本实用新型属于装备检测领域，具体涉及一种数控刀架三联齿盘定位精度和重复定位精度检测装置。
背景技术：
机床，也被称为“工具机”和“工程母机”，是推动制造业发展的基础，也是推动我国国民经济发展的重要力量。在我国即将迎来“中国制造2025”的时期，不仅体现出了新时代对数控质量机床数量的要求，更体现出了对高精度数控机床的需求。高精度的加工中心和机床需要精度和可靠性更高的数控刀架来保证，而目前多数的数控刀架都是通过三联齿盘来实现数控刀架的分度和转位的，因此三联齿盘提供的定位精度和重复精度对数控刀架的最终精度起着决定性作用。不少企业仅仅会在数控刀架整体装配后才会进行数控刀架的定位精度和重复定位精度的检测，缺少了对关键功能部件质量的把控，也在一定程度上加大了产品的不确定性。所以，在数控刀架刀盘安装之前进行三联齿盘的定位精度和重复定位精度的检测是可以直接提供数控刀架装配质量的。
在数控刀架的各项检测标准中，定位精度和重复定位精度对实际的加工精度的影响是最直观的。目前针对整体数控刀架的定位精度和重复定位精度的研究有很多，相应的检测标准和方法也有很多。但是针对数控刀架三联齿盘的标准本很少，而且目前对定位精度和重复定位精度的检测方法使用较多的是自准直仪。在实际操作过程中，自准直仪的调整是比较繁琐精密的，自准直仪的安装和调整比较困难，振动、磁场等的外界因素对最终的检测精度也有很大的影响而且最终的检测结果的精度也很容易受到外界的干扰。
在实际生产中对三联齿盘的定位精度和重复定位精度的检测大多都是使用千分表来测量，首先齿盘的定位精度和重复定位精度要求的精度等级都是角秒级别的，换算后的直线距离使得千分表精度等级不一定能够达到；其次，检验工人稍有不慎就会直接影响最终的检测结果
技术实现要素：
因此，为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型提供一种数控刀架三联齿盘定位精度和重复定位精度检测装置。
为了实现上述目的，提供一种数控刀架三联齿盘定位精度和重复定位精度检测装置，包括：
支撑部分、三联齿盘、精度检测装置和控制部分；
所述支撑部分包括相互连接的上箱体和下箱体，所述三联齿盘、精度检测装置固定支撑在所述上箱体和下箱体内；
所述三联齿盘包括伺服电机、联轴器、内齿盘连接件、内齿盘和外齿盘，所述伺服电机定位连接在所述下箱体底部，所述伺服电机的电机轴上固定连接有所述联轴器和内齿盘连接件，所述外齿盘固定连接在所述上箱体上部，所述内齿盘通过所述内齿盘连接件连接至所述上箱体上部，所述内齿盘位于所述外齿盘内圈；
所述三联齿盘还包括右齿盘驱动盘、右齿盘、驱动气缸、驱动板、驱动导柱，所述右齿盘驱动盘通过定位装置定位在所述驱动板上，所述右齿盘与所述右齿盘驱动盘固定连接；所述驱动气缸固定安装在所述上箱体内部侧面，所述驱动导柱贯穿所述驱动板，以使得所述驱动气缸驱动所述驱动板移动时，所述驱动板沿所述驱动导柱的导向方向移动；
所述精度检测装置包括激光测距装置、内检测圈和外检测圈，所述内检测圈设置在所述外齿盘上，所述外检测圈设置在所述上箱体上；
所述激光测距装置设置在内检测圈或者所述外检测圈上。
进一步地，
所述激光测距装置设置在内检测圈上，所述激光测距装置包括多个激光传感器，所述多个激光传感器的数量等于所述内检测圈的内圈正多边形的边数量，且每一个激光传感器依次均匀设置在所述内检测圈的内圈正多边形的边上。
进一步地，
所述激光测距装置包括传感器固定支座和支座上盖，所述多个激光传感器周向均匀设置在所述传感器固定支座上，所述支座上盖固定于所述传感器固定支座上，将所述多个激光传感器固定于所述传感器固定支座上。
进一步地，
