專(zhuān)利名稱(chēng)：用于機(jī)床在線(xiàn)測(cè)量的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是應(yīng)用于數(shù)控加工中心測(cè)量用途的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)，以及該結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)內(nèi)制造業(yè)水平的日益提高，無(wú)人化自動(dòng)化加工，逐漸成為未來(lái)機(jī)床加工的必然 趨勢(shì)，因此接觸式測(cè)量探頭將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。探針是測(cè)頭的關(guān)鍵部件，該類(lèi)探針一般 由紅寶石測(cè)球、探針桿和金屬連接基座組成。紅寶石測(cè)球精度較高，硬度較高又耐磨，探 桿一般由金屬、陶瓷和碳纖維材料制成,前兩者造價(jià)較高,而金屬連接基座則是要具有高強(qiáng) 度，以保證與探桿的連接堅(jiān)固，這是探針設(shè)計(jì)上的習(xí)慣理念。這類(lèi)探針在應(yīng)用過(guò)程中，如 果一旦出現(xiàn)誤操作或不小心刮碰，都會(huì)讓陶瓷或碳纖維制成的整個(gè)探桿遭受毀滅性的損 壞，而金屬探桿雖然能在徑向的測(cè)量受撞擊時(shí)可以保護(hù)探針部分，而如果是軸向部分發(fā)生 沖擊則容易對(duì)探針連接的發(fā)射設(shè)備造成損壞，這樣價(jià)格較貴的探針就需要重新訂購(gòu)，造成 很大損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于機(jī)床在線(xiàn)測(cè)量的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)及制造方法，當(dāng)探針發(fā) 生碰撞時(shí)，廉價(jià)的十字交叉保護(hù)結(jié)構(gòu)先于探針損壞，以保證探針的測(cè)球和測(cè)桿完好無(wú)損， 從而降低更換部件的成本。
用于機(jī)床在線(xiàn)測(cè)量的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)，是用于連接測(cè)針和發(fā)射裝置的連接基座，其特征 在于連接基座為圓錐結(jié)合圓柱體的金屬件，在連接基座的圓柱上有兩個(gè)徑向交錯(cuò)的弧形 槽，相同的兩弧形槽呈軸向十字交叉布局；制造探針結(jié)構(gòu)的方法采用三維虛擬設(shè)計(jì)技術(shù) 和有限元分析軟件對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，概括為設(shè)計(jì)計(jì)算公式
Fk-F串KJK2 /s
其中-
FK------探針保護(hù)十字交叉結(jié)構(gòu)最大計(jì)算應(yīng)力
F——探針與工件接觸的外力 Kl——同一種材料比值系數(shù)
K2——不同材料比值系數(shù)；
當(dāng)Ff^的計(jì)算值超過(guò)材料本身的應(yīng)力限度，則會(huì)出現(xiàn)探針十字交叉結(jié)構(gòu)破壞的狀況， 起到保護(hù)的作用。
本設(shè)計(jì)是將探針受沖擊時(shí)的變形量傳遞給該保護(hù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)變形量超出安全系數(shù)時(shí)，圓 柱體中弧形槽的空間能夠吸納來(lái)自徑向和軸向絕大部分沖擊力，當(dāng)先受損壞，從而保護(hù)探針安全。該設(shè)計(jì)的核心在于弧形槽的軸向十字交叉結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的槽溝尺寸決定著該金屬 連接基座的受力極限。當(dāng)徑向受力時(shí)，該結(jié)構(gòu)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是保證單向受力的強(qiáng)度僅次于探桿 受損限度，既要保證本保護(hù)結(jié)構(gòu)具有壽命上限的彈性變形量、又能夠在探針安全系數(shù)之內(nèi)。


