)出的光線16-外激光源發(fā)出的光線17-檢測孔18-排屑孔19-角度敏感探測器20-外激光源21-外固定架22-鉆桿具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步描述，本實(shí)施例是用來說明本實(shí)用新型的，而不是對本實(shí)用新型做任何的限制。如圖1所示，本實(shí)用新型包括鉆頭2、鉆桿22、固定座3、軸向伸縮器4、擋油環(huán)5、密封圈6、輸油器7、進(jìn)給箱8、徑向伸縮器10、耐磨彈性密封塊11、內(nèi)固定架12、內(nèi)激光源13、外激光源20、位置敏感探測器14、角度敏感探測器19等。鉆頭2通過其螺紋段固定于鉆桿22，鉆桿22固定于進(jìn)給箱8上，只作進(jìn)給運(yùn)動。輸油器7為深孔加工提供高壓油，油從輸油器7的孔流入，經(jīng)過鉆桿22與工件I的間隙和鉆頭2的刀片之間的間隙，從排屑孔18將鐵屑排出。外激光源20和角度敏感探測器19固定安裝于外固定架21中，外固定架21固定于機(jī)床上，調(diào)整內(nèi)激光源13和角度敏感探測器19位置后固定不動。內(nèi)激光源13和位置敏感探測器14固定在內(nèi)固定架12內(nèi)，內(nèi)固定架12通過螺釘固定在鉆頭2上。徑向伸縮器10安放在鉆頭2開有的凹槽內(nèi)，上方用耐磨彈性密封塊11密封，一方面起保護(hù)作用，另一方面防止切削液和切屑進(jìn)入。軸向伸縮器4 一端用固定座3固定在鉆頭2上，另一端伸長后與鉆桿22內(nèi)端面接觸。外激光源20發(fā)出的光線16，平行于鉆頭2和鉆桿22初始軸線，穿過鉆桿22上的檢測孔17，照射在位置敏感探測器`14上，用于檢測鉆頭位置，鉆頭位置的變化以坐標(biāo)值的形式反映；內(nèi)激光源13發(fā)出的光線15，同樣的穿過鉆桿22上的檢測孔17，照射在角度敏感探測器19上，用于檢測鉆頭角度，鉆頭角度的變化最終以角度的形式反映。當(dāng)鉆頭2位置發(fā)生變化時(shí)，外激光源發(fā)出的光線16經(jīng)檢測孔17照射在位置敏感探測器14上的光斑會發(fā)生變化，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)并處理后向驅(qū)動電源發(fā)出指令，根據(jù)計(jì)算機(jī)的輸出控制信號，驅(qū)動電源輸出一定的高壓直流電壓驅(qū)動徑向伸縮器10產(chǎn)生相應(yīng)的位移，進(jìn)而調(diào)整鉆頭2的位置直至恢復(fù)正確位置；當(dāng)鉆頭2角度發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)激光源發(fā)出的光線15經(jīng)過檢測孔17照射在角度敏感探測器19的位置會變化，通過光斑的不同變化由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計(jì)算機(jī)接收數(shù)字信號并處理后向驅(qū)動電源發(fā)送指令，輸出一定的高壓直流電壓驅(qū)動軸向伸縮器4產(chǎn)生相應(yīng)的位移，調(diào)整鉆頭的角度直至恢復(fù)初始位置。
權(quán)利要求1.一種深孔加工在線檢測與糾偏裝置，包括鉆頭、鉆桿，鉆頭通過其螺紋段固定于鉆桿上，鉆頭與鉆桿之間設(shè)有擋油環(huán)，擋油環(huán)設(shè)置在靠近鉆桿外壁處，鉆桿固定于進(jìn)給箱上，鉆桿的中間開有排屑孔，其特征在于:在鉆桿排屑孔與外圓之間開有檢測孔，在鉆頭上、鉆桿檢測孔內(nèi)端對應(yīng)的位置處設(shè)置內(nèi)固定架，內(nèi)固定架上設(shè)置內(nèi)激光源和位置敏感探測器，在鉆桿檢測孔的外端設(shè)置外固定架，外固定架固定于機(jī)床上，外固定架上設(shè)置外激光源和角度敏感探測器，角度敏感探測器安裝位置對應(yīng)于內(nèi)激光源發(fā)出光線范圍內(nèi)，位置敏感探測器安裝位置對應(yīng)于外激光源發(fā)出光線范圍內(nèi)；沿鉆頭周向分布徑向伸縮器，避開內(nèi)固定架在鉆頭和鉆桿之間的環(huán)槽空間設(shè)置軸向伸縮器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的鉆頭小直徑段的直徑小于擋油環(huán)的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的徑向伸縮器放置在鉆頭周邊開有的凹槽里，凹槽在鉆頭導(dǎo)向塊的右方，徑向伸縮器上方采用耐磨彈性密封塊密封，徑向伸縮器和耐磨彈性密封塊初始總長度小于凹槽深度，通電伸長后與工件孔壁接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的徑向伸縮器采用磁致伸縮器或電致伸縮器，設(shè)置數(shù)量為3個或3個以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的軸向伸縮器貼近擋油環(huán)放置，一端用固定座固定在鉆頭上，另一端伸長后與鉆桿內(nèi)端面接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征在于:所述的軸向伸縮器采用磁致伸縮器 或電致伸縮器，設(shè)置數(shù)量為3個或3個以上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種深孔加工在線檢測與糾偏裝置，其特征是在鉆桿排屑孔與外圓之間開有檢測孔，在鉆頭上、檢測孔內(nèi)端對應(yīng)的位置處安裝設(shè)置內(nèi)激光源和位置敏感探測器的內(nèi)固定架，在鉆桿檢測孔的外端安裝設(shè)置外激光源和角度敏感探測器的外固定架，角度敏感探測器對應(yīng)于內(nèi)激光源，位置敏感探測器對應(yīng)于外激光源；沿鉆頭周向分布徑向伸縮器，避開內(nèi)固定架在鉆頭和鉆桿之間的環(huán)槽空間設(shè)置軸向伸縮器。本實(shí)用新型的內(nèi)激光源和外激光源發(fā)射激光，利用激光照射在位置敏感探測器和角度敏感探測器上的位置不同，在線檢測鉆頭加工過程中的位置和角度，并能通過徑向伸縮器和軸向伸縮器調(diào)整鉆頭的位置和偏角，從而解決了無法觀測鉆削偏斜和及時(shí)糾偏的難題。
文檔編號B23Q15/14GK203140845SQ20132013985
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者于大國, 沈興全, 寧磊, 孟曉華, 王繼明, 馬文姬, 聶林, 辛志杰 申請人:中北大學(xué)