一種微細切削測量轉(zhuǎn)換裝置及其公差預測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械加工領域，具體涉及一種微細切削測量轉(zhuǎn)換裝置及其公差預測方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術的發(fā)展，宇航、車輛、通信和醫(yī)療器械等領域?qū)α慵某叽缫笤絹?越小，加工精度和表面質(zhì)量要求也越來越高。微制造技術的研究水平已成為衡量一個國家 的機械制造業(yè)乃至整個制造水平的重要依據(jù)。"設計-加工-測量"一體化是目前發(fā)展的主要 趨勢，而在設計和加工微小型零件時，在線測試設備相對較少，離線測試在新的裝夾過程中 又會引入新的誤差，給加工過程造成不便，影響了加工效率，同時由于缺少對基本尺寸段 0.01-3mm標準公差值的描述，因而使得批量生產(chǎn)和控制表面質(zhì)量、加工精度變得更加困難， 阻礙了微制造技術的發(fā)展。國內(nèi)期刊《中國機械工程》雜志2010年第21卷18期上的"基于相 對精度因子的微米和中間尺度公差研究"一文中公開了基于MATLAB曲線擬合方法，建立相 對精度因子與尺寸幾何平均值的6階多項式回歸數(shù)學預測模型。根據(jù)數(shù)學統(tǒng)計原理，當多項 式的自變量的冪次超過3時，回歸系數(shù)的解釋變得困難，同時回歸函數(shù)也不是很穩(wěn)定，因此6 階多項式回歸數(shù)學預測模型誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種轉(zhuǎn)換方便、提高加工效率、能夠在線測量 且能精確預測基本尺寸段〇. 01-3mm的標準公差值的微細切削測量轉(zhuǎn)換裝置及其公差預測 方法。
[0004] 為解決以上技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案： 技術方案一： 一種微細切削測量轉(zhuǎn)換裝置，包括伺服電機、蝸桿、蝸輪、隔板、測頭、刀具、設于機床工 作臺上的工件以及用于加工檢測的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；所述伺服電機輸出端通過聯(lián)軸器與蝸桿連 接，所述蝸桿與蝸輪配合，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設置在隔板下方，所述測頭與刀具設置在旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 內(nèi)；所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括:主動輪、從動輪、鏈條、座套、設置在隔板右端的雙頭螺柱以及設置 在隔板左端的傳動軸;所述從動輪通過軸承設置在雙頭螺柱上，所述蝸輪設置在傳動軸上， 所述傳動軸穿過隔板通過鍵與主動輪連接，所述主動輪通過鏈條與從動輪連接，所述從動 輪上設有座套;所述測頭與刀具分別設置在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的座套內(nèi)。所述測頭與刀具與經(jīng)旋轉(zhuǎn) 機構(gòu)傳遞與機床主軸連接，并與工件相對應。所述座套的個數(shù)為2個或以上。
[0005] 技術方案二： 本發(fā)明的公差預測方法步驟如下(利用微細切削測量轉(zhuǎn)換裝置）： ① 利用刀具對工件進行切削加工； ② 經(jīng)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)換，利用測頭對加工后的工件進行在線測量； ③ 判斷加工后工件的尺寸是否小于3mm;如果小于3mm，執(zhí)行步驟⑤，如果大于等于3mm， 執(zhí)行步驟④； ④ 根據(jù)現(xiàn)有基本尺寸段3-1000mm的標準公差表評定加工后的公差等級，然后執(zhí)行步驟 ⑦； ⑤ 采用冪函數(shù)模型進行曲線擬合； 501提取基本尺寸段3-250mm，公差等級為11'01、11'0、11'1、112、113、114的標準公差數(shù) 值，計算幾何平均值D并制成表格； 502基于冪函數(shù)方法進行建模，得到公差等級為11'01、11'0、11'1、1了2、1了3、1了4的基本尺 寸與標準公差數(shù)值之間的冪函數(shù)模型并擬合出曲線圖，并對擬合曲線圖的橫縱坐標取對 數(shù)，冪函數(shù)擬合模型如下： IT01 冪函數(shù)模型：IT01 = 0.189D°·379; ΙΤ0冪函數(shù)模型：ΙΤ0 = 0 · 291D°·383 ; IT1 冪函數(shù)模型：IT1 = 0 · 464D°·384; IT2冪函數(shù)模型：IT2 = 0.738Dq·379 ; IT3冪函數(shù)模型：IT3 = 1 · 264D°·356 ; IT4冪函數(shù)模型：IT4 = 2 · 152DQ·336 ; ⑥ 根據(jù)擬合得到的冪函數(shù)模型，分別對擬合曲線圖的橫縱坐標取對數(shù)，對基本尺寸 0.01-3mm標準公差進行預測； ⑦ 判斷加工后的公差等級是否滿足設定的加工要求，如果滿足要求，則過程結(jié)束，如果 沒有滿足設定加工要求，則執(zhí)行步驟①。 對所述步驟⑤中公差等級1!'01、11'0、11'1、1了2、幾3、1了4冪函數(shù)模型的擬合程度進行求 解，計算在顯著性水平α = 0.01的情況下對應的F分布值與回歸系數(shù)R2。 所述步驟⑥中公差等級系數(shù)采用R5優(yōu)先系數(shù)，將此基本尺寸段分為9段:0.01-0.03mm、 0·03-0·06mm、0·06-0·10mm、0·10-0.18mm、0.18-0.30mm、0.30-0.60mm、0.60-1.00mm、1·00_ 1.80mm、1.80-3.00mm，利用擬合得到的冪函數(shù)模型，分別對上述9段進行標準公差值進行預 測分析。
