CN103182552A - 深孔加工在线检测与纠偏装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征是在钻杆排屑孔与外圆之间开有检测孔，在钻头上、检测孔内端对应的位置处安装设置内激光源和位置敏感探测器的内固定架，在钻杆检测孔的外端安装设置外激光源和角度敏感探测器的外固定架，角度敏感探测器对应于内激光源，位置敏感探测器对应于外激光源；沿钻头周向分布径向伸缩器，避开内固定架在钻头和钻杆之间的环槽空间设置轴向伸缩器。本发明的内激光源和外激光源发射激光，利用激光照射在位置敏感探测器和角度敏感探测器上的位置不同，在线检测钻头加工过程中的位置和角度，并能通过径向伸缩器和轴向伸缩器调整钻头的位置和偏角，从而解决了无法观测钻削偏斜和及时纠偏的难题。

Description

深孔加工在线检测与纠偏装置
技术领域
本发明属于深孔加工技术领域，具体涉及一种深孔加工在线检测与纠偏装置。
背景技术  
深孔加工复杂且特殊，难以观察加工部位和刀具状况，加工过程受诸如刀杆变形、***颤振、工件材质、钻头参数、切削参数、油液压力、排屑困难等多方面因素的影响，深孔零件常出现轴线偏斜的现象，一旦偏斜到某种程度，深孔零件轴线的直线度误差将产生急剧变化，钻头甚至从工件中间“水平”钻出，造成钻头损坏、工件报废、产品精度低、质量不合格等不良后果。由于深孔加工服务于装备制造行业，深孔工件的质量直接影响装备制造业的发展，也限制了深孔向其他领域拓展的空间。
深孔钻削孔轴线偏斜问题是目前存在的一项技术难题，目前国内外对深孔钻削孔轴线偏斜问题的研究不断加深，但是相对其他计量项目而言，直线度检测技术显得落后，尤其表现在对大长工件孔轴线直线度检测方面，到目前为止，尚没有用于检测深孔轴线直线度偏差的成熟产品。实际中，工人师傅经常通过用卡尺在孔的两端沿不同径向方向测量壁厚的方法判定直线度好坏，这种方法不能测得深孔内部轴线偏差，也即不能实现对深孔零件直线度的全程连续动态检测，很不精准，容易陷入以点概面的误区。因此开发一种适合深孔加工在线检测与纠偏装置显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述缺点，解决现有的深孔加工过程中难以观察到刀具的偏斜和出现偏斜后无法及时纠偏等难题，提供一种深孔加工在线检测与纠偏装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种深孔加工在线检测与纠偏装置，包括钻头、钻杆，钻头通过其螺纹段固定于钻杆上，钻头与钻杆之间设有挡油环，挡油环设置在靠近钻杆外壁处，钻杆固定于进给箱上，钻杆的中间开有排屑孔，其特征在于：在钻杆排屑孔与外圆之间开有检测孔，在钻头上、钻杆检测孔内端对应的位置处设置内固定架，内固定架上设置内激光源和位置敏感探测器，在钻杆检测孔的外端设置外固定架，外固定架固定于机床上，外固定架上设置外激光源和角度敏感探测器，角度敏感探测器安装位置对应于内激光源发出光线范围内，位置敏感探测器安装位置对应于外激光源发出光线范围内；沿钻头周向分布径向伸缩器，避开内固定架在钻头和钻杆之间的环槽空间设置轴向伸缩器。
上述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的钻头小直径段的直径小于挡油环的直径。
上述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的径向伸缩器放置在钻头周边开有的凹槽里，凹槽在钻头导向块的右方，径向伸缩器上方采用耐磨弹性密封块密封，径向伸缩器和耐磨弹性密封块初始总长度小于凹槽深度，通电伸长后与工件孔壁接触。
上述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的径向伸缩器采用磁致伸缩器或电致伸缩器，设置数量为3个或3 个以上。
