车刀几何角度测量实验台的制作方法

本发明涉及一种应用于《机械制造技术基础》专业课的车刀几何角度测量的实验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够对车刀几何角度实现测量、数字化读取测量数据并进行数据的存取及测量结果实施比较的教学用实验台。

背景技术：

《机械制造技术基础》专业课是工科学生必修的专业课，课程涉及的内容专业性、理论性都较强，为工科学生日后参加工作或继续深造奠定了理论基础。期间开设的实验课，为学生提供了动手操作的能力。实验课的开展不但能加深学生对课本知识的理解，而且实现了学生和工程实际的零距离接触。

该专业课授课内容中，刀具几何角度这部分知识空间立体性强，学生很难一时理解。针对这部分内容开设的“车刀几何角度测量”实验课，为学生提供了理解这部分理论知识的空间，动手操作的机会。但目前用实验台，由于多年的使用，现在实验台出现了腐蚀、刻痕、刻线模糊不清等缺陷。并且，现用的实验台是通过测量人员目测，在刻度盘上人为的读取数据的方式获得被测角度值，测量结果与真实值误差较大，同时，该仪器的目前状态与现行的科技发展不符，致使本科教学严重地落后于科技的发展。鉴于此，创新性的开发研制了数字式车刀几何角度测量实验台。

技术实现要素：

本发明由实验台支撑部分、导向部分、测量部分和控制部分组成，

所述的实验台支撑部分包括实验台底座和实验台垫块，实验台垫块位于与实验台底座上，实验台垫块通过螺钉与实验台底座连接；

所述的实验台底座为板类结构件，实验台底座前端有两个阶梯孔分别用于安装第一导柱和第二导柱，实验台底座后端有四个螺纹通孔，用于安装实验台垫块。板的厚度为20-25mm,材质为铝。所述的实验台垫块为长方体结构，上部5mm厚的高出部分，作“基面”用。下部是U型凹槽，避免测量时，刀具与垫块干涉，使得刀具在实验台垫块底部自由移动。

所述的导向部分是由X向导向装置和Z向导向装置构成；导向部分包括第一导柱、第二导柱、第三导柱、第四导柱、滑座、第一直线轴承、第二直线轴承、第一挡头和第二挡头。

所述的X向导向装置由滑座、第二直线轴承、第三导柱、第四导柱、第二挡头组成，滑座为两侧半圆的实体件，中间X向开有两个通孔，孔内装有第二直线轴承，第二直线轴承与滑座是过盈配合安装。两个第二直线轴承中分别安装第三导柱和第四导柱，第三导柱和第四导柱沿第二直线轴承X向移动。第三导柱和第四导柱一端通过螺钉与固定块连接。为防止第三导柱和第四导柱移动时脱离第二直线轴承，在第三导柱和第四导柱另一端用两个螺钉安装第一挡头。第一挡头为两头半圆，中间为长方体的结构件，第一挡头上有安装第三导柱和第四导柱的两个通孔，用螺钉将其与第三导柱和第四导柱连接。

所述的Z向导向装置包括第一导柱、第二导柱、弹簧、滑座、第一直线轴承、第一挡头。

滑座中间Z向也开有两个通孔，孔内装有第一直线轴承，第一直线轴承与滑座是过盈配合安装，两个第一直线轴承中分别安装第一导柱和第二导柱，第一导柱和第二导柱一端通过两个螺钉与实验台底座连接，第一导柱和第二导柱另一端安装第一挡头，防止滑座移动时脱离第一导柱和第二导柱。滑座带动X向导向装置沿第一导柱和第二导柱实现Z向上下移动。第一挡头和滑座之间安装有弹簧，弹簧通过螺纹连接件固定在第一挡头和滑座上，弹簧的作用是抵消所有移动件的重力，也常称其为“省力机构”。

