專利名稱：深孔加工在線檢測與糾偏裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于深孔加工技術領域，具體涉及一種深孔加工在線檢測與糾偏裝置。
背景技術：
深孔加工復雜且特殊，難以觀察加工部位和刀具狀況，加工過程受諸如刀桿變形、系統顫振、工件材質、鉆頭參數、切削參數、油液壓力、排屑困難等多方面因素的影響，深孔零件常出現軸線偏斜的現象，一旦偏斜到某種程度，深孔零件軸線的直線度誤差將產生急劇變化，鉆頭甚至從工件中間“水平”鉆出，造成鉆頭損壞、工件報廢、產品精度低、質量不合格等不良后果。由于深孔加工服務于裝備制造行業，深孔工件的質量直接影響裝備制造業的發展，也限制了深孔向其他領域拓展的空間。深孔鉆削孔軸線偏斜問題是目前存在的一項技術難題，目前國內外對深孔鉆削孔軸線偏斜問題的研究不斷加深，但是相對其他計量項目而言，直線度檢測技術顯得落后，尤其表現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品。實際中，工人師傅經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部軸線偏差，也即不能實現對深孔零件直線度的全程連續動態檢測，很不精準，容易陷入以點概面的誤區。因此開發一種適合深孔加工在線檢測與糾偏裝置顯得尤為重要。
發明內容
本發明的目的旨在克服上述缺點，解決現有的深孔加工過程中難以觀察到刀具的偏斜和出現偏斜后無法及時糾偏等難題，提供一種深孔加工在線檢測與糾偏裝置。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案: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，鉆頭與鉆桿之間設有擋油環，擋油環設置在靠近鉆桿外壁處，鉆桿固定于進給箱上，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、鉆桿檢測孔內端對應的位置處設置內固定架，內固定架上設置內激光源和位置敏感探測器，在鉆桿檢測孔的外端設置外固定架，外固定架固定于機床上，外固定架上設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于內激光源發出光線范圍內，位置敏感探測器安裝位置對應于外激光源發出光線范圍內；沿鉆頭周向分布徑向伸縮器，避開內固定架在鉆頭和鉆桿之間的環槽空間設置軸向伸縮器。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，設置數量為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放置，一端用固定座固定在鉆頭上，另一端伸長后與鉆桿內端面接觸。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，設置數量為3個或3個以上。本發明中的內激光源和外激光源發射激光，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轉換器將信號處理后傳輸給計算機，計算機對數據進行處理同時向驅動電源發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電壓的大小產生相應的位移，進而調整鉆頭的位置和偏角，以此實現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，外固定架固定在機床上，固定不動。固定在內固定架的內激光源發出的光線經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；外激光源發出的光線同樣經過檢測孔照射在安裝在內固定架的位置敏感探測器上。在加工過程中，當鉆頭不在原來正確的位置時，位置敏感探測器和角度敏感探測器上的光斑將發生變化，A/D轉換器會將變化量轉換為數字信號，計算機將接收的數字信號進行處理，向驅動電源發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電壓的大小產生相應的位移，進而調整鉆頭的位置和偏角，以此實現孔加工的在線檢測與糾偏。當鉆頭位置發生變化時，外激光源發出的光線經檢測孔照射在位置敏感探測器的光斑會發生變化，經過A/D轉換器轉換為數字信號傳給計算機，計算機接收數據并處理后向驅動電源發出指令，根據計算機的輸出控制信號，驅動電源輸出一定的高壓直流電壓驅動徑向伸縮器產生相應的位移，進而調整鉆頭的位置直至恢復正確位置。當鉆頭角度發生變化時，內激光源發出的光線經檢測孔照射在角度敏感探測器的光斑也會發生變化，經過A/D轉換器轉換為數字信號傳給計算機，計算機接收數據并處理后向驅動電源發出指令，根據計算機的輸出控制信號，驅動電源輸出一定的高壓直流電壓驅動軸向伸縮器產生相應的位移，進而調整鉆頭的角度直至恢復正確位置。本發明具有如下優點:
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、響應快、輸出力大，可達4500N (參照天津大學碩士論文《超精密切削微進給平臺的設計與研究》)，能夠及時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槽空間，更重要的是，小直徑段的存在，使得鉆頭角度的調整成為可能。
圖1、本發明的結構示意圖 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
圖中:1_工件2-鉆頭3-固定座4-軸向伸縮器5-擋油環6-密封圈7-輸油器8-進給箱9-導向塊10-徑向伸縮器11-耐磨彈性密封塊 12-內固定架13-內激光源14-位置敏感探測器15-內激光源發出的光線16-外激光源發出的光線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
具體實施例方式 結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步描述，本實施例是用來說明本發明的，而不是對本發明做任何的限制。如圖1所示，本發明包括鉆頭2、鉆桿22、固定座3、軸向伸縮器4、擋油環5、密封圈
6、輸油器7、進給箱8、徑向伸縮器10、耐磨彈性密封塊11、內固定架12、內激光源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固定于進給箱8上，只作進給運動。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固定于機床上，調整內激光源13和角度敏感探測器19位置后固定不動。內激光源13和位置敏感探測器14固定在內固定架12內，內固定架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，上方用耐磨彈性密封塊11密封，一方面起保護作用，另一方面防止切削液和切屑進入。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內端面接觸。外激光源20發出的光線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值的形式反映；內激光源13發出的光線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。當鉆頭2位置發生變化時，外激光源發出的光線16經檢測孔17照射在位置敏感探測器14上的光斑會發生變化，經過A/D轉換器轉換為數字信號傳給計算機，計算機接收數據并處理后向驅動電源發出指令，根據計算機的輸出控制信號，驅動電源輸出一定的高壓直流電壓驅動徑向伸縮器10產生相應的位移，進而調整鉆頭2的位置直至恢復正確位置；當鉆頭2角度發生變化時，內激光源發出的光線15經過檢測孔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轉換器轉換成數字信號，計算機接收數字信號并處理后向驅動電源發送指令，輸出一定的高壓直流電壓驅動軸向伸縮器4產生相應的位移，調整鉆頭的角度直至恢復初始位置。
權利要求
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，鉆頭與鉆桿之間設有擋油環，擋油環設置在靠近鉆桿外壁處，鉆桿固定于進給箱上，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、鉆桿檢測孔內端對應的位置處設置內固定架，內固定架上設置內激光源和位置敏感探測器，在鉆桿檢測孔的外端設置外固定架，外固定架固定于機床上，外固定架上設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于內激光源發出光線范圍內，位置敏感探測器安裝位置對應于外激光源發出光線范圍內；沿鉆頭周向分布徑向伸縮器，避開內固定架在鉆頭和鉆桿之間的環槽空間設置軸向伸縮器。
2.根據權利要求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的直徑。
3.根據權利要求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.根據權利要求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，設置數量為3個或3個以上。
5.根據權利要求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放置，一端用固定座固定在鉆頭上，另一端伸長后與鉆桿內端面接觸。
6.根據權利要求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，設置數量為3個或3個以上。
全文摘要
本發明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、檢測孔內端對應的位置處安裝設置內激光源和位置敏感探測器的內固定架，在鉆桿檢測孔的外端安裝設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于內激光源，位置敏感探測器對應于外激光源；沿鉆頭周向分布徑向伸縮器，避開內固定架在鉆頭和鉆桿之間的環槽空間設置軸向伸縮器。本發明的內激光源和外激光源發射激光，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糾偏的難題。
文檔編號B23B49/00GK103182552SQ20131009777
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月25日 優先權日2013年3月25日
發明者于大國, 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