所述激光测距装置设置在外检测圈上，所述激光测距装置包括多个激光传感器，所述多个激光传感器的数量等于所述外检测圈的内圈正多边形的数量，且每一个激光传感器依次均匀设置在所述外检测圈的内圈正多边形的边上；还包括中心对称多面体，所述中心对称多面体的边数量等于所述外检测圈的内圈正多边形的边数量，所述多面体固定于所述上箱体，且与所述外检测圈同心。
进一步地，
所述外齿盘包括第一定位孔，所述上箱体包括第二定位孔，所述第一定位孔和所述第二定位孔对应，以便于通过定位销将所述外齿盘在所述上箱体上定位。
进一步地，
在所述驱动板的下方，所述驱动导柱上设置有直线轴承，所述直线轴承固定连接于所述驱动板。
进一步地，
在所述驱动板的上方，所述驱动导柱上设置有弹簧。
进一步地，
所述上箱体和所述下箱体之间设置有匹配卡槽，以防止所述上箱体和所述下箱体匹配时发生偏置。
与现有技术相比，本实用新型可以保证简单有效地检测出定位精度和重复定位精度，提高了检测效率，且成本低廉，便于批量生产和操作。
附图说明
图1是本实用新型中的内圈安装激光测距传感器的整体试验装置图。
图2是本实用新型中的外圈安装激光测距传感器的整体试验装置图。
图3是本实用新型中的支撑部分爆炸视图。
图4是本实用新型中的右齿盘转动装置爆炸视图。
图5是本实用新型中的右齿盘驱动装置爆炸视图。
图6是本实用新型中的激光测距传感器在内圈的布局爆炸视图。
图7是本实用新型中的激光测距传感器在外圈的布局爆炸视图。
图8是本实用新型中按照装配结构划分的下部分安装视图。
图9是本实用新型中上箱体示意图。
图10是本实用新型中右齿盘连接盘示意图。
图11是本实用新型中驱动板示意图。
图12是本实用新型中按照装配结构划分的上部分安装内部布局图。
图13是本实用新型中按照装配结构划分的上部分安装视图。
图14是本实用新型中按照装配结构划分的上部分安装视图的下端。
图15是本实用新型中图14中给出的剖视方向的剖视图。
图16是本实用新型中按照装配机构划分的中间部分和下部分的安装视图。
图17是图16加上内齿盘的示意图。
图18是本实用新型中在内圈安装激光测距传感器的装配图的放大图。
图19是本实用新型中的内检测圈。
图20是本实用新型中在外圈安装激光测距传感器的装配图的放大图。
图21是本实用新型中的外检测圈示意图。
图22是将激光测距传感器放在内圈的原理图。
图23是本实用新型中将激光测距传感器放在外圈的原理图。
图24是本实用新型中图23中的部分放大图。
图25是本实用新型中整体试验装置的运行流程图。
图中，各数字指示含义如下：
上箱体1、下箱体2、地平铁3、控制柜4、伺服电机5、联轴器6、内齿盘连接件7、内齿盘8、外齿盘9、右齿盘10、右齿盘连接盘11、驱动气缸12、驱动导柱13、直线轴承14、驱动板15、1号磁力吸座16、右齿盘驱动盘17、2号磁力吸座18、12面体19、1号激光测距传感器20、外检测圈21、内检测圈22、2号激光测距传感器23、传感器固定支座24、支座上盖25、外齿盘固定销孔26、外齿盘磁力吸座孔27、检测圈固定孔28、气孔29、气缸固定孔30、箱体连接孔31、3号磁力吸座32、2号磁力吸座孔33、驱动板定位销孔34、驱动板磁力吸座孔35、导柱导孔36、驱动导柱下端盖孔37、驱动导柱下端盖38、发讯杆孔39、内齿盘固定孔40、右齿盘驱动盘定位销孔41。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1-25，对本实用新型进一步详细说明。
在本实用新型的一个实施例中，本实用新型各部分按承担的功能可以分为支撑部分、内齿盘转动装置、右齿盘驱动装置、精度检测装置和控制部分，但是实际的安装过程则根据安装位置主要分为上、中、下三个部分，以下对两种方案分别进行阐述。