上述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的轴向伸缩器贴近挡油环放置，一端用固定座固定在钻头上，另一端伸长后与钻杆内端面接触。
上述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的轴向伸缩器采用磁致伸缩器或电致伸缩器，设置数量为3个或3 个以上。
本发明中的内激光源和外激光源发射激光，充分利用激光照射在位置敏感探测器和角度敏感探测器上的位置不同，在线检测钻头在深孔加工过程中的位置和角度，通过A/D转换器将信号处理后传输给计算机，计算机对数据进行处理同时向驱动电源发送指令输出一定的高压直流电压，径向伸缩器和轴向伸缩器根据电压的大小产生相应的位移，进而调整钻头的位置和偏角，以此实现孔加工的在线检测与纠偏。
外激光源和角度敏感探测器固定于外固定架中，外固定架固定在机床上，固定不动。固定在内固定架的内激光源发出的光线经检测孔照射在角度敏感探测器上，通过欧拉角来分析钻头的倾斜角度；外激光源发出的光线同样经过检测孔照射在安装在内固定架的位置敏感探测器上。
在加工过程中，当钻头不在原来正确的位置时，位置敏感探测器和角度敏感探测器上的光斑将发生变化，A/D转换器会将变化量转换为数字信号，计算机将接收的数字信号进行处理，向驱动电源发送指令输出一定的高压直流电压，径向伸缩器和轴向伸缩器根据电压的大小产生相应的位移，进而调整钻头的位置和偏角，以此实现孔加工的在线检测与纠偏。
当钻头位置发生变化时，外激光源发出的光线经检测孔照射在位置敏感探测器的光斑会发生变化，经过A/D转换器转换为数字信号传给计算机，计算机接收数据并处理后向驱动电源发出指令，根据计算机的输出控制信号，驱动电源输出一定的高压直流电压驱动径向伸缩器产生相应的位移，进而调整钻头的位置直至恢复正确位置。
当钻头角度发生变化时，内激光源发出的光线经检测孔照射在角度敏感探测器的光斑也会发生变化，经过A/D转换器转换为数字信号传给计算机，计算机接收数据并处理后向驱动电源发出指令，根据计算机的输出控制信号，驱动电源输出一定的高压直流电压驱动轴向伸缩器产生相应的位移，进而调整钻头的角度直至恢复正确位置。
本发明具有如下优点：
第一，利用双激光源和双敏感探测器，在线检测钻头的位置和角度变化，解决了无法观测钻削偏斜的难题。第二，采用具有很大发展前景的电致伸缩器或磁致伸缩器，体积小、位移分辨率高、响应快、输出力大，可达4500N（参照天津大学硕士论文《超精密切削微进给平台的设计与研究》），能够及时纠正钻头角度和位置偏差。第三，钻头采用的小直径段不仅提供了足够大的安装检测和纠偏器件的环槽空间，更重要的是，小直径段的存在，使得钻头角度的调整成为可能。
附图说明
图1、本发明的结构示意图
图2、沿图1中 A-A线的剖面图
图3、沿图1中B-B线的剖面图
图中：1-工件 2-钻头 3-固定座 4-轴向伸缩器 5-挡油环 6-密封圈 7-输油器8-进给箱 9-导向块 10-径向伸缩器 11-耐磨弹性密封块  12-内固定架 13-内激光源 14-位置敏感探测器 15-内激光源发出的光线 16-外激光源发出的光线 17-检测孔 18-排屑孔 19-角度敏感探测器 20-外激光源 21-外固定架 22-钻杆
具体实施方式  
结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述，本实施例是用来说明本发明的，而不是对本发明做任何的限制。
如图1所示，本发明包括钻头2、钻杆22、固定座3、轴向伸缩器4、挡油环5、密封圈6、输油器7、进给箱8、径向伸缩器10、耐磨弹性密封块11、内固定架12、内激光源13、外激光源20、位置敏感探测器14、角度敏感探测器19等。
