壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测与自动清理集成装置及其检测和清理方法与流程

本发明涉及机器设备零部件机械加工技术领域，具体的说涉及一种壳体类零件平面孔系机械加工盲孔深度在线检测技术与孔内加工切屑自动清理技术以及两者的一体化集成技术。

背景技术：

壳体类零件是机械设备中广泛应用的重要基础零部件之一，典型的壳体类零件如减速器壳体、变速箱壳体和驱动桥桥壳等，他们将轴、套、齿轮等机械零部件组装在一起，使其保持相对正确的工作位置，从而能够按照一定的传动规律协调运动。壳体类零件的机械加工主要是按照设计要求对平面和平面孔系进行加工，其中平面孔系的机械加工多为非通螺纹孔系的加工，加工过程中既要保证孔的尺寸精度和位置精度，还要处理好孔和平面之间的相互关系。非通螺纹孔系的加工工艺步骤通常为钻孔、扩孔、倒角、攻丝，一般采用组合机床或专用机床、柔性加工中心等进行加工，在同一台加工机床或加工中心上，固定好加工定位基准后，通过变换不同工序加工位置，使用不同的数十把加工刀具，对平面非通螺纹孔系进行加工，完成粗精加工的所有工序。因此，其中任何一道工序出现为题都将导致整个加工机床或加工中心停滞，影响加工效率和成本。

平面非通螺纹孔系的机械加工工艺过程中，盲孔钻孔、扩孔加工作为攻丝的前道工序，其位置精度和尺寸精度会直接影响到后续螺纹孔的攻丝加工，尤其是盲孔的深度尺寸，如果盲孔的加工深度不符合加工工艺要求或者没有达到预定值，在后续螺纹孔的攻丝加工工序中会导致加工刀具丝锥触及孔底，阻力骤增，引起加工刀具丝锥的折断，堵塞螺纹孔，需停机返工，严重时甚至会导致整个零件报废，从而影响生产制造效率，增加制造成本。此外，盲孔的钻孔、扩孔机械加工过程中，必定会有部分加工切屑残留在孔内，影响后续螺纹孔攻丝加工的精度和质量，故在螺纹孔攻丝加工之前，需要将残留的切屑进行清理去除，以保证后续加工精度和质量。然而传统的机械加工过程中通常采用指定工位人工清理，该方法不仅耗费劳动力和时间，而且由于工作人员的疲劳和疏忽，很难保证残留切屑的快速与彻底清理，通过查阅相关资料也有采用小型非通孔清理设备，通过毛刷往复转动擦拭的方法对盲孔内部的残留切屑进行清理，清理效率不高，而且易造成孔壁的二次刮伤。因此对于平面非通螺纹孔系的机械加工工艺，尤其是对盲孔的加工深度尺寸和孔内的残留切屑杂质进行严格控制，显得尤为迫切！

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提出一种壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测与自动清理集成装置，该集成装置解决了壳体类零件平面孔系机械加工过程中不能及时检测盲孔深度是否符合加工要求或者达到预定值的问题，避免平面孔系机械加工过程中孔深未达标的孔直接进入攻丝工序，从而造成丝锥折断，堵塞螺纹孔的现象；此外本发明专利所涉及装置的检测头采用中空设计(空心轴)，在孔深检测完毕后可以接通气体，同时充当气流喷嘴的作用进行孔内清理，实现了自动清理装置与孔深度在线检测装置一体集成式设计。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下具体的技术方案：

一种壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测与自动清理集成装置，包括：

系统总支架，用于实现本装置与外部加工设备的连接固定；

安装板支架，其一端通过转轴与所述系统总支架转动连接，另一端上固定连接检测头安装板，检测头安装板上安装有至少一个检测头装置；

检测头安装板上设有密闭气流分布室，用于将气流均匀平稳的输送至安装板上的各个检测头装置；

所述检测头装置包括检测头、检测杆以及检测杆导套，所述检测头和检测杆均为带有阶梯孔的空心轴，检测头直径较大端空心轴的外表面通过孔轴配合嵌套安装在检测杆直径较大端的安装孔内，并且检测头和检测杆中的阶梯孔相通，检测杆上设有第一气孔，第一气孔与检测杆上的阶梯孔相通；

所述检测杆直径较小端轴的外表面通过孔轴配合穿过检测杆导套的中心通孔，检测杆导套上设有第二气孔，第二气孔与密闭气流分布室相通，密闭气流分布室通过接气套和外接气源连接；

