一种圆柱体变焦凸轮加工精度检测装置及其应用方法与流程

本发明属于光学仪器的检测领域，具体涉及一种圆柱体变焦凸轮加工精度检测装置及其应用方法。

背景技术：

变焦凸轮是变焦光学系统用于实现光学变焦的关键零件，变焦凸轮的工作原理是利用该零件本身的曲线轮廓带动与之连接的从动零件做往复移动，即通过该零件的回转运动转化成从动零件的直线运动。所以该零件加工完成后的圆柱体直线度、圆柱体圆度、螺旋槽曲线的加工精度和多线螺旋槽在圆柱体上的均分度等直接影响着光学系统的成像质量。

传统的检测方法只能依靠少量配套有高精度旋转机构的三坐标测量机进行近似测量，三坐标测量机检测的结果因测量探头的形状、接触点位置、螺旋槽曲率、接触角度和接触深度、曲线拐点圆滑度等多方面因素的影响，导致检测结果不准确且不稳定，存在不同程度的误判，同时整个过程繁琐、耗时、检测不确定性大、检测成本高。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种圆柱体变焦凸轮加工精度检测装置及其应用方法，通过一次装夹调整后便可实现变焦凸轮圆柱体直线度、圆柱体圆度、螺旋槽曲线坐标和多线螺旋槽在圆柱体上的均分度的检测，大大提高了检测的精度和检测成本，同时大大简化了检测时的操作步骤。

本发明的具体技术方案是：

一种圆柱体变焦凸轮加工精度检测装置，包括车床；所述车床的头部安装旋转主轴、旋转主轴上安装三爪卡盘、车床的中部安装有移动托盘、车床的尾部设置有尾架；移动托盘上安装有刀架；

其特征在于：还包括六自由度调整工装、分度刻度盘、测量轴以及测量表具；

六自由度调整工装安装在三爪卡盘上，分度刻度盘套装在六自由度调整工装上；待测圆柱体变焦凸轮安装在六自由度调整工装上；六自由度调整工装、待测圆柱体变焦凸轮均与所述旋转主轴同轴设置；

测量轴和测量表具均安装在刀架上，并且并排布置；所述测量轴的外径与待测圆柱体变焦凸轮上螺旋槽的宽度相匹配。

具体来说，六自由度调整工装包括用于对待测圆柱体变焦凸轮六个自由度进行调整保证其圆柱体几何中心线与车床旋转主轴的旋转中心线共轴。

进一步的，测量轴的外径与待测圆柱体变焦凸轮上螺旋槽间隙配合；间隙量为0.03～0.06mm；

具体来说，测量表具为千分表或者百分表。

基于上述圆柱体变焦凸轮加工精度检测装置,现对其应用方法进行描述：

a：圆柱体变焦凸轮的直线度测量；

b：圆柱体变焦凸轮的圆度测量；

c：圆柱体变焦凸轮螺旋槽曲线距离误差测量；

d：圆柱体变焦凸轮多线螺旋槽均分度误差的测量。

具体地说，圆柱体变焦凸轮螺旋槽距离误差的测量步骤是：

c1：将测量轴固定在刀架上，调整测量轴的轴心线与车床旋转主轴轴心线等高且共面，同时确保测量轴的轴心线与车床旋转主轴之间相互垂直；

c2：将待测圆柱体变焦凸轮调整至测量位置，锁紧车床旋转主轴，避免其转动；通过刀架移动使得测量轴与待测圆柱体变焦凸轮中的第一个螺旋槽的任意一点a接触，同时将移动托盘位置显示值清0；

c3：将刀架退回至原始位置，使测量轴与a点分离；然后移动托盘使测量轴前进距离d；移动距离d时需要保证，测量轴在刀架的带动下能与第二螺旋槽的任意一点b接触，此时移动托盘位置显示值为d；

c4：读出移动托盘显示值d再加上测量轴外径和凸轮螺旋槽宽度的间隙量后得出a点与b点之间的实测尺寸d；

d＝d+间隙量；

c5：根据实测尺寸d和理论尺寸d1之间的差值，确定圆柱体变焦凸轮在初始角度时多线螺旋槽之间距离误差；

c6：使车床旋转主轴带动圆柱体变焦凸轮旋转，重复步骤c2至步骤c4，对螺旋槽中所有的拟合点进行测量，得出所有拟合点的距离误差值序列。

具体地说，圆柱体变焦凸轮多线螺旋槽均分度误差的测量步骤是：

d1：将测量轴固定在刀架上，调整测量轴的轴心线与车床旋转主轴轴心线等高且共面，同时确保测量轴的轴心线与车床旋转主轴之间相互垂直；

d2：将待测圆柱体变焦凸轮调整至测量位置，锁紧车床旋转主轴，避免其转动；通过刀架移动使得测量轴与待测圆柱体变焦凸轮中的一条螺旋槽的任意一点a接触，同时将分度刻度盘角度显示值清0°；

