超深异型曲面回转型腔零件检测方法及专用设备与流程

本发明涉及钻地弹整体战斗部零件的加工领域，具体地指一种超深异型曲面回转型腔零件检测方法及专用设备。

背景技术：

钻地弹从20世纪80年代起由欧洲率先研制，最初用于攻击飞机跑道，由飞机挂载。随着航天防务技术的快速发展，钻地弹已发展为反跑道、反地面掩体和反地下坚固设施等各种类型，可分为巡航导弹型钻地弹、弹道导弹型钻地弹、机载精确制导航空炸弹型钻地弹等。钻地弹采用整体式动能侵彻战斗部，在弹道末段被加速到超声速，依靠飞行动能侵彻到地下坚硬目标或坚固掩体内，对其内设施和人员进行毁伤。

先进的超大型钻地弹整体式动能侵彻战斗部零件型腔深度超过2000mm，超出了常规的内径百分表等内孔量具的测量范围。并且型腔为多截面异形曲面回转体结构，尺寸精度要求高，尺寸允许偏差只有0.1mm，采用型面样板检测也十分困难。因为，样板的结构尺寸大、重量大、操作困难，无法准确判定型面样板是否在正确的位置，也无法准确判定与产品是否接触或间隙的数值。

技术实现要素：

本发明的目的就是要针对传统加工方法的不足，提供一种解决超深异型曲面回转型腔精明检测难题的超深异型曲面回转型腔零件检测方法及专用设备。

为实现上述目的，本发明所设计的超深异型曲面回转型腔零件检测方法，包括如下步骤：

1)安装

首先将待检测零件沿x轴方向安装在卧式数控车床上，然后将检测轴的前端部插入待检测零件的型腔中，检测轴的后端部通过检测轴基座安装在卧式数控车床的x轴托板上，最后将无线百分表安装在检测轴的前端部；

2)找正

使待检测零件的后部圆柱形型腔、后部圆柱形型腔的端面与卧式数控车床主轴同轴且垂直，跳动小于0.01mm，并用无线百分表测量后部圆柱形型腔直径值并记录d1测量值；

3)找零点

将无线百分表的测量杆与后部圆柱形型腔端面平齐，控制卧式数控车床向+x方向移动将无线百分表下压对零，控制卧式数控车床向-x方向移动d1测量值的一半，作为x方向的零点，控制卧式数控车床向-z方向移动无线百分表测量球头半径值r3，作为z方向的零点；

4)检测记录测量数据

按照+z方向间距3～10mm计算超深异型曲面回转型腔所有的理论坐标点p(+x，+z)，先数控移动+z再数控移动+x，显示并保存理论坐标点p对应的无线百分表数值δx，依次重复，直至所有的理论坐标点p(+x，+z)对应的无线百分表数值δx测量完并在电脑中保存；

5)测量数据处理

计算处理超深异型曲面回转型腔的实测坐标点p0(+x0，+z)，中间圆柱形型腔处的+x0＝+x-δx+t1，补偿值t1按照公式

计算；

计算处理超深异型曲面回转型腔的实测坐标点p0(+x0，+z)，前端圆锥形型腔处的+x0＝+x-δx+t2，补偿值t2按照公式t2＝r3/cosaα-r3计算；

其中，r1为型腔底面与前端圆锥形型腔相切的圆弧半径；

r2为前端圆锥形型腔与中间圆柱形型腔相切的圆弧半径；

r3为无线百分表测量球头的半径；

α为前端圆锥形型腔的斜角。

进一步地，所述步骤4)中，测量下一点时先将+x轴退回到零点。

进一步地，所述步骤1)中，检测轴与卧式数控车床z轴平行度误差不大于0.01mm，检测轴与卧式数控车床主轴的中心高误差不大于0.01mm。

进一步地，所述步骤1)中，卧式数控车床选用的是x轴、z轴具有光栅尺位置精度闭环控制的数控车床，且光栅定位精度误差小于0.015mm。

还提供一种用于上述所述超深异型曲面回转型腔零件检测方法的专用设备，包括卧式数控车床；还包括安装在所述卧式数控车床x轴托板上的检测轴、内置在所述检测轴轴孔端部的无线百分表基座、沿z轴方向安装在所述无线百分表基座上的无线百分表。