检测杆导套末端与检测信号板相连，检测信号板的后部设有接近开关，通过复位弹簧实现检测杆在孔深检测过程中相对于检测杆导套的往复运动；

所述检测杆导套的外壁固定安装在检测头安装板上，检测头安装板和安装板支架固定连接；

动作机构，用于带动所述安装板支架绕转轴转动并复位。

所述检测头安装板包括检测头前安装板、检测头中间安装板和检测头后安装板，所述检测头前安装板、检测头中间安装板和检测头后安装板三者通过螺栓组连接形成密闭气流分布室。

所述动作机构包括气缸、气缸支架和气缸接头；其中，气缸通过气缸支架安装在系统总支架上，气缸的伸缩杆前端通过气缸接头与检测头后安装板相连。

所述系统总支架上安装有用于对安装板支架的位置进行定位的检测限位块。

所述外部加工设备包括组合机床或加工中心。

本发明还进一步公开了一种基于所述的壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测与自动清理集成装置进行盲孔深度检测的方法，

当壳体类零件平面孔系加工孔深未达到加工要求或者未达到预定值时，随着系统总支架的前移，检测头装置与所要检测的盲孔的孔底接触，产生阻推力，带动检测杆相对于检测杆导套后移，进而推动检测信号板后移，检测信号板后移的距离达到规定行程时，拧紧在检测信号板上的内六角螺钉碰撞到接近开关，触发产生信号脉冲，系统接收并处理信号，在系统显示面板上显示壳体类零件平面孔系加工孔深未达标加工要求。

孔系直径系列范围为φ2～φ45mm，盲孔深度检测范围随孔系直径系列变化而调整，其最大范围不超过50mm。

本发明进一步公开了一种基于所述的壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测与自动清理集成装置对合格盲孔进行清理的方法，当孔深符合加工要求的情况下，自动控制系统接通气动控制阀，气流经接气套进入密闭气流分布室，再经密闭气流分布室进入检测杆中心孔，最后从检测头空心轴直径较小端的气流喷嘴通入所加工平面孔系的孔底，将孔内残留切屑吹出，经过规定的通气时间完成清理后，系统总支架后移，检测头从孔内退出，完成对所加工平面孔系的自动清理。

外接气源的压力为0.6～0.8MPa，通气时间为0.5～5s。

有益效果：

第一、通过壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测装置，钻孔、扩孔工序结束后可及时获取孔深是否达到加工要求的加工信息，避免后续攻丝工序中造成加工工具丝锥的折断，堵塞螺纹孔，导致所加工零件返工或者报废。

第二、通过孔内残留切屑自动清理装置，在孔深检测的同时同步实现孔内机械加工残留金属切屑的自动清理，有效保证后续螺纹孔攻丝的精度和质量，此外该装置采用气动控制技术实现清理功能，主要使用压缩空气作为工作介质，环保无污染。

第三、本发明所涉及的在线检测装置及控制系统、自动清理装置及控制系统模块化设计，易于集成到各种机械加工设备的总控制系统中，较好的实现了孔深的在线实时检测和孔内机械加工残留金属切屑的自动清理，提高孔加工的整体质量和效率。

附图说明

图1为本发明壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测与自动清理集成装置的结构示意图；

图2为图1的局部放大示意图；

图3为图1的俯视图；

图4为图3的局部放大示意图；

其中，1—检测头、2—紧固螺钉、3—检测杆、4—复位弹簧、5—检测杆导套、6—螺母组、7—平头螺钉、8—限位块、9—检测信号板、10—内六角螺钉、11—接近开关、12—接近开关安装支架、13—接气套、(14、15、23)—螺栓组、(16、17)—安装板支架、(18、19)—转轴、20—系统总支架、21—检测头前安装板、22—检测头中间安装板、24—检测头后安装板、25—密闭气流分布室、26—检测限位块、27—气缸支架、28—气缸、29—气缸接头、30—气缸非工作位置、31—安装板支架非工作位置、32—在线检测与自动清理集成装置非工作位置、33—第二气孔、34—第一气孔、35—接气套气孔。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测与自动清理集成装置，其能够在钻孔、扩孔工序结束后及时获取孔深信息，同时实现孔内残留加工切屑的自动清理，避免后续攻丝工序中造成丝锥折断，堵塞螺纹孔，导致所加工零件返工或者报废的现象，有效保证后续螺纹孔攻丝的效率和质量。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