d3：将刀架退回至原始位置，使测量轴与a点分离；然后转动分度刻度盘使测量轴旋转α°；旋转α°时需要保证测量轴在车床旋转主轴的带动下能与另一螺旋槽的任意一点b接触，此时分度刻度盘角度显示值为α°；

d4：读出分度刻度盘角度显示值为α°，并将其与多线螺旋槽之间理论均分度做差，即可得出多线螺旋槽的均分度误差。

具体地说，圆柱体变焦凸轮的直线度测量的步骤是：

a1：将百分表或千分表固定在移动托盘上，调整百分表或千分表的探头高度，使其与车床旋转主轴等高，保证百分表或千分表的探头伸缩方向与接触面法线重合；

a2：锁紧车床旋转主轴、避免其转动；

a3：通过从左到右或从右到左调整移动托盘位置，可通过百分表或千分表测得圆柱体变焦凸轮表面跳动量，通过跳动量可以计算出直线度。

具体地说，圆柱体变焦凸轮的圆度测量的步骤是：

b1：将百分表或千分表固定于车床移动托盘10上，调整百分表或千分表探头高度，与车床旋转主轴等高，保证百分表或千分表探头伸缩方向与接触面法线重合；

b2：选取待测圆柱体变焦凸轮的截面后通过旋转车床旋转主轴一周测得所述截面的跳动量，通过跳动量可以计算出圆度。

本发明的优点在于：

1、采用本发明的测量装置，在一次装夹调整后便可实现变焦凸轮圆柱体直线度、圆柱体圆度、螺旋槽距离误差和多线螺旋槽在圆柱体上的均分度误差的测量，大大提高了检测的精度和检测成本，同时大大简化了检测时的操作步骤。

2、采用本发明的方法，避免了传统方法在测量螺旋线距离时会受到螺旋线升角影响而带来的误差，测量精度更高。

3、本发明将测量距离和待测圆柱体变焦凸轮旋转角度一一对应，每个角度都能测量出一个距离误差，精度更高。

4、本发明可在普通机床上增加六自由度调整工装、测量轴即可实现待测圆柱体变焦凸轮四个方面参数的测量，无需再特制车床或者购置整套检测设备，成本低。

附图说明

图1为本发明装置的结构简图；

图2为本发明在测量螺旋槽距离误差时的示意图

图3为本发明在测量多线螺旋槽均分度误差时的示意图。

附图标记如下：

1.车床2.三爪卡盘3.六自由度调整工装4.分度刻度盘、5.待测圆柱体变焦凸轮6.测量轴、7.刀架8.百分表或千分表、9.旋转主轴、10.移动托盘、11.尾架。

具体实施方式

一、检测装置组成

检测装置组成如图1所示。

该装置包括车床1；所述车床1的头部安装旋转主轴9、旋转主轴9上安装三爪卡盘2、车床1的中部安装有移动托盘10、车床1的尾部设置有尾架11；移动托盘10上安装有刀架7；还包括六自由度调整工装3、分度刻度盘4、测量轴6以及测量表具；

六自由度调整工装3安装在三爪卡盘2上，分度刻度盘4套装在待测圆柱体变焦凸轮5上；待测圆柱体变焦凸轮5安装在六自由度调整工装3上；六自由度调整工装3、待测圆柱体变焦凸轮5均与所述旋转主轴9同轴设置；

其中，六自由度调整工装3用于对待测圆柱体变焦凸轮六个自由度进行调整保证其圆柱几何中心线与车床旋转主轴的旋转中心线共轴。

测量轴6和测量表具均安装在刀架7上，并且并排布置；所述测量轴6的外径与待测圆柱体变焦凸轮5上螺旋槽的宽度相匹配(具体来说，测量轴的外径与待测圆柱体变焦凸轮上螺旋槽间隙配合；间隙量为0.03～0.06mm)。

