一种微细切削测量转换装置及其公差预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械加工领域，具体涉及一种微细切削测量转换装置及其公差预测方 法。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，宇航、车辆、通信和医疗器械等领域对零件的尺寸要求越来 越小，加工精度和表面质量要求也越来越高。微制造技术的研究水平已成为衡量一个国家 的机械制造业乃至整个制造水平的重要依据。"设计-加工-测量"一体化是目前发展的主要 趋势，而在设计和加工微小型零件时，在线测试设备相对较少，离线测试在新的装夹过程中 又会引入新的误差，给加工过程造成不便，影响了加工效率，同时由于缺少对基本尺寸段 0.01-3mm标准公差值的描述，因而使得批量生产和控制表面质量、加工精度变得更加困难， 阻碍了微制造技术的发展。国内期刊《中国机械工程》杂志2010年第21卷18期上的"基于相 对精度因子的微米和中间尺度公差研究"一文中公开了基于MATLAB曲线拟合方法，建立相 对精度因子与尺寸几何平均值的6阶多项式回归数学预测模型。根据数学统计原理，当多项 式的自变量的幂次超过3时，回归系数的解释变得困难，同时回归函数也不是很稳定，因此6 阶多项式回归数学预测模型误差较大。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种转换方便、提高加工效率、能够在线测量 且能精确预测基本尺寸段〇. 01-3mm的标准公差值的微细切削测量转换装置及其公差预测 方法。
[0004] 为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案： 技术方案一： 一种微细切削测量转换装置，包括伺服电机、蜗杆、蜗轮、隔板、测头、刀具、设于机床工 作台上的工件以及用于加工检测的旋转机构；所述伺服电机输出端通过联轴器与蜗杆连 接，所述蜗杆与蜗轮配合，所述旋转机构设置在隔板下方，所述测头与刀具设置在旋转机构 内；所述旋转机构包括:主动轮、从动轮、链条、座套、设置在隔板右端的双头螺柱以及设置 在隔板左端的传动轴;所述从动轮通过轴承设置在双头螺柱上，所述蜗轮设置在传动轴上， 所述传动轴穿过隔板通过键与主动轮连接，所述主动轮通过链条与从动轮连接，所述从动 轮上设有座套;所述测头与刀具分别设置在旋转机构的座套内。所述测头与刀具与经旋转 机构传递与机床主轴连接，并与工件相对应。所述座套的个数为2个或以上。
[0005] 技术方案二： 本发明的公差预测方法步骤如下(利用微细切削测量转换装置）： ① 利用刀具对工件进行切削加工； ② 经旋转机构转换，利用测头对加工后的工件进行在线测量； ③ 判断加工后工件的尺寸是否小于3mm;如果小于3mm，执行步骤⑤，如果大于等于3mm， 执行步骤④； ④ 根据现有基本尺寸段3-1000mm的标准公差表评定加工后的公差等级，然后执行步骤 ⑦； ⑤ 采用幂函数模型进行曲线拟合； 501提取基本尺寸段3-250mm，公差等级为11'01、11'0、11'1、112、113、114的标准公差数 值，计算几何平均值D并制成表格； 502基于幂函数方法进行建模，得到公差等级为11'01、11'0、11'1、1了2、1了3、1了4的基本尺 寸与标准公差数值之间的幂函数模型并拟合出曲线图，并对拟合曲线图的横纵坐标取对 数，幂函数拟合模型如下： IT01 幂函数模型：IT01 = 0.189D°·379; ΙΤ0幂函数模型：ΙΤ0 = 0 · 291D°·383 ; IT1 幂函数模型：IT1 = 0 · 464D°·384; IT2幂函数模型：IT2 = 0.738Dq·379 ; IT3幂函数模型：IT3 = 1 · 264D°·356 ; IT4幂函数模型：IT4 = 2 · 152DQ·336 ; ⑥ 根据拟合得到的幂函数模型，分别对拟合曲线图的横纵坐标取对数，对基本尺寸 0.01-3mm标准公差进行预测； ⑦ 判断加工后的公差等级是否满足设定的加工要求，如果满足要求，则过程结束，如果 没有满足设定加工要求，则执行步骤①。 