方案一是在内圈安装激光测距传感器。首先是在地平铁上3上借助四个螺栓和“t”形螺母将下箱体2固定，然后在用四个螺栓将伺服电机5固定在下箱体中，下箱体2底部有和伺服电机5配做的卡槽，方便定位和安装。接着在伺服电机5的轴上装上联轴器6和配做的带有键槽的内齿盘连接件7，如图8所示。
接着进行上箱体的安装，将外齿盘9和上箱体1连接在一起，先利用三个外齿盘定位孔26实现外齿盘9和上箱体1之间定位，使用三个定位销即可，然后利用外齿盘磁力吸座孔27提前加装的三个3号磁力吸座32在控制系统的的控制下通电实现固定。然后进行上箱体1内部的安装，把1号磁力吸座16安装在右齿盘驱动盘17上的2号磁力吸座孔33中，然后利用右齿盘驱动盘上的右齿盘定位销孔保证右齿盘10在松开和夹紧的过程中不会出现转动。然后先利用驱动板15上的三个驱动板定位销孔34和右齿盘驱动盘17上对应的三个右齿盘驱动盘定位销孔41完成定位，锁紧是通过安装在驱动板磁力吸座孔35中的2号磁力吸座18完成的。接着将四个相同的驱动导柱13分别穿过导柱导孔36，在驱动板的下方，每根驱动导柱13上套一个直线轴承14，图12中的每一个直线轴承14都是用三个螺栓和驱动板15连接在一起的。在驱动板15的上方每一根驱动导柱上分别套一个弹簧，为的是装进上箱体1后，能够保证驱动板15的平稳运行，图12显示的就是这些部件在箱体内部的布局情况(弹簧未画出)。图13是和上箱体1装配在一起的视图，其中驱动气缸12是借助上箱体上的四个气缸固定孔30来安装的，两个气孔29分别对应着这驱动气缸12的进气和出气孔。在上箱体下方还要借助12个螺栓固定4个驱动导柱下端盖39，图14就是从下方看到上部分装配的视图，而图15是装配后的中间剖视图，其中在发讯杆孔39处可以根据实际情况不同选择是否安装检测右齿盘松开夹紧信号的装置，由于本实用新型的实验装置能够直观的看到整个右齿盘驱动装置的动作，也就不需要安装检测信号检测装置了。接着将装配好的中间部分放到下箱体装配部分的上面，如图16所示。在装配上箱体2和下箱体1的时候，两者中间有配做的卡槽，可以防止偏置，然后再用6个螺栓锁紧两个上箱体1和下箱体2。再在内齿盘连接件7上连接内齿盘8，内齿盘连接件7上有8个和内齿盘8对应的加工好的螺纹孔，可以借助8个螺栓完成连接，如图17所示。
最后要进行的是试验检测装置的上部分精度检测装置的安装，先在传感器固定支座24上安装上4个2号激光测距传感器23，盖上支座上盖25，利用六个螺栓和内齿盘8固定在一起，在每一个螺栓和传感器固定支座23之间还要多加一个螺母，这样能够保证传感器固定支座23和内齿盘接触的紧密性。最后，直接用四个螺栓将内检测圈22固定在上箱体1上，如图18所示。其中，内检测圈22是此检测方案中的重要环节，如图19所示。在加工的时候，内检测圈22内部成正多边形边的数量取决于待测数控刀架的工位数，而且要确保正多边形和内检测圈22的外圈圆同心，这样可以直接提高最终的检测精度。实验装置的最后一步都是和控制柜进行连线，最终整体完整的试验装置如图1所示，其中控制柜4中包含了工控机、气缸控制系统、信号采集系统等。
方案二和方案一相同，都可以按照装配的结构分为上、中、下，其中除了最后上部分结构，也就是检测部分的结构不同，其他的结构都是相同的。在完成了上述安装步骤后下和中部分的装配后，进行到如图17所示后。和方案一中安装内检测圈22相同，先用四个螺栓将外检测圈21固定在上箱体1上，然后每一个1号激光测距传感器20需要用两个螺栓固定在外检测圈21上，一共需要12个，如图20所示。如果检测的数控刀架齿盘是其他的工位数量，检测圈的边数和传感器的数量也要相应改变。其中，外检测圈也是本方案中的关键部件，如图21所示。首先要保证的也是外检测圈21内部正多边形的加工精度，最好在加工的时候在一台加工中心上通过一次装夹加工来完成，这样能够尽可能的保证精度，也能够保证要求的外检测圈21的外圈圆心和内部的正十二边形的中心同心。最后一步也是完成和控制柜的连线，上箱体1四周已经留有明显的大圆孔来方便穿线了，最终实验装置如图2所示，其中控制柜4中包含了工控机、气缸控制系统、信号采集系统等。