圖1是本設(shè)計(jì)探針保護(hù)結(jié)構(gòu)立體圖2是探針保護(hù)結(jié)構(gòu)主剖視圖3是探針保護(hù)結(jié)構(gòu)俯視圖4是使用狀態(tài)的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)組合示意圖；
具體實(shí)施例方式
用于機(jī)床在線(xiàn)測(cè)量的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)，是用于連接探針和發(fā)射裝置的金屬連接基座， 見(jiàn)圖4，其特征在于連接基座4為圓錐體1與圓柱體2的結(jié)合體，見(jiàn)圖l: 一端圓錐體l 小徑圓心有內(nèi)螺紋、另一端圓柱體2圓心有突出的螺桿3;在連接基座4的圓柱體2上有 兩個(gè)徑向交錯(cuò)的弧形槽，兩弧形槽呈軸向十字交叉，見(jiàn)圖2、圖3，兩弧形槽同尺寸、兩 槽的間隔厚度相等；在圓錐體l圓心處有內(nèi)螺紋孔，用于連接探桿5尾端螺紋，內(nèi)螺紋孔 1和螺桿3的螺紋都屬于通用的螺紋。
本設(shè)計(jì)金屬的連接基座4中的十字交叉保護(hù)槽其特征是在圓柱體2上沿徑向加工 出越過(guò)中心線(xiàn)的一個(gè)槽，沿軸向旋轉(zhuǎn)該圓柱體90° ，并軸向錯(cuò)開(kāi)第一個(gè)槽后繼續(xù)加工出 與前一槽垂直并越過(guò)中心線(xiàn)的第二個(gè)槽，從而完成該十字交叉保護(hù)結(jié)構(gòu)的制造。
本設(shè)計(jì)保護(hù)結(jié)構(gòu)的連接部分，見(jiàn)圖4，連接基座4的圓錐體1部位圓心的內(nèi)螺紋孔與 探桿5的圓柱體尾端連接，連接基座4的突出螺桿3與發(fā)射裝置6配置的同類(lèi)型螺紋孔旋 緊配合固定，完成探針5與發(fā)射裝置6的連接；發(fā)射裝置6后端連接刀柄7，組成完整的 探針保護(hù)結(jié)構(gòu)。
制造探針結(jié)構(gòu)的方法為了保證十字交叉結(jié)構(gòu)的合理和科學(xué)性，本發(fā)明采用了目前 較流行的三維虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)，應(yīng)用有限元分析軟件對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并總結(jié)出 一套用于計(jì)算的簡(jiǎn)便算法，按照該算法公式進(jìn)行設(shè)定，能夠計(jì)算出該十字探針結(jié)構(gòu)的具體 尺寸，該公式不只對(duì)同一材料能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算，而且也包含了不同材料的結(jié)構(gòu)尺寸 計(jì)算。
設(shè)計(jì)原理計(jì)算公式 其中
FK-…—探針保護(hù)十字交叉結(jié)構(gòu)最大計(jì)算應(yīng)力 F--------探針與工件接觸的外力Kl——同一種材料比值系數(shù) K2——不同材料比值系數(shù)。 代入不同材料比值系數(shù)的公式2:
FK:FH/(0.279承ACOS(X/4-lHX-4)承(sqrt(16-(X-4)承(X-4))) 其中
F:薩(牛)
Kh 262.99
K2:(鋼=1，黃銅=3.19;青銅=1.885;鋁=2.85;)
X:十字交叉槽結(jié)構(gòu)深度
當(dāng)FK二的計(jì)算值超過(guò)材料本身的應(yīng)力限度，則會(huì)出現(xiàn)十字交叉結(jié)構(gòu)破壞的狀況，起到 保護(hù)的作用，以鋼材料為例當(dāng)X值為6mm、F為10N、K2為1，經(jīng)過(guò)計(jì)算FK=185.99MPa， 鋼材料的應(yīng)力屬性為137.895MPa，計(jì)算值超過(guò)了鋼材料屬性值，從而在外力為10N時(shí)， 將會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，從而起到保護(hù)探針的作用。
該探針保護(hù)結(jié)構(gòu)不僅能夠連接探針5與更重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整體探針保護(hù)裝置的 徑向垂直兩個(gè)方向、軸向一個(gè)方向的受力保護(hù)。探針5在徑向的任何一個(gè)方向發(fā)生過(guò)度的 沖擊時(shí)，該裝置的十字交叉結(jié)構(gòu)4先于探針損壞，起到保護(hù)作用；當(dāng)探針5在軸向發(fā)生過(guò) 度的碰撞時(shí)，十字交叉結(jié)構(gòu)的過(guò)中心線(xiàn)槽結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)探針在軸向的保護(hù)，從而完成該裝 置在探針三個(gè)方向上的保護(hù)作用。
