一种数控机床工件实时在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种数控机床工件实时在线监测装置，属于机床设备技术领域。

背景技术

大型数控机床由于其大尺寸、大载荷的特点，在加工大型工件时往往会产生大的去除量，大尺度范围内，工件误差量增大。目前，数控机床的工件精度测量只能在完成一定工序后停机在位检测，或是移动至专用检测平台进行精度测量，严重影响加工效率。由于现有测量手段均采用接触式测量方式，无法实现数控机床工作时实时在线测量，制约了数控机床实时精度补偿技术的发展，限制了数控机床加工精度的进一步提高。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种数控机床工件实时在线监测装置。该装置在与工件保持非接触状态下，实时在线测量其与工件表面之间的位移值，并将测量数据通过数据传输线缆传送至上位机，利用检测的参数，通过上位机解算数据，可以得到工件的几何尺寸精度、圆度误差、圆柱度误差、工件安装偏心量及机床主轴回转误差等精度数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种数控机床工件实时在线监测装置，包括激光传感器、传感器安装座、过渡盘、螺钉、移动接头、固定接头、数据传输线缆和横纵位移调节装置，传感器安装座与过渡盘通过螺钉固定连接，激光传感器安装在传感器安装座上，激光传感器的数据传输线缆端部设有移动接头，移动接头可与传感器安装座随动，过渡盘通过其上部的锥柄拉钉与横纵位移调节装置固定连接，固定接头安装在横纵位移调节装置下端面，移动接头与固定接头连接，固定接头尾端连接的数据传输线缆与上位机连接，所述的横纵位移调节装置为左数控刀架，过渡盘上部的锥柄可在左数控刀架的内锥孔处精确定位，并被牢固拉紧，固定接头安装在左数控刀架下端面，固定接头尾端连接的数据传输线缆位于左数控刀架内的通道内，并与上位机连接，左数控刀架由数控机床精准控制，左数控刀架位于机床工作台上工件的左侧，右数控刀架位于机床工作台上工件的右侧，右数控刀架上安装刀具，用于切削，左数控刀架控制激光传感器与工件保持非接触状态，并确定激光传感器的检测位置，用于实时监测，在无需监测时，可直接拆卸过渡盘，更换刀具，用于双刀加工。

数控机床工作时，机床工作台带动工件旋转，刀具切削工件，激光传感器与工件保持非接触状态，并在数控机床工作状态下实时在线测量其与工件表面之间的位移值，并将测量数据通过数据传输线缆传送至上位机，上位机解算数据，可得到工件的几何尺寸精度、圆度误差、圆柱度误差、工件安装偏心量及机床主轴回转误差等精度数据。

当工件高度变化时，通过横纵位移调节装置驱动激光传感器、传感器安装座等组件在垂直方向运动，确保激光传感器在垂直方向精确定位，实现工件高度方向的变化测量。当工件直径变化时，横纵位移调节装置驱动激光传感器、传感器安装座等组件在水平方向运动，确保激光传感器在水平方向精确定位，实现工件直径方向的变化测量。

进一步的，当机床为单刀架机床时，所述的横纵位移调节装置由横杆、纵杆和十字滑块组成，纵杆底端固定支撑在地面上，十字滑块可以在纵杆上垂直移动，横杆可以相对于十字滑块水平移动，十字滑块上设置有锁紧垂直移动和水平移动的锁紧螺丝，在横杆端部把合有传感器安装座，在滑块上安装有固定接头，固定接头尾端连接的数据传输线缆从纵杆下方引出，并与上位机连接，通过调节十字滑块在纵杆上的位置控制高度，通过调节横杆的伸出长度，使激光传感器与工件保持一定距离的非接触状态，进行实时监测，激光传感器以工件为中心与单刀架机床的刀具保持在对立面，避开车削过程中，铁屑、铁渣带来的高温侵蚀，保护传感器正常运行，避开刀具处切屑过程中的振动，提高测量精度。

