[发明专利]一种具有在机测量功能的外圆珩磨机床及测量方法

权利要求书

1.一种具有在机测量功能的外圆珩磨机床，其特征在于：包括床身(15)、主轴箱(1)、珩磨结构(5)、尾座单元、珩磨驱动单元、外径测量单元及数控系统；

所述床身(15)的床头安装主轴箱(1)，所述床身(15)中部安装两个直线导轨A(13)，所述直线导轨A(13)上方设有珩磨结构(5)和尾座单元，均与直线导轨A(13)滑动连接，所述床身(15)在两个直线导轨A(13)之间设有长凹槽，在长凹槽内安装珩磨驱动单元，所述床身(15)一侧设有测量单元安装台(11)，所述测量单元安装台(11)上安装外径测量单元；

所述珩磨结构(5)包括两个珩磨头(19)、两个珩磨头支架(18)、两个直线导轨B(16)、气缸(24)、四个上滑块(17)、珩磨拖板(25)、丝杆螺母支座(22)和下滑块(23)，所述珩磨拖板(25)上安装两个直线导轨B(16)，每个珩磨头支架(18)下方设有两个上滑块(17)，两个上滑块(17)分别与两个直线导轨B(16)滑动连接，所述珩磨头支架(18)通过上滑块(17)沿直线导轨B(16)在X向移动，所述珩磨头(19)与珩磨头支架(18)上部固定连接，所述珩磨头(19)沿直线导轨B(16)在X向移动，所述气缸(24)的缸体和活塞杆分别固定在两个珩磨头支架(18)下方，气缸(24)的伸缩运动带动两个珩磨头(19)沿直线导轨B(16)相向移动；所述珩磨拖板(25)下方固定安装丝杆螺母支座(22)；

所述珩磨驱动单元包括丝杆固定座(29)、丝杆(30)、丝杆螺母(31)、电机支座(32)、联轴器(33)和丝杆电机(14)，所述丝杆(30)两端分别与丝杆固定座(29)及电机支座(32)的一端连接，所述丝杆电机(14)安装在电机支座(32)的另一端，所述丝杆电机(14)与丝杆(30)之间通过联轴器(33)连接，所述丝杆螺母(31)与丝杆螺母支座(22)固定连接，所述丝杆螺母(31)通过丝杆螺母支座(22)带动珩磨结构(5)在直线导轨A(13)上沿Z向运动；

所述外径测量单元包括上测量仪(27)、下测量仪(37)、测量仪支架(9)、气动滑台(10)、转接板(28)、直线模组(12)和模组电机(3)；所述直线模组(12)一端安装模组电机(3)，所述气动滑台(10)通过转接板(28)与直线模组(12)连接，所述气动滑台(10)上方安装测量仪支架(9)，所述测量仪支架(9)上安装上测量仪(27)和下测量仪(37)，所述上测量仪(27)与下测量仪(37)安装位置关于主轴轴线在竖直方向上对称，所述直线模组(12)驱动上测量仪(27)和下测量仪(37)沿Z向移动，所述气动滑台(10)驱动上测量仪(27)和下测量仪(37)沿X向移动；

所述上测量仪(27)及下测量仪(37)的测量形式为比对测量，即测量出标定后的测量仪触头(26)接触工件(4)后相较于标准件所产生的偏移量，所述上测量仪(27)及下测量仪(37)的内部均设有单向气缸，控制测杆(36)的摆动，使得测量仪触头(26)紧靠工件(4)外圆表面；

所述尾座单元包括尾座(7)、尾座拖板(8)、尾座滑块(34)和导轨钳制器(35)，所述尾座拖板(8)上方固定尾座(7)，所述尾座拖板(8)下方固定四个尾座滑块(34)，所述尾座滑块(34)与直线导轨A(13)之间滑动连接；所述导轨钳制器(35)共有两个、分别固定在尾座拖板(8)两侧的下方，所述导轨钳制器(35)随着尾座拖板(8)在直线导轨A(13)上滑动，当尾座单元移动至指定位置后，导轨钳制器(35)锁紧直线导轨A(13)，将整个尾座单元固定在直线导轨A(13)上的指定位置。

2.一种具有在机测量功能的外圆珩磨机床的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、校准外径测量单元

A1、用双频激光干涉仪测量直线模组(12)的直线度，记录直线模组(12)在工件(4)不同轴截面X₁、X₂、……、X_m位置处相较于基准水平面的高度偏差值Z₁、Z₂、Z₂……、Z_m，偏差值Z_m有正负之分，高于基准水平面的偏差值Z_m为正，低于基准水平面的偏差值Z_m为负；