两种方案依据的原理也稍有不同，下面将分别进行阐述。本实用新型是一种在模拟数控刀架转为过程中检测定位精度和重复定位精度的装置，简单来说就是检测内齿盘经过转位和外齿盘、右齿盘啮合之后的精度。数控刀架整体的定位精度和重复定位精度对机床来说是十分重要的，而三联齿盘又是决定数控刀架定位精度和重复定位精度的主要因素所在，但是目前在车间中对三联齿盘的基本检测中，由于经济等因素的限制，很多生产商没有搭建自己有效可靠的检测设备或是试验平台，因此本实用新型就是为了解决这个问题。三联齿盘的定位精度是指上齿盘和下齿盘在任何刀位啮合的时候，理论分度值和实际分度值之差的峰值，也就是本设计装置中内齿盘完成一次完整的转位后的实际分度值和理论分度值之差。而重复定位精度是指齿盘经过旋转并恢复至检测工位的位置，重复试验五次，得出该工位检验的最大读数和最小读数值的差值，也就是本设计装置中的检测工位回到起始点的时候，产生的角度偏差。本实用新型中把激光位移传感器放在内圈的原理如图22所示，假设一个1号激光测距传感器20起初在a点，其测量的距离就是ac的长度，而oa的长度是已知的，oc表示的就是齿盘某一刀位的初始位置。假定此次检测的齿盘是要和12工位的数控刀架适配，就在齿盘的外周安装一个正十二边形，旋转一个工位后，理论上的位置应该在od线上，而实际上的位置可能会在od’位置，然后只要计算出od和od’之间的角度就能表征定位精度。起初调试的时候需要保证oa和正十二边形的边垂直，然后通过od和od’两边之间的比值就能算出cos三角函数值，也就能反求出od和od’之间的夹角。同样的道理，当齿盘旋转一周后，oa是理论的位置，而实际上可能会出现在oa’的位置上，通过oa和oa’之间长度的比值计算出cos三角函数值，就能推导出oa和oa’之间的角度，反复进行五次，取最大的就是要找的重复定位精度。原理图中只画出了一个工位的情况，具体安装多少个1号激光测距传感器20和使用的正多边形的边数都要根据实际情况来定。
把激光位移传感器放在外圈的原理如图23所示，此时的2号激光测距传感器23固定在外圈，也就是图中的点e和点f的位置，在内齿盘上假装一个内部的正十二边形，点g座位检测的初始工位。内部的实线正十二边形是转位前的位置，虚线正十二边形是转位后的位置，局部放大图如图24所示。经过一个转位后，点f处的2号激光测距传感器23的理论测量距离是垂直于内正十二边形的fh长度，实际上可能是fh’的距离，而oj是垂直转位后正十二边形的边的，也就又形成了直角三角形ohh’,通过oh和oj的长度之比就能计算出cos三角函数值，推算出偏角joh就是定位精度。同样的道理，当右齿盘转动一周回到初始位置的时候，在直角三角形ioh’中，利用oi和oh’的比值，推算出偏角ioh的值，重复进行五次，取最大值作为重复定位精度。