进一步地，所述检测轴的另一端通过检测轴基座固定在所述卧式数控车床x轴托板上。

进一步地，所述卧式数控车床选用的是x轴、z轴具有光栅尺位置精度闭环控制的数控车床，且光栅定位精度误差小于0.015mm。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：在卧式数控车床上安装带有无线百分表的检测轴，该专用设备解决了超大型钻地弹整体式动能侵彻战斗部零件型腔深度超过2000mm、超出了常规内径百分表等内孔量具的测量范围、同时也不能采用型面样板检测的问题，不仅可用于钻地弹整体战斗部零件的专用检测或在线加工后检测，也可以用于其他类似产品零件的专用检测或在线加工后检测；

利用该专用设备检测超深异型曲面回转型腔零件的方法，其检测精度高、检测误差小于0.02mm，同时，检测效率高，是传统型面检测效率的2～3倍，降低了检测成本低。

附图说明

图1为超深异型曲面回转型腔零件结构示意图；

图2为本发明专用设备与超深异型曲面回转型腔零件安装的结构示意图；

图3为本实施例中检测基准建立示意图；

图4为本实施例中中间圆柱形型腔检测修正值t1计算示意图；

图5为本实施例中前端圆锥形型腔检测修正值t2计算示意图。

图中各部件标号如下：

卧式数控车床1、检测轴2(其中：轴孔2.1)、待检测零件3(其中：型腔3.1、前端圆锥形型腔3.1a、中间圆柱形型腔31.b、后端圆柱形型腔3.1c)、基座锁紧螺钉4、无线百分表基座5、无线百分表6、百分表锁紧螺钉7、检测轴基座8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图2所示用于检测超深异型曲面回转型腔零件的专用设备，包括卧式数控车床1、安装在卧式数控车床1x轴(即横向)托板上的检测轴2及通过基座锁紧螺钉4安装在检测轴2轴孔2.1端部的无线百分表基座5，以及通过百分表锁紧螺钉7沿z轴方向安装在无线百分表基座5上的无线百分表6，检测轴2的另一端通过检测轴基座8固定在卧式数控车床1x轴托板上。本实施例中，卧式数控车床选用的是x轴(即横向)、z轴(即纵向)具有光栅尺位置精度闭环控制的数控车床，且光栅定位精度误差小于0.015mm；并且，检测轴与卧式数控车床z轴平行度误差不大于0.01mm，检测轴与卧式数控车床主轴的中心高误差不大于0.01mm。

该专用设备解决了超大型钻地弹整体式动能侵彻战斗部零件型腔深度超过2000mm、超出了常规内径百分表等内孔量具的测量范围、同时也不能采用型面样板检测的问题，不仅可用于钻地弹整体战斗部零件的专用检测或在线加工后检测，也可以用于其他类似产品零件的专用检测或在线加工后检测。

一种采用上述专用设备检测超深异型曲面回转型腔零件的方法，该待检测零件3的后端圆柱形型腔3.1c直径为d1、中间圆柱形型腔31.b直径为d2，前端圆锥形型腔3.1a直径为d3，其整体型腔3.1深度为l1，前端圆锥形型腔3.1a深度为l2，前端圆锥形型腔的斜角为α，型腔底面与前端圆锥形型腔相切的圆弧半径为r1，前端圆锥形型腔与中间圆柱形型腔相切的圆弧半径为r2，无线百分表测量球头的半径为r3，结合图1所示包括如下步骤：

1)安装

首先将待检测零件3沿x轴方向安装在卧式数控车床1上，然后将检测轴2的前端部插入待检测零件3的型腔3.1中，检测轴2的后端部通过检测轴基座8安装在卧式数控车床1的x轴托板上，最后将无线百分表6安装在检测轴2的前端部；