钻头2通过其螺纹段固定于钻杆22，钻杆22固定于进给箱8上，只作进给运动。输油器7为深孔加工提供高压油，油从输油器7的孔流入，经过钻杆22与工件1的间隙和钻头2的刀片之间的间隙，从排屑孔18将铁屑排出。
外激光源20和角度敏感探测器19固定安装于外固定架21中，外固定架21固定于机床上，调整内激光源13和角度敏感探测器19位置后固定不动。内激光源13和位置敏感探测器14固定在内固定架12内，内固定架12通过螺钉固定在钻头2上。
径向伸缩器10安放在钻头2开有的凹槽内，上方用耐磨弹性密封块11密封，一方面起保护作用，另一方面防止切削液和切屑进入。轴向伸缩器4一端用固定座3固定在钻头2上，另一端伸长后与钻杆22内端面接触。
外激光源20发出的光线16，平行于钻头2和钻杆22初始轴线，穿过钻杆22上的检测孔17，照射在位置敏感探测器14上，用于检测钻头位置，钻头位置的变化以坐标值的形式反映；内激光源13发出的光线15，同样的穿过钻杆22上的检测孔17，照射在角度敏感探测器19上，用于检测钻头角度，钻头角度的变化最终以角度的形式反映。
当钻头2位置发生变化时，外激光源发出的光线16经检测孔17照射在位置敏感探测器14上的光斑会发生变化，经过A/D转换器转换为数字信号传给计算机，计算机接收数据并处理后向驱动电源发出指令，根据计算机的输出控制信号，驱动电源输出一定的高压直流电压驱动径向伸缩器10产生相应的位移，进而调整钻头2的位置直至恢复正确位置；当钻头2角度发生变化时，内激光源发出的光线15经过检测孔17照射在角度敏感探测器19的位置会变化，通过光斑的不同变化由A/D转换器转换成数字信号，计算机接收数字信号并处理后向驱动电源发送指令，输出一定的高压直流电压驱动轴向伸缩器4产生相应的位移，调整钻头的角度直至恢复初始位置。

Claims (6)

1. 一种深孔加工在线检测与纠偏装置，包括钻头、钻杆，钻头通过其螺纹段固定于钻杆上，钻头与钻杆之间设有挡油环，挡油环设置在靠近钻杆外壁处，钻杆固定于进给箱上，钻杆的中间开有排屑孔，其特征在于：在钻杆排屑孔与外圆之间开有检测孔，在钻头上、钻杆检测孔内端对应的位置处设置内固定架，内固定架上设置内激光源和位置敏感探测器，在钻杆检测孔的外端设置外固定架，外固定架固定于机床上，外固定架上设置外激光源和角度敏感探测器，角度敏感探测器安装位置对应于内激光源发出光线范围内，位置敏感探测器安装位置对应于外激光源发出光线范围内；沿钻头周向分布径向伸缩器，避开内固定架在钻头和钻杆之间的环槽空间设置轴向伸缩器。
2.根据权利要求1所述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的钻头小直径段的直径小于挡油环的直径。
3.根据权利要求1所述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的径向伸缩器放置在钻头周边开有的凹槽里，凹槽在钻头导向块的右方，径向伸缩器上方采用耐磨弹性密封块密封，径向伸缩器和耐磨弹性密封块初始总长度小于凹槽深度，通电伸长后与工件孔壁接触。
4.根据权利要求1或3所述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的径向伸缩器采用磁致伸缩器或电致伸缩器，设置数量为3个或3 个以上。
5.根据权利要求1所述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的轴向伸缩器贴近挡油环放置，一端用固定座固定在钻头上，另一端伸长后与钻杆内端面接触。
6.根据权利要求1或5所述的深孔加工在线检测与纠偏装置，其特征在于：所述的轴向伸缩器采用磁致伸缩器或电致伸缩器，设置数量为3个或3 个以上。
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