本发明的有益效果是：避免了传统人工接触式测量方法存在的检测效率低、检测一致性差，以及工件在移动至专用检测平台时存在的二次定位误差等不利因素，提高了数控机床加工精度与效率，该装置充分考虑了数控机床加工系统中存在的偏置误差、回转误差等因素，将激光传感器与数控机床结合在一起，数控机床工作时，机床工作台带动工件旋转，数控刀架切削工件，激光传感器与工件保持非接触状态，并位于刀具对侧，避开车削过程中，铁屑、铁渣带来的高温侵蚀，保护传感器正常运行，避开刀具处切屑过程中的振动，提高测量精度，实现了数控机床在工作状态下的工件实时在线监测功能，并将测量数据通过数据传输线缆传送至上位机，利用检测的参数，通过上位机解算数据，可得到工件的几何尺寸精度、圆度误差、圆柱度误差、工件安装偏心量及机床主轴回转误差等精度数据，为数控机床实时精度补偿技术奠定了基础。

本发明隶属于黑龙江省科技计划省院科技合作项目《智能机床工件实时在线监测技术研究》，项目编号：YS19A15。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明安装在双刀架车床上的结构示意图。

图中标号：

1、激光传感器，2、传感器安装座，3、过渡盘，4、螺钉，5、移动接头，6、固定接头，7、数据传输线缆，8左数控刀架，9、右数控刀架，10、机床工作台，11、工件。

具体实施方式

如图1-2所示，一种数控机床工件实时在线监测装置，包括激光传感器1、传感器安装座2、过渡盘3、螺钉4、移动接头5、固定接头6、数据传输线缆7和横纵位移调节装置，传感器安装座2与过渡盘3通过螺钉4固定连接，激光传感器1安装在传感器安装座2上，激光传感器1的数据传输线缆7端部设有移动接头5，移动接头5可与传感器安装座2随动，过渡盘3通过其上部的锥柄拉钉与横纵位移调节装置固定连接，固定接头6安装在横纵位移调节装置下端面，移动接头5与固定接头6连接，固定接头6尾端连接的数据传输线缆7与上位机连接，所述的横纵位移调节装置为左数控刀架8，过渡盘3上部的锥柄可在左数控刀架8的内锥孔处精确定位，并被牢固拉紧，固定接头6安装在左数控刀架8下端面，固定接头6尾端连接的数据传输线缆7位于左数控刀架8内的通道内，并与上位机连接，左数控刀架8由数控机床精准控制，左数控刀架8位于机床工作台10上工件11的左侧，右数控刀架9位于机床工作台10上工件11的右侧，右数控刀架9上安装刀具，用于切削，左数控刀架8控制激光传感器1与工件11保持非接触状态，并确定激光传感器1的检测位置，用于实时监测，在无需监测时，可直接拆卸过渡盘3，更换刀具，用于双刀加工。

数控机床工作时，机床工作台10带动工件11旋转，刀具切削工件11，激光传感器1与工件11保持非接触状态，并在数控机床工作状态下实时在线测量其与工件11表面之间的位移值，并将测量数据通过数据传输线缆7传送至上位机，上位机解算数据，可得到工件的几何尺寸精度、圆度误差、圆柱度误差、工件安装偏心量及机床主轴回转误差等精度数据。

当工件11高度变化时，通过横纵位移调节装置驱动激光传感器1、传感器安装座2等组件在垂直方向运动，确保激光传感器1在垂直方向精确定位，实现工件11高度方向的变化测量。当工件11直径变化时，横纵位移调节装置驱动激光传感器1、传感器安装座2等组件在水平方向运动，确保激光传感器1在水平方向精确定位，实现工件11直径方向的变化测量。

进一步的，当机床为单刀架机床时，所述的横纵位移调节装置由横杆、纵杆和十字滑块组成，纵杆底端固定支撑在地面上，十字滑块可以在纵杆上垂直移动，横杆可以相对于十字滑块水平移动，十字滑块上设置有锁紧垂直移动和水平移动的锁紧螺丝，在横杆端部把合有传感器安装座2，在滑块上安装有固定接头6，固定接头6尾端连接的数据传输线缆7从纵杆下方引出，并与上位机连接，通过调节十字滑块在纵杆上的位置控制高度，通过调节横杆的伸出长度，使激光传感器1与工件11保持一定距离的非接触状态，进行实时监测，激光传感器1以工件11为中心与单刀架机床的刀具保持在对立面，避开车削过程中，铁屑、铁渣带来的高温侵蚀，保护传感器正常运行，避开刀具处切屑过程中的振动，提高测量精度。