2)找正

使待检测零件3的后部圆柱形型腔3.1c、后部圆柱形型腔3.1c的端面与卧式数控车床1主轴同轴且垂直，跳动小于0.01mm(见附图1)，并用无线百分表6测量后部圆柱形型腔3.1c直径值并记录d1测量值，d1测量值精确到0.01mm，作为无线百分表6测量直径的基准；但是如果是在线加工后再检测，后部圆柱形型腔、后部圆柱形型腔的端面与卧式数控车床主轴自然同轴且垂直，不需进行此找正过程；

3)找零点

将无线百分表6的测量杆与后部圆柱形型腔3.1c端面平齐，控制卧式数控车床向+x方向移动将无线百分表下压对零，控制卧式数控车床向-x方向移动d1测量值的一半，作为x方向的零点，控制卧式数控车床向-z方向移动无线百分表测量球头半径值r3，作为z方向的零点(见附图3)；

4)检测记录测量数据

按照+z方向间距3～10mm计算超深异型曲面回转型腔所有的理论坐标点p(+x，+z)，先数控移动+z再数控移动+x，显示并保存理论坐标点p对应的无线百分表数值δx，测量下一点时先将+x轴退回到零点，以防止无线百分表与型腔发生碰撞，依次重复，直至所有的理论坐标点p(+x，+z)对应的无线百分表数值δx测量完并在电脑中保存；

5)测量数据处理

计算处理超深异型曲面回转型腔的实测坐标点p0(+x0，+z)，中间圆柱形型腔3.1b处的+x0＝+x-δx+t1，补偿值t1按照公式

计算，见图4；

计算处理超深异型曲面回转型腔的实测坐标点p0(+x0，+z)，前端圆锥形型腔3.1a处的+x0＝+x-δx+t2，补偿值t2按照公式t2＝r3/cosaα-r3计算，见图5；

其中，r1为哪个圆弧半径；

r2为哪个圆弧半径；

r3为无线百分表6测量球头的半径；

α为前端圆锥形型腔的斜角。

该检测方法其检测精度高、检测误差小于0.02mm，同时，检测效率高，是传统型面检测效率的2～3倍，降低了检测成本低。

实施例1

针对某型号钻地弹整体战斗部超深异型曲面回转型腔零件，其后端圆柱形型腔3.1c直径d1为300mm、中间圆柱形型腔31.b直径d2为286mm，前端圆锥形型腔3.1a直径d3为120mm，其整体型腔3.1深度l1为2200mm，前端圆锥形型腔3.1a深度l2为420mm，斜角α为9°，型腔底面与前端圆锥形型腔相切的圆弧半径r1为35mm，前端圆锥形型腔与中间圆柱形型腔相切的圆弧半径r2为1000mm，无线百分表测量球头的半径r3为2mm，其加工过程如下：

1)安装

首先将待检测零件沿x轴方向安装在卧式数控车床上，然后将检测轴的前端部插入待检测零件的型腔中，检测轴的后端部通过检测轴基座安装在卧式数控车床的x轴托板上，最后将无线百分表安装在检测轴的前端部；其中，检测轴与卧式数控车床z轴平行度误差不大于0.01mm，检测轴与卧式数控车床主轴的中心高误差不大于0.01mm；

2)找正

使待检测零件的后部圆柱形型腔、后部圆柱形型腔的端面与卧式数控车床主轴同轴且垂直，跳动小于0.01mm(见附图1)，并用无线百分表测量后部圆柱形型腔直径值并记录d1测量值，d1测量值精确到0.01mm，作为无线百分表测量直径的基准；但是如果是在线加工后再检测，后部圆柱形型腔、后部圆柱形型腔的端面与卧式数控车床主轴自然同轴且垂直，不需进行此找正过程；

