专利名称：大导程螺旋槽加工精度的测量方法及工装的制作方法
技术领域：
本发明涉及重型机械加工技术，具体涉及一种大导程螺旋槽加工精度的测量方法及装置。
背景技术：
螺旋槽是在圆柱表面上，沿着螺旋线所形成的凹槽。大导程螺旋槽，例如螺旋角为
0.65224°左旋螺旋槽，导程L= 130148mm，这种大导程的螺旋线的形状近似于直线，普通的测量方式无法应用。以往的该类螺旋槽的测量曾经采用专门的工装，在螺旋槽加工完成后测量其螺旋角的线值，如果测量值在螺旋角的误差范围内则认为该螺旋槽加工合格。但该测量方式存在的问题是，I.需要设置表架、底座、测量块、曲柄等多件工装，结构较复杂， 工装成本较高；2.仅能测量两个选定位置的误差数据，不能判断螺旋槽的实际位置精度是否与设计图纸要求精度相符合；3.由于工装结构复杂，由工装本身产生的误差会对测量的结果产生影响。因此该类螺旋槽的精度测量还是一大技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种测量精度高的大导程螺旋槽加工精度的测量方法，该方法操作简便，具有通用性，且可以根据测量值来调整加工误差，解决大导程螺旋槽加工时无法测量其加工精度的问题。实现本发明目的的技术方案如下大导程螺旋槽加工精度的测量方法，包括以下步骤步骤1，沿工件的螺旋槽轴线方向选取测量平面；根据螺旋槽的尺寸确定测量钢球直径；步骤2，将工件的螺旋槽绘制成三维立体图，结合CAD软件得到每个测量平面处钢球所需测量的理论坐标值；步骤3，将磁吸块吸附在被测工件上，用钢球分别与磁吸块的侧面和螺旋槽的螺旋面相接触，钢球的球心位置处于测量平面上，在机床上用百分表测量出钢球在该位置的实测坐标值，然后将实测坐标值与理论坐标值进行比较，即可得出螺旋槽在该测量位置的精度；步骤4，重复步骤3将步骤I中所选取的各个测量平面进行测量。所述步骤I中选取的测量平面与螺旋槽的轴线垂直。所述钢球的曲率大于螺旋槽的螺旋线曲率。所述磁吸块包括吸附于工件端部的第一磁吸块。所述磁吸块包括吸附于工件端部的第一磁吸块和/或吸附于工件上并伸入到工件螺旋槽中的第二磁吸块。所述第二磁吸块包括磁性吸附体，在磁性吸附体的中部设有伸入到螺旋槽中的靠板。所述理论坐标值或实测坐标值包括横向、纵向以及垂直三个方向的值。
大导程螺旋槽加工精度的测量工装，包括吸附于工件上的磁吸块；以及与工件螺旋槽螺旋面和磁吸块侧面进行接触的钢球；以及测量钢球坐标值的百分表。所述磁吸块包括吸附于工件端部的第一磁吸块和/或吸附于工件上并伸入到工件螺旋槽中的第二磁吸块。 所述第二磁吸块包括磁性吸附体，在磁性吸附体的中部设有伸入到螺旋槽中的靠板。采用了上述方案，本发明应用于螺旋槽加工完成后测量螺旋槽的实际加工精度数据，以判断螺旋槽的加工质量是否满足图纸要求，也可应用于螺旋槽加工过程中修正加工误差，即在螺旋槽留有加工余量的情况下进行测量，根据测量得出的误差值调整刀具的补偿量，由此来控制螺旋槽的实际加工精度。加工出合格的螺旋槽。本发明优点是测量工具简单；工装成本较低；可以在加工过程中进行测量，并根据测量数据来修正加工误差；可以精确的保证实际加工零件与图纸要求相符。因此，本发明具有测量工具简单，经济，测量方法简便，测量精度高，效果显而易见等特点。