[0006] 本發(fā)明的積極效果如下：本發(fā)明將電機與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)配置在隔板兩端，能夠有效的 保證轉(zhuǎn)換過程的平穩(wěn)，避免偏心現(xiàn)象的發(fā)生;本發(fā)明將刀具與測頭通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與機床進 行聯(lián)系，能夠?qū)崿F(xiàn)加工的在線測量;本發(fā)明座套的個數(shù)為2個或以上，保證了刀具和測頭的 多樣性，擴展了其使用范圍；本發(fā)明采用的冪函數(shù)擬合預測模型，相對比于6階多項式回歸 擬合預測模型，模型方程的確定系數(shù)R 2更接近于1，擬合效果更好，精度更高;本發(fā)明擬合圖 的橫縱坐標取對數(shù)，使得基本尺寸段0. 〇l-3mm被放大，能更真實清晰的反應幾何平均值D與 標準公差值之間的關系，能夠在線完成工件的"加工-測量"，提高了加工效率。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明轉(zhuǎn)換機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明沿B-B方向的剖視圖； 圖3為本發(fā)明刀具加工不意圖； 圖4為本發(fā)明測頭測量示意圖； 圖5為本發(fā)明本發(fā)明方法的流程圖； 圖6為本發(fā)明的公差等級為IT01的標準公差值擬合曲線示意圖； 圖7為本發(fā)明的公差等級為IT0的標準公差值擬合曲線示意圖； 圖8為本發(fā)明的公差等級為IT1的標準公差值擬合曲線示意圖； 圖9為本發(fā)明的公差等級為IT2的標準公差值擬合曲線示意圖； 圖10為本發(fā)明的公差等級為IT3的標準公差值擬合曲線示意圖； 圖11為本發(fā)明的公差等級為IT4的標準公差值擬合曲線示意圖。 在圖中：1電機、2蝸桿、3蝸輪、4隔板、5主動輪、6測頭、7從動輪、8刀具、9座套、10工件、 11鏈條、12雙頭螺柱、13傳動軸。
【具體實施方式】
[0008] 下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0009] -、本發(fā)明裝置的實施例： 實施例1 如圖1、2、3、4所示，一種微細切削測量轉(zhuǎn)換裝置，包括伺服電機1、蝸桿2、蝸輪3、隔板4、 測頭6、刀具8、設于機床工作臺上的工件10以及用于加工檢測的旋轉(zhuǎn)機構(gòu);所述伺服電機1 輸出端通過聯(lián)軸器與蝸桿2連接，所述蝸桿2與蝸輪3配合，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設置在隔板4下方， 所述測頭6與刀具8設置在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)； 所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括:主動輪5、從動輪7、鏈條11、座套9、設置在隔板4右端的雙頭螺柱12 以及設置在隔板4左端的傳動軸13;所述從動輪7通過軸承設置在雙頭螺柱12上，所述蝸輪3 設置在傳動軸13上，所述傳動軸13穿過隔板4通過鍵與主動輪5連接，所述主動輪5通過鏈條 11與從動輪7連接，所述從動輪7上設有座套9;所述測頭6與刀具8分別設置在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的座 套9內(nèi)。所述測頭6與刀具8與經(jīng)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)傳遞與機床主軸連接，并與工件10相對應。所述座 套9的個數(shù)為2個或以上。
[0010]二、本發(fā)明方法的實施例： 實施例2:如圖5所示 ① 利用刀具8對工件10進行切削加工； ② 經(jīng)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)換，利用測頭6對加工后的工件10進行在線測量； ③ 判斷加工后的尺寸是否小于3mm;如果小于3_，執(zhí)行步驟⑤，如果大于等于3_，執(zhí)行 步驟④； ④ 根據(jù)現(xiàn)有基本尺寸段3-1000_的標準公差表評定加工后的公差等級，然后執(zhí)行步驟 ⑦； ⑤ 采用冪函數(shù)模型進行曲線擬合； 501提取基本尺寸段3-250mm，公差等級為11'01、11'0、11'1、112、113、114的標準公差數(shù) 值，計算幾何平均值D并制成表格，如表1所示； 表1基本尺寸段3_250mm標準公差表
502基于冪函數(shù)方法進行建模，得到公差等級為11'