对所述步骤⑤中公差等级1!'01、11'0、11'1、1了2、几3、1了4幂函数模型的拟合程度进行求 解，计算在显著性水平α = 0.01的情况下对应的F分布值与回归系数R2。 所述步骤⑥中公差等级系数采用R5优先系数，将此基本尺寸段分为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，利用拟合得到的幂函数模型，分别对上述9段进行标准公差值进行预 测分析。
[0006] 本发明的积极效果如下：本发明将电机与旋转机构配置在隔板两端，能够有效的 保证转换过程的平稳，避免偏心现象的发生;本发明将刀具与测头通过旋转机构与机床进 行联系，能够实现加工的在线测量;本发明座套的个数为2个或以上，保证了刀具和测头的 多样性，扩展了其使用范围；本发明采用的幂函数拟合预测模型，相对比于6阶多项式回归 拟合预测模型，模型方程的确定系数R 2更接近于1，拟合效果更好，精度更高;本发明拟合图 的横纵坐标取对数，使得基本尺寸段0. 〇l-3mm被放大，能更真实清晰的反应几何平均值D与 标准公差值之间的关系，能够在线完成工件的"加工-测量"，提高了加工效率。
【附图说明】
[0007] 图1为本发明转换机构的结构示意图； 图2为本发明沿B-B方向的剖视图； 图3为本发明刀具加工不意图； 图4为本发明测头测量示意图； 图5为本发明本发明方法的流程图； 图6为本发明的公差等级为IT01的标准公差值拟合曲线示意图； 图7为本发明的公差等级为IT0的标准公差值拟合曲线示意图； 图8为本发明的公差等级为IT1的标准公差值拟合曲线示意图； 图9为本发明的公差等级为IT2的标准公差值拟合曲线示意图； 图10为本发明的公差等级为IT3的标准公差值拟合曲线示意图； 图11为本发明的公差等级为IT4的标准公差值拟合曲线示意图。 在图中：1电机、2蜗杆、3蜗轮、4隔板、5主动轮、6测头、7从动轮、8刀具、9座套、10工件、 11链条、12双头螺柱、13传动轴。
【具体实施方式】
[0008] 下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
[0009] -、本发明装置的实施例： 实施例1 如图1、2、3、4所示，一种微细切削测量转换装置，包括伺服电机1、蜗杆2、蜗轮3、隔板4、 测头6、刀具8、设于机床工作台上的工件10以及用于加工检测的旋转机构;所述伺服电机1 输出端通过联轴器与蜗杆2连接，所述蜗杆2与蜗轮3配合，所述旋转机构设置在隔板4下方， 所述测头6与刀具8设置在旋转机构内； 所述旋转机构包括:主动轮5、从动轮7、链条11、座套9、设置在隔板4右端的双头螺柱12 以及设置在隔板4左端的传动轴13;所述从动轮7通过轴承设置在双头螺柱12上，所述蜗轮3 设置在传动轴13上，所述传动轴13穿过隔板4通过键与主动轮5连接，所述主动轮5通过链条 11与从动轮7连接，所述从动轮7上设有座套9;所述测头6与刀具8分别设置在旋转机构的座 套9内。所述测头6与刀具8与经旋转机构传递与机床主轴连接，并与工件10相对应。所述座 套9的个数为2个或以上。
[0010]二、本发明方法的实施例： 实施例2:如图5所示 ① 利用刀具8对工件10进行切削加工； ② 经旋转机构转换，利用测头6对加工后的工件10进行在线测量； ③ 判断加工后的尺寸是否小于3mm;如果小于3_，执行步骤⑤，如果大于等于3_，执行 步骤④； ④ 根据现有基本尺寸段3-1000_的标准公差表评定加工后的公差等级，然后执行步骤 ⑦； ⑤ 采用幂函数模型进行曲线拟合； 501提取基本尺寸段3-250mm，公差等级为11'01、11'0、11'1、112、113、114的标准公差数 值，计算几何平均值D并制成表格，如表1所示； 表1基本尺寸段3_250mm标准公差表
502基于幂函数方法进行建模，得到公差等级为11'