图I为本发明选择三个平面对螺旋槽进行测量的平面示意图；图2为图I的立体示意图；图3为沿图I中A— A线(测量A— A平面)的剖面结构图；图4为沿图I中B— B线(测量B— B平面)的剖面结构图；图5为沿图I中C一C线(测量C一C平面)的剖面结构图；图6为本发明方法的实施例的示意图；图I为沿图6中Al—Al线(测量Al—Al平面)的剖面结构图；图8为沿图6中BI—BI线(测量BI—BI平面)的剖面结构具体实施例方式参照图I至图5，本发明的大导程螺旋槽加工精度的测量方法，包括以下步骤步骤1，沿工件10的螺旋槽轴线方向选取测量平面，选取的各个测量平面需与螺旋槽的轴线LI垂直。位置的选取主要根据螺旋槽11的长度和零件的刚性来确定，零件刚性较好，考虑每两个测量平面的间隔在Im — I. 5m之间，如果零件刚性较差，如细长形零件，则考虑在螺旋槽11中部增加测量平面数量，且测量平面的位置以均匀选取较为适宜，以确保螺旋槽的测量精度。图I和图2中共沿螺旋槽的轴线方向选取了 3个测量平面位置，使测量钢球20的球心位于各个测量平面上，测量平面A-A选取在螺旋槽中部，由于零件上没有适宜直接定位钢球的结构，所以根据所测量螺旋槽的截面形状定制一个第二磁吸块31，便于在螺旋槽轴线方向上固定第二磁吸块。该第二磁吸块可以应用于任意的测量平面位置，是一种通用的测量工装。因此测量平面理论上可以任意选取。测量平面B-B和C-C分别选择在了螺旋槽的两端部，由于零件两端面与螺旋槽轴线垂直，因此可以简化的第一磁吸30块直接吸附在两端面上，便于根据车间具体工装情况就地取材。根据螺旋槽的尺寸确定测量钢球直径，对于钢球的要求，考虑因素一主要是螺旋槽尺寸，要求钢球可以放进螺旋槽内，且保证与含所需测量的螺旋面在内的三个面相接触，二是钢球的曲率大于螺旋线的曲率，保证螺旋槽侧面与钢球相接触时为点接触。由曲率的定义可知直线的曲率为零，而大导程螺旋槽近似于直线，因此其曲率半径也趋近于零，而钢球任一点的曲率为1/R (其中R为钢球半径)；三是钢球大小应便于测量，曲率越小钢球的体积越大，测量也越不方便，而钢球的曲率越大，操作性也越差；因此在满足因素一和因素二的前提下，本发明中钢球直径的优选值为IOmm—30mm。步骤2，将工件的螺旋槽绘制成三维立体图，结合CAD软件得到每个测量平面处钢球所需测量的坐标值，该坐标值为测量位置的理论值。在图I至图5中，示意出了测量平面A-A、B-B和C-C的起始平面X (横向)、Y (纵向)、Z (垂直方向)，以便于计算各测量平面的坐标值。步骤3，将磁吸块吸附在被测工件上，用一个钢球分别与磁吸块的侧面和螺旋槽的螺旋面相接触，钢球的球心位置处于测量平面上。将第一磁吸块分别吸附在工件的端部，使 第一磁吸块分别位于B-B和C-C测量平面附近，以及将第二磁吸块吸附在工件的中间位置，使第二磁吸块位于A-A测量平面附近，这样，确保钢球能分别与各个磁吸块的侧面和螺旋槽的螺旋面进行接触。对于第一磁吸块的结构要求较为简单，其外形大致为矩形即可。但对于第二磁吸块31，由于螺旋槽本身的特殊结构，根据螺旋槽的截面形状制作成第二磁吸块31，该第二磁吸块31与所测量的两螺旋面均留有间隙，间隙值小于钢球的半径，以保证钢球能够与第二磁吸块31以及螺旋槽的螺旋面相接触，该第二磁吸块31可固定于螺旋槽轴线方向上任意位置。因此为了测量需要，第二磁吸块31包括磁性吸附体32，磁性吸附体用于吸附在工件上，在磁性吸附体的中部设有伸入到螺旋槽中的靠板33，靠板33用于和钢球进行接触。当钢球和磁吸块满足以上要求，并且将钢球和磁吸块按照前述方法装配在工件上时，即确保钢球分别与各个磁吸块的侧面和螺旋槽的螺旋面进行接触后，机床上用百分表测量出钢球在该位置的实测坐标值，然后将实测坐标值与理论坐标值进行比较，即可得出螺旋槽在该测量位置的精度。