3)找零点

将无线百分表的测量杆与后部圆柱形型腔端面平齐，控制卧式数控车床向+x方向移动将无线百分表下压2mm对零，控制卧式数控车床向-x方向移动d1测量值的一半，作为x方向的零点，控制卧式数控车床向-z方向移动无线百分表测量球头半径值r3，作为z方向的零点(见附图3)；

4)检测记录测量数据

按照+z方向间距3mm计算超深异型曲面回转型腔所有的理论坐标点p(+x，+z)，先数控移动+z再数控移动+x，显示并保存理论坐标点p对应的无线百分表数值δx，测量下一点时先将+x轴退回到零点，以防止无线百分表与型腔发生碰撞，依次重复，直至所有的理论坐标点p(+x，+z)对应的无线百分表数值δx测量完并在电脑中保存；

5)测量数据处理

计算处理超深异型曲面回转型腔的实测坐标点p0(+x0，+z)，中间圆柱形型腔3.1b处的+x0＝+x-δx+t1，补偿值t1按照公式

计算，见图4；

计算处理超深异型曲面回转型腔的实测坐标点p0(+x0，+z)，前端圆锥形型腔3.1a处的+x0＝+x-δx+t2，补偿值t2按照公式t2＝2/cosa9°-2计算，见图5。

实施例2

针对某型号钻地弹整体战斗部超深异型曲面回转型腔零件，其后端圆柱形型腔31.c直径d1为400mm、中间圆柱形型腔3.1b直径d2为390mm，前端圆锥形型腔3.1a直径d3为220mm，其整体型腔3.1深度l1为2800mm，前端圆锥形型腔3.1a深度l2为566mm，斜角α为9°，型腔底面与前端圆锥形型腔相切的圆弧半径r1为40mm，前端圆锥形型腔与中间圆柱形型腔相切的圆弧半径r2为1200mm，无线百分表测量球头的半径r3为2mm，其加工过程如下：

1)安装

首先将待检测零件沿x轴方向安装在卧式数控车床上，然后将检测轴的前端部插入待检测零件的型腔中，检测轴的后端部通过检测轴基座安装在卧式数控车床的x轴托板上，最后将无线百分表安装在检测轴的前端部；其中，检测轴与卧式数控车床z轴平行度误差不大于0.01mm，检测轴与卧式数控车床主轴的中心高误差不大于0.01mm；

2)找正

使待检测零件的后部圆柱形型腔、后部圆柱形型腔的端面与卧式数控车床主轴同轴且垂直，跳动小于0.01mm(见附图1)，并用无线百分表测量后部圆柱形型腔直径值并记录d1测量值，d1测量值精确到0.01mm，作为无线百分表测量直径的基准；但是如果是在线加工后再检测，后部圆柱形型腔、后部圆柱形型腔的端面与卧式数控车床主轴自然同轴且垂直，不需进行此找正过程；

3)找零点

将无线百分表的测量杆与后部圆柱形型腔端面平齐，控制卧式数控车床向+x方向移动将无线百分表下压3mm对零，控制卧式数控车床向-x方向移动d1测量值的一半，作为x方向的零点，控制卧式数控车床向-z方向移动无线百分表测量球头半径值r3，作为z方向的零点(见附图3)；

4)检测记录测量数据

按照+z方向间距10mm计算超深异型曲面回转型腔所有的理论坐标点p(+x，+z)，先数控移动+z再数控移动+x，显示并保存理论坐标点p对应的无线百分表数值δx，测量下一点时先将+x轴退回到零点，以防止无线百分表与型腔发生碰撞，依次重复，直至所有的理论坐标点p(+x，+z)对应的无线百分表数值δx测量完并在电脑中保存；

5)测量数据处理

计算处理超深异型曲面回转型腔的实测坐标点p0(+x0，+z)，中间圆柱形型腔3.1b处的+x0＝+x-δx+t1，补偿值t1按照公式

计算，见图4；

计算处理超深异型曲面回转型腔的实测坐标点p0(+x0，+z)，前端圆锥形型腔3.1a处的+x0＝+x-δx+t2，补偿值t2按照公式t2＝2/cosa9°-2计算，见图5。