本发明实施例提供的一种壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测与自动清理集成装置，其包括系统总支架、安装板支架、检测头安装板、固定在检测头安装板上的用于孔深检测的在线实时检测装置和用于孔内残留切屑自动清理的气动装置，以及带动安装板支架转动的自动复位机构。

如图1～图4所示，所述壳体类零件平面孔系加工盲孔深度在线检测装置主要由检测头1、检测杆3、检测杆导套5和检测信号板9组成。所述检测头1直径较大端空心轴的外表面通过孔轴配合嵌套安装在检测杆3直径较大端的安装孔内，并由紧固螺钉2进行轴向和周向固定。所述检测杆3直径较小端轴的外表面通过孔轴配合穿过检测杆导套5的中心通孔，其末端的螺纹通过螺母组6与检测信号板9相连，通过复位弹簧4实现检测杆3在孔深检测过程中相对于检测杆导套5的往复运动。所述检测杆导套5通过平头螺钉7和限位块8固定安装在检测头后安装板24上。当壳体类零件平面孔系加工孔深未达到加工要求或者未达到预定值时，随着系统总支架20的前移，检测头1与所要检测的盲孔的孔底接触，产生阻推力，带动检测杆3相对于检测杆导套5后移，进而推动检测信号板9后移，后移距离达到规定行程时，拧紧在检测信号板9上内六角螺钉10碰撞到接近开关11，触发产生信号脉冲，系统接收并处理信号，在系统显示面板上显示壳体类零件平面孔系加工孔深未达标加工要求。所述接近开关11通过接近开关安装支架12固定在检测头后安装板24上。

所述孔内残留切屑自动清理装置主要由检测头1、检测杆3、密闭气流分布室25和接气套13组成。所述密闭气流分布室25由检测头前安装板21、检测头中间安装板22和检测头后安装板24三者通过螺栓组连接形成。

所述检测头1为带有阶梯孔的空心轴，检测杆3直径较大端也带有阶梯孔，检测头1和检测杆3上的阶梯孔相通，检测杆3上的第一气孔34与检测杆3上的阶梯孔相通，检测杆导套5上的第二气孔33与密闭气流分布室25相通。当检测杆3相对于检测杆导套5没有滑移时，即壳体类零件平面孔系加工盲孔深度符合加工要求，检测杆导套5上的第二气孔33与检测杆3上的第一气孔34相通，密闭气流分布室25内的气流通过检测杆导套5上的第二气孔33、检测杆3上的第一气孔34进入检测杆3直径较大端的阶梯孔，到达检测头1直径较小端的出气孔。

所述接气套13与检测头前安装板21、检测头后安装板24，通过与平头螺钉7和限位块8相同的结构固定，接气套气孔35与密闭气流分布室25相通，外界气流经接气套13进入密闭气流分布室25。

孔深检测符合加工要求后，自动控制系统接通气动控制阀，气流由接气套13进入，检测头1直径较小端的出气孔输出，将气流通入所加工平面孔系孔底，从而将孔内残留切屑吹出，经过规定的通气时间清理后，系统总支架20后移，检测头1从孔内退出，完成对所加工平面孔系的自动清理。上述孔内残留切屑自动清理装置主要使用压缩空气作为工作介质，压缩空气源的压力为0.6～0.8MPa，规定的通气时间为0.5～5s，能够满足所有壳体类零件平面孔系加工孔内残留切屑清理的要求。

所述在线检测与自动清理集成装置自动复位机构由气缸28、气缸支架27、气缸接头29、所述气缸28通过气缸支架27安装在系统总支架20上，气缸28的伸缩杆前端通过气缸接头29与检测头后安装板24相连，通过气缸28的伸缩杆的伸缩行程，带动在线检测与自动清理集成装置绕转轴旋转，实现其在工作位置和非工作位置的自动切换复位动作。

所述工作位置为安装板固定支架处于如图1所示的水平位置状态，非工作位置为安装板固定支架处于如图1所示的倾斜位置状态。

所述工作位置由安装在系统总支架20上的检测限位块26进行准确定位，确保在线检测与自动清理集成装置的工作位置精度。

上述在线实时检测装置可同时检测加工平面内孔系所有盲孔的孔深，孔系直径系列范围为φ2～φ45mm，盲孔深度检测范围随孔系直径系列变化而调整，其最大范围不超过50mm，例如检测M12的螺纹底孔φ10.2mm的深度为20～27mm，检测M14的螺纹底孔φ12mm的深度为25～32mm，能够满足所有壳体类零件平面孔系加工的孔深检测要求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。