所述的测量部分包括角度传感器、固定块、第一齿形带轮、齿形带、第二齿形带轮、第二轴、测试片和限位块。固定块是一弯头实体，固定块偏上侧有一通孔，通孔中安装角度传感器轴，角度传感器轴与角度传感器自带轴承实现过盈配合。第一齿形带轮用顶丝固定在角度传感器轴上，第二齿形带轮用顶丝固定在第二轴上，第一齿形带轮和第二齿形带轮上套齿形带，第二轴与角度传感器轴平行，第二轴通过带挡边的轴承与固定块相连接。第二轴的一端侧面削成半圆槽，用于测量“主偏角”、“副偏角”时做测试面用。第二轴的同一端面底部也削成半圆槽，用于测量“刃倾角”时，做测试面用。第二轴的另一端用螺钉连接测试片，测试片的测量端开成倒“L”形，用于同时测量“前角”和“后角”。

测试片侧边安装限位块，限位块通过螺钉与实验台底座连接，作用是测量时限制车刀的摆放位置，防止车刀测量过程中位置移动。同时，限位块的侧面相当于“切削平面”。

控制部分包括模数转化模块和LED显示器，模数转化模块包括单片机和测量模块角度传感器输出的模拟量通过模数转化模块转化成数字量，最终测得的数字量值通过LED显示器显示。测量者直接读取即可，无需估读或计算。

本发明的具体测量过程：

通过测试片在刀具上的摆放位置或第二轴测试面与切削刃贴合位置，带动第二轴旋转，第二轴带动第二齿形带轮旋转，第二齿形带轮带动齿形带旋转，齿形带再带动第一齿形带轮轮旋转，第一齿形带轮轮带动角度传感器轴旋转，从角度传感器输出模拟量，实现角度的测量。角度传感器输出的模拟量通过模数转化模块转化成数字量，最终角度值输入给LED显示器。测量者直接读取即可，无需估读或计算。

本发明的有益效果是：

1、本发明打破了现有的实验仪器的老套、陈旧的不足，将先进的测试与传感技术应用于实验台的开发和研制上，实现了实验台数字显示。测量结果较原有实验台精确。

2、本发明采用角度传感器进行测量，通过齿形带实现角度传感器轴的转动。通过直线轴承实现了滑座在立柱上的移动，取代了原仪器中的手柄，解决了原仪器中部件间的干涉问题。

3、本发明采用测试片代替原仪器中的“指度片”，将测试片加工成倒“L”形结构，这样可同时测量两个角度：“前角”和“后角”。同时，将安装测试片的轴的另一端，削成半圆槽，该部分可以用来直接测量“主偏角”和“副偏角”。该结构简化了测量过程，节约了测量时间。

4、本发明在结构设计上就找出了测量中需要用到的“基面”、“切削平面”、和“正交平面”，无需测量时再找出这些平面，拿到刀具直接就可以测量，极大地节约了测量时间。

5.本发明采用控制盒实现测量数据的读取，提高了测量精度。将角度传感器输出的模拟量，通过控制盒中的模数转化模块进行模拟量的转化，将转化后的数字量输入给单片机，再由单片机将测得结果输入给显示器显示。省去了测量者估算读数的过程。

附图说明

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明的第一局部立体示意图。

图3为本发明的第二局部立体示意图。

图4为本发明的第三局部立体示意图。

具体实施方式

参阅图1所示，本发明由实验台支撑部分、导向部分、测量部分和控制部分3组成，

配合图1所示，所述的实验台支撑部分包括实验台底座2和实验台垫块22，实验台垫块22位于与实验台底座2上，实验台垫块22通过螺钉与实验台底座2连接；

所述的实验台底座2为板类结构件，实验台底座2前端有两个阶梯孔分别用于安装第一导柱9和第二导柱13，实验台底座2后端有四个螺纹通孔，用于安装实验台垫块22。板的厚度为20-25mm,材质为铝。所述的实验台垫块22为长方体结构，上部5mm厚的高出部分，作“基面”用。下部是U型凹槽，避免测量时，刀具与垫块干涉，使得刀具在实验台垫块22底部自由移动。

配合图3和图4所示，所述的导向部分是由X向导向装置和Z向导向装置构成；导向部分包括第一导柱9、第二导柱13、第三导柱6、第四导柱8、滑座5、第一直线轴承14、第二直线轴承15、第一挡头12和第二挡头7。