具体的是，测量表具为千分表或者百分表8。

二、待测圆柱体变焦凸轮的安装和调整

1、将六自由度调整工装3安装于车床1的三爪卡盘2上；

2、将安装有待测圆柱体变焦凸轮5的分度刻度盘4固定于六自由度调整工装3上；

3、在车床1旋转主轴旋转过程中调整六自由度调整工装3的平移和倾斜约束，使得待测圆柱体变焦凸轮5的圆柱几何中心与车床1的旋转主轴的旋转中心重合，调整过程中使用移动托盘10上固定的百分表或千分表8来校准找正；

4、待测圆柱体变焦凸轮5的圆柱几何中心与车床1的主轴旋转中心重合的标准是待测圆柱体变焦凸轮5的安装或定位基准面无跳动；

5、如果待测圆柱体变焦凸轮5过长或刚度不够，使用车床尾架11来提供辅助支撑。

三、圆柱体变焦凸轮直线度检测

a1：将百分表或千分表固定在移动托盘上，调整百分表或千分表的探头高度，使其与车床旋转主轴等高，保证百分表或千分表的探头伸缩方向与接触面法线重合；

a2：锁紧车床旋转主轴、避免其转动；

a3：通过从左到右或从右到左调整移动托盘位置，可通过百分表或千分表测得圆柱体变焦凸轮表面跳动量，通过跳动量可以计算出直线度。

四、圆柱体变焦凸轮的圆度检测

b1：将百分表或千分表固定于车床移动托盘上，调整百分表或千分表探头高度，与车床旋转主轴等高，保证百分表或千分表探头伸缩方向与接触面法线重合；

b2：选取待测圆柱体变焦凸轮的截面后通过旋转车床旋转主轴一周测得所述截面的跳动量，通过跳动量可以计算出圆度。

五、圆柱体变焦凸轮螺旋槽距离误差的检测

参见图2：

c1：将测量轴固定在刀架上，调整测量轴的轴心线与车床旋转主轴轴心线等高且共面，同时确保测量轴的轴心线与车床旋转主轴之间相互垂直；

c2：将待测圆柱体变焦凸轮调整至测量位置，锁紧车床旋转主轴，避免其转动；通过刀架移动使得测量轴与待测圆柱体变焦凸轮中的第一个螺旋槽的任意一点a接触，同时将移动托盘位置显示值清0；

c3：将刀架退回至原始位置，使测量轴与a点分离；然后移动托盘使测量轴前进距离d；移动距离d时需要保证，测量轴在刀架的带动下能与第二螺旋槽的任意一点b接触，此时移动托盘位置显示值为d；

c4：读出移动托盘显示值d再加上测量轴外径和凸轮螺旋槽宽度的间隙量后得出a点与b点之间的实测尺寸d；

d＝d+间隙量；

c5：根据实测尺寸d和理论尺寸d1之间的差值，确定圆柱体变焦凸轮在初始角度时多线螺旋槽之间距离误差；

c6：使车床旋转主轴带动圆柱体变焦凸轮旋转，重复步骤c2至步骤c4，对螺旋槽中所有的拟合点进行测量，得出所有拟合点的距离误差值序列。

六、圆柱体变焦凸轮多线螺旋槽均分度误差的检测

参见图3：

d1：将测量轴固定在刀架上，调整测量轴的轴心线与车床旋转主轴轴心线等高且共面，同时确保测量轴的轴心线与车床旋转主轴之间相互垂直；

d2：将待测圆柱体变焦凸轮调整至测量位置，锁紧车床旋转主轴，避免其转动；通过刀架移动使得测量轴与待测圆柱体变焦凸轮中的一条螺旋槽的任意一点a接触，同时将分度刻度盘角度显示值清0°；

d3：将刀架退回至原始位置，使测量轴与a点分离；然后转动分度刻度盘使测量轴旋转α°；旋转α°时需要保证测量轴在车床旋转主轴的带动下能与另一螺旋槽的任意一点b接触，此时分度刻度盘角度显示值为α°；

d4：读出分度刻度盘角度显示值为α°，并将其与多线螺旋槽之间理论均分度做差，即可得出多线螺旋槽的均分度误差。

需要说明的是，在测量均分度时，当螺旋槽为2头时，理论均分度为180°，当测量出︱α-β︱°＝179.99°时，则在横截面h上的均分度误差为0.01°；

当螺旋槽为3头时，理论均分度为120°，当测量出︱α-β︱°＝120.02°时，则在横截面h上的均分度误差为0.02°。