步骤4，重复步骤3将步骤I中所选取的各个测量平面进行测量。理论坐标值或实测坐标值包括横向、纵向以及垂直三个方向的值。在图I至图5中，示意出了测量平面A-A、B-B和C-C的起始平面X (横向)、Y (纵向)、Z (垂直方向)，以便于计算各测量平面的坐标值。图3至图5是根据图I测量位置所需测量的数据示意图。测量平面A-A，B-B，C_C分别需要给出的3组理论数据分别为(Xa，Ya, Za)，(Xb, Yb, Zb) (Xe, Yc, Zc);测量后得到的3 组实测数据分别为(Xa, Ya1, Za1)，(Xb, Yb1, Zb1) (Xe, Yc1, Zc1);其中 Xa, Ya, Za 的理论值与测量值是相同的，即在测量时需调整至与理论值一致，才能确保实测时的测量平面与理论值所选的测量平面一致。通过比较(Ya，Za) %(Ya1, Za1), (Yb, Zb)与(Yb1, Zb1)、(Yc，Zc)与(Yc1, Zc1)的数据就能判断出3个测量位置的误差大小及误差方向。下面以具有大导程螺旋槽的刀座为例对上述方法作进一步说明对照图6至图8，该实施例中以刀座长度LO为1400mm，螺旋角为￠=0. 65224°左旋，导程L=130148mm的螺旋槽为例。
其测量方法，依次按以下步骤进行首先选取测量平面的数量和位置,如图6所示该螺旋槽全长LO为1400mm,其中使用长度最大为1300mm，加工时刀座安装于滚筒轴40上，滚筒轴的直径为460mm，该零件刚性较好，因此只需在首尾选择两个测量平面即可。由于螺旋槽的轴线与滚筒轴的轴线相重合，因此测量平面与滚筒轴的轴线垂直。确定磁吸块的结构由于刀座两端面与螺旋槽轴线垂直，所以磁吸块选择可直接吸附于刀座的两端上的第一磁吸块即可。刀座端面与滚筒轴槽的内端面的间隙为30X 190X约110mm，因此第一磁吸块需要能放置到该间隙内，且大于螺旋槽截面的相关尺寸，因此磁吸块的尺寸长X宽X厚选择范围以68<长< 190，钢球直径<宽< 110mm，0<厚< 30为最佳，可以考虑选取长X宽X厚=130X80X 20mm的第一磁吸块。确定测量钢球直径首先需保证钢球能放到螺旋槽内，以测量2°螺旋面为例，钢球直径需要小于约56mm ;另外在测量时需保证钢球最外侧与3个面相接触，其中一个面为 磁吸块平面，另外两个均为螺旋面。而底面螺旋面的台阶高度为15_，因此保证钢球最外侧与底部螺旋面接触，钢球的半径需小于15mm，考虑到钢球的曲率需方便测量和取材，因此钢球的直径选定为20mm，该钢球的任一点的曲率为1/10。根据所选定的测量钢球直径和第一磁吸块的吸附位置可以确定，两个测量平面的位置分别在位于距离刀座两端面内侧IOmm处。利用绘图软件得出测量平面处理论值(Xa，Ya, Za)，(Xb, Yb, Zb)。按图7和图8所示，加工出螺旋槽后根据本发明方法得出测量平面处的实测值(Xa, Ya11Za1), (Xb1Yb11Zb1)0将两组数据进行对比即可得出测量点的加工误差值。实际加工中分别在螺旋槽单边余量为3mm, Imm, 0. 3mm, 0. Imm和成品时应用此方法进行测量,并在每次测量后对存在误差的数据进行调整补偿。在实际加工中采用上述实施方式完成零件的加工及测量后，实际测量点的误差均在要求精度内，保证了零件的精度要求，实现了本发明的初衷。另外，本发明还提供了一种大导程螺旋槽加工精度的测量工装，以及吸附于工件上的磁吸块；以及与工件螺旋槽螺旋面和磁吸块侧面进行接触的钢球20 ;以及测量钢球坐标值的百分表(图中未示出)。所述磁吸块包括吸附于工件端部的第一磁吸块30和/或吸附于工件上并伸入到工件螺旋槽中的第二磁吸块31。所述第二磁吸块包括磁性吸附体32，在磁性吸附体的中部设有伸入到螺旋槽中的靠板33。