所述的X向导向装置由滑座5、第二直线轴承15、第三导柱6、第四导柱8、第二挡头7组成，滑座5为两侧半圆的实体件，中间X向开有两个通孔，孔内装有第二直线轴承15，第二直线轴承15与滑座5是过盈配合安装。两个第二直线轴承15中分别安装第三导柱6和第四导柱8，第三导柱6和第四导柱8沿第二直线轴承15X向移动。第三导柱6和第四导柱8一端通过螺钉与固定块16连接。为防止第三导柱6和第四导柱8移动时脱离第二直线轴承15，在第三导柱6和第四导柱8另一端用两个螺钉安装第一挡头7。第一挡头7为两头半圆，中间为长方体的结构件，第一挡头7上有安装第三导柱6和第四导柱8的两个通孔，用螺钉将其与第三导柱6和第四导柱8连接。

所述的Z向导向装置包括第一导柱9、第二导柱13、弹簧10、滑座5、第一直线轴承14、第一挡头12。

滑座5中间Z向也开有两个通孔，孔内装有第一直线轴承14，第一直线轴承14与滑座5是过盈配合安装，两个第一直线轴承14中分别安装第一导柱9和第二导柱13，第一导柱9和第二导柱13一端通过两个螺钉与实验台底座2连接，第一导柱9和第二导柱13另一端安装第一挡头12，防止滑座5移动时脱离第一导柱9和第二导柱13。滑座5带动X向导向装置沿第一导柱9和第二导柱13实现Z向上下移动。第一挡头12和滑座5之间安装有弹簧10，弹簧10通过螺纹连接件固定在第一挡头12和滑座5上，弹簧10的作用是抵消所有移动件的重力，也常称其为“省力机构”。

配合图2所示，所述的测量部分包括角度传感器18、固定块16、第一齿形带轮17、齿形带19、第二齿形带轮20、第二轴21、测试片4和限位块22。固定块16是一弯头实体，固定块16偏上侧有一通孔，通孔中安装角度传感器轴23，角度传感器轴23与角度传感器18自带轴承实现过盈配合。第一齿形带轮17用顶丝固定在角度传感器轴23上，第二齿形带轮20用顶丝固定在第二轴21上，第一齿形带轮17和第二齿形带轮20上套齿形带19，第二轴21与角度传感器轴23平行，第二轴21通过带挡边的轴承与固定块16相连接。第二轴21的一端侧面削成半圆槽，用于测量“主偏角”、“副偏角”时做测试面用。第二轴21的同一端面底部也削成半圆槽，用于测量“刃倾角”时，做测试面用。第二轴21的另一端用螺钉连接测试片4，测试片4的测量端开成倒“L”形，用于同时测量“前角”和“后角”。

测试片4侧边安装限位块1，限位块1通过螺钉与实验台底座连接，作用是测量时限制车刀的摆放位置，防止车刀测量过程中位置移动。同时，限位块1的侧面相当于“切削平面”。

控制部分3包括模数转化模块和LED显示器，模数转化模块包括单片机和测量模块，角度传感器18输出的模拟量通过模数转化模块转化成数字量，最终测得的数字量值通过LED显示器显示。测量者直接读取即可，无需估读或计算。

本发明的具体测量过程：

通过测试片4在刀具上的摆放位置或第二轴21测试面与切削刃贴合位置，带动第二轴21旋转，第二轴21带动第二齿形带轮20旋转，第二齿形带轮20带动齿形带19旋转，齿形带19再带动第一齿形带轮轮17旋转，第一齿形带轮轮17带动角度传感器轴23旋转，从角度传感器18输出模拟量，实现角度的测量。角度传感器18输出的模拟量通过模数转化模块转化成数字量，最终角度值输入给LED显示器。测量者直接读取即可，无需估读或计算。

本发明主要针对车刀几何角度测量研究的具体结构，如需测量较复杂刀具的几何角度，只将现设计的结构做些调整即可。故本发明简单易行、较灵活、且通用性较强，适合于本科教学及工厂、企业的实际应用。