權(quán)利要求
1、用于機(jī)床在線(xiàn)測(cè)量的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)，是用于連接探針和發(fā)射裝置的連接基座，其特征在于連接基座為圓錐結(jié)合圓柱體的金屬件，在連接基座的圓柱上有兩個(gè)徑向交錯(cuò)的弧形槽，兩弧形槽呈軸向十字交叉布局。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機(jī)床在線(xiàn)測(cè)量的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于連接基座(4)中的兩個(gè)十字交叉保護(hù)槽在圓柱體(2)上沿徑向的第一個(gè)槽越過(guò)中心線(xiàn)，該圓柱體(2)上的第二個(gè)槽沿軸向旋轉(zhuǎn)90。，并軸向與第一個(gè)槽錯(cuò)開(kāi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于機(jī)床在線(xiàn)測(cè)量的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于圓柱體(2)上的兩弧形槽同尺寸、兩槽的間隔厚度相等。
4、 一種機(jī)床在線(xiàn)測(cè)量的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)的制造方法，采用三維虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)和有限元分析軟件，其特征在于制造時(shí)計(jì)算用的簡(jiǎn)便算法，按照該算法公式進(jìn)行設(shè)定，能夠計(jì)算出該十字探針結(jié)構(gòu)的具體尺寸，代入所用材料的具體參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算；用于計(jì)算的公式原理公式l:Fk:F承K^K2/S其中FK—十字交叉結(jié)構(gòu)最大計(jì)算應(yīng)力F........探針與工件接觸的外力Kl——同一種材料比值系數(shù)K2——不同材料比值系數(shù)；當(dāng)fk-的計(jì)算值超過(guò)材料本身的應(yīng)力限度，則會(huì)出現(xiàn)探針十字交叉結(jié)構(gòu)破壞的狀況，起到保護(hù)的作用。
全文摘要
用于機(jī)床在線(xiàn)測(cè)量的探針保護(hù)結(jié)構(gòu)及制造方法，是用于連接測(cè)針和發(fā)射裝置的連接基座，其特征在于連接基座為圓錐結(jié)合圓柱體的金屬件，在連接基座的圓柱上有兩個(gè)徑向交錯(cuò)的弧形槽，相同的兩弧形槽呈軸向十字交叉布局。采用三維虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)和有限元分析軟件，其特征在于制造時(shí)計(jì)算用的簡(jiǎn)便算法，按照該算法公式進(jìn)行設(shè)定，能夠計(jì)算出該十字探針結(jié)構(gòu)的具體尺寸，代入所用材料的具體參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算；該設(shè)計(jì)的核心在于弧形槽的軸向十字交叉結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的槽溝尺寸決定著該金屬基座的受力極限。該結(jié)構(gòu)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是保證單向受力的強(qiáng)度僅次于探桿受損限度，對(duì)徑向受力有兩個(gè)方向、軸向一個(gè)方向的受力保護(hù)，既要保證本保護(hù)結(jié)構(gòu)具有壽命上限的彈性變形量、又能夠在探針安全系數(shù)之內(nèi)。
文檔編號(hào)B23Q17/00GK101653916SQ200910013528
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者嚴(yán)昊明, 軍 蘭, 雄 張, 楊麗敏, 賀鑫元, 馬國(guó)春, 高長(zhǎng)才 申請(qǐng)人:中捷機(jī)床有限公司