权利要求
1.大导程螺旋槽加工精度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1，沿工件的螺旋槽轴线方向选取测量平面，根据螺旋槽的尺寸确定测量钢球直径; 步骤2，将工件的螺旋槽绘制成三维立体图，结合CAD软件得到每个测量平面处钢球所需测量的理论坐标值； 步骤3，将磁吸块吸附在被测工件上，用钢球分别与磁吸块的侧面和螺旋槽的螺旋面相接触，钢球的球心位置处于测量平面上，在机床上用百分表测量出钢球在该位置的实测坐标值，然后将实测坐标值与理论坐标值进行比较，即可得出螺旋槽在该测量位置的精度； 步骤4，重复步骤3将步骤I中所选取的各个测量平面进行测量。
2.根据权利要求I所述大导程螺旋槽加工精度的测量方法，其特征在于，所述步骤I中选取的测量平面与螺旋槽的轴线垂直。
3.根据权利要求I所述大导程螺旋槽加工精度的测量方法，其特征在于，所述钢球的曲率大于螺旋槽的螺旋线曲率。
4.根据权利要求I所述大导程螺旋槽加工精度的测量方法，其特征在于，所述磁吸块包括吸附于工件端部的第一磁吸块和/或吸附于工件上并伸入到工件螺旋槽中的第二磁吸块。
5.根据权利要求4所述大导程螺旋槽加工精度的测量方法，其特征在于，所述第二磁吸块包括磁性吸附体，在磁性吸附体的中部设有伸入到螺旋槽中的靠板。
6.根据权利要求I所述大导程螺旋槽加工精度的测量方法，其特征在于，所述理论坐标值或实测坐标值包括横向、纵向以及垂直三个方向的值。
7.一种大导程螺旋槽加工精度的测量工装，其特征在于，包括 吸附于工件上的磁吸块；以及 与工件螺旋槽螺旋面和磁吸块侧面进行接触的钢球；以及 测量钢球坐标值的百分表。
8.根据权利要求7所述大导程螺旋槽加工精度的测量工装，其特征在于，所述磁吸块包括吸附于工件端部的第一磁吸块和/或吸附于工件上并伸入到工件螺旋槽中的第二磁吸块。
9.根据权利要求8所述大导程螺旋槽加工精度的测量工装，其特征在于，所述第二磁吸块包括磁性吸附体，在磁性吸附体的中部设有伸入到螺旋槽中的靠板。
全文摘要
本发明公开了一种大导程螺旋槽加工精度的测量方法，包括沿工件的螺旋槽轴线方向选取测量平面；根据螺旋槽截面确定测量钢球直径；将工件的螺旋槽绘制成三维立体图，结合CAD软件得到每个测量平面处钢球所需测量的理论坐标值；将磁吸块吸附在被测工件上，用一个钢球分别与磁吸块的侧面和螺旋槽的螺旋面相接触，钢球的球心位置处于测量平面上，在机床上用百分表测量出钢球在该位置的实测坐标值，然后将实测坐标值与理论坐标值进行比较，即可得出螺旋槽在该测量位置的精度。本发明的方法操作简便，具有通用性，且可以根据测量值来调整加工误差，解决大导程螺旋槽加工时无法测量其加工精度的问题。
文档编号B23Q17/20GK102744651SQ20121025232
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者张育春, 张艳娜, 章意, 钱梓铭 申请人:常州宝菱重工机械有限公司