A2、将校准件装夹至主轴箱(1)与尾座单元之间，校准件标定后的直径记为D，直线模组(12)驱动上测量仪(27)和下测量仪(37)沿Z向移至校准件上指定轴截面处，气动滑台(10)沿X向驱动上测量仪(27)和下测量仪(37)移动至工件(4)测量位，数控系统控制上测量仪(27)和下测量仪(37)两个触头(26)接触到校准件外圆表面，由于上测量仪(27)和下测量仪(37)的测量原理为比对测量，数控系统采集当前轴截面处上测量仪(27)和下测量仪(37)的测量值a₀和b₀，a₀和b₀分别为当前上测量仪(27)和下测量仪(37)各自触头(26)相对于标定直径D的偏差值，偏差值有正负之分，位于标定直径D外的测量数据为正值，位于标定直径D内的测量数据为负值；分别将上测量仪(27)和下测量仪(37)在该位置下所测得的a₀和b₀归零，则上测量仪(27)和下测量仪(37)对量程内任意直径工件(4)所测得的测量值均为相对于标定直径D的偏移值；由此完成外径测量单元对测量直径D的校准；

B、对工件(4)进行在机测量：

B1、通过数控系统控制直线模组(12)驱动上测量仪(27)和下测量仪(37)移动到待测工件(4)X₁截面处，气动滑台(10)沿X向移动至工件(4)测量位，上测量仪(27)和下测量仪(37)两个触头(26)接触到待测件外圆表面，由数控系统采集当前轴截面处上测量仪(27)和下测量仪(37)的一组测量数据a₁₁和b₁₁，并记工件(4)当前角度位置为0°；

B2、工件(4)在主轴驱动下旋转θ，按步骤B1测量出该角度方向上的一组测量数据a₁₂、b₁₂；以此类推，主轴带动工件(4)共旋转n＝(180°/θ)-1次，上测量仪(27)和下测量仪(37)正好测得工件(4)整个圆周的n组测量数据a₁₁、b₁₁、a₁₂、b₁₂、……a_1n、b_1n；

B3、完成X₁截面测量后，数控系统控制直线模组(12)驱动测量仪移动至下一测量位置X₂截面处，重复步骤B1-B2的测量操作，得到X₂截面处n组测量数据a₂₁、b₂₁、a₂₂、b₂₂、……a_2n、b_2n；依次类推，直线模组(12)依次驱动测量仪至X₃、……、X_m截面处，完成工件(4)各个截面的数据测量；

C、处理测量数据

C1、修正测量数据偏差：由于在不同截面X_m处直线模组(12)在竖直方向上存在高度偏差Z_m，引起在不同截面下上测量仪(27)和下测量仪(37)的测量中心在竖直方向上存在相同的偏差值Z_m，因此在各截面所测得的数据上加上偏差值Z_m，修正该截面上的测量数据，即修正后该截面的测量数据为A_mn＝a_mn+Z_m，B_mn＝b_mn+Z_m；

C2、计算工件(4)直径：对于截面X_m，数控系统通过比对测量法首先根据第一组修正后测量数据A_m1和B_m1计算出当前0°下工件(4)的直径D_m1＝D+A_m1+B_m1＝D+a_m1+b_m1+2Z_m，再根据第二组修正后测量数据A_m2和B_m2计算出旋转θ角度后工件(4)的直径D_m2＝D+A_m2+B_m2＝D+a_m1+b_m1+2Z_m；依次类推，主轴带动工件(4)共旋转n＝(180°/θ)-1次，并按照前述同样的方法计算出X_m截面下的n组直径值D_m1、D_m2、……、D_mn；

C3、剔除无效点：对于截面X_m，首先对该截面下所测量的n组实际直径值D_m1、D_m2……、D_mn取平均值记为D_x，利用下列公式进行计算；对于偏差值Z大于某一数值的直径值实际值D_mn，予以剔除，也相应剔除该组测量数据；

C4、检测工件(4)圆度：将无效点剔除后，将剩余的修正后测量数据按圆度测量方法中的两点法计算，得到X_m截面下工件(4)圆度C，公式如下：

C＝Max{A_m1,B_m1,A_m2,B_m2……A_mn,B_mn}－Min{A_m1,B_m1,A_m2,B_m2……A_mn,B_mn}

即剩余修正后测量数据中的最大值减去最小值为工件(4)在X_m截面下的圆度。