两种方案采用的实验方法是相同的，一次完整的转位过程包括松开、旋转、定位和锁紧。首先驱动气缸12向下运动，驱动板15在四个弹簧的作用下带动右齿盘10运动，实现齿盘松开的动作。然后，伺服电机5接受控制指令，通过联轴器6和内齿盘连接件7带动内齿盘8完成转位，然后气缸5支撑着驱动板15向上运动，使得内齿盘8、外齿盘9和右齿盘10啮合在一起，就完成了定位和锁紧。两种精度检测装置的重复定位精度都是需要在完成一次完整的旋转回到初始的检测工位五次后，取最大值作为一次重复定位精度的检测值，每个工位检测出五个值记录进系统后进行处理。定位精度每旋转到一个工位后就能记录，每个工位也要记录五次。由于国家标准中对定位精度和重复定位精度的要求都是角秒级别的，因此需要得出记录值的均值后再算出方差，这样更能看出精度差。两种精度检测装置的不同之处主要在于传感器放在内圈的时候。由于空间限制，每次只能检测有限的工位数量，如本次假设的十二工位数控刀架齿盘，一次可以检测四个工位，需要安装调整三次才能检测完十二个工位。而把传感器放在外圈的话能够直接检测出所有的工位精度，但是相对来说成本更高，实际中可以根据数控刀架的工位数量选择更适合的方案。本实验装置的流程图如图25所示。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
1.一种数控刀架三联齿盘定位精度和重复定位精度检测装置，其特征在于，包括：
支撑部分、三联齿盘、精度检测装置和控制部分；
所述支撑部分包括相互连接的上箱体和下箱体，所述三联齿盘、精度检测装置固定支撑在所述上箱体和下箱体内；
所述三联齿盘包括伺服电机、联轴器、内齿盘连接件、内齿盘和外齿盘，所述伺服电机定位连接在所述下箱体底部，所述伺服电机的电机轴上固定连接有所述联轴器和内齿盘连接件，所述外齿盘固定连接在所述上箱体上部，所述内齿盘通过所述内齿盘连接件连接至所述上箱体上部，所述内齿盘位于所述外齿盘内圈；
所述三联齿盘还包括右齿盘驱动盘、右齿盘、驱动气缸、驱动板、驱动导柱，所述右齿盘驱动盘通过定位装置定位在所述驱动板上，所述右齿盘与所述右齿盘驱动盘固定连接；所述驱动气缸固定安装在所述上箱体内部侧面，所述驱动导柱贯穿所述驱动板，以使得所述驱动气缸驱动所述驱动板移动时，所述驱动板沿所述驱动导柱的导向方向移动；
所述精度检测装置包括激光测距装置、内检测圈和外检测圈，所述内检测圈设置在所述外齿盘上，所述外检测圈设置在所述上箱体上；
所述激光测距装置设置在内检测圈或者所述外检测圈上。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述激光测距装置设置在内检测圈上，所述激光测距装置包括多个激光传感器，所述多个激光传感器的数量等于所述内检测圈的内圈正多边形的边数量，且每一个激光传感器依次均匀设置在所述内检测圈的内圈正多边形的边上。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述激光测距装置包括传感器固定支座和支座上盖，所述多个激光传感器周向均匀设置在所述传感器固定支座上，所述支座上盖固定于所述传感器固定支座上，将所述多个激光传感器固定于所述传感器固定支座上。
4.如权利要求2所述的检测装置，其特征在于，
所述激光测距装置设置在外检测圈上，所述激光测距装置包括多个激光传感器，所述多个激光传感器的数量等于所述外检测圈的内圈正多边形的数量，且每一个激光传感器依次均匀设置在所述外检测圈的内圈正多边形的边上；还包括中心对称多面体，所述中心对称多面体的边数量等于所述外检测圈的内圈正多边形的边数量，所述多面体固定于所述上箱体，且与所述外检测圈同心。
5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述外齿盘包括第一定位孔，所述上箱体包括第二定位孔，所述第一定位孔和所述第二定位孔对应，以便于通过定位销将所述外齿盘在所述上箱体上定位。
6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在所述驱动板的下方，所述驱动导柱上设置有直线轴承，所述直线轴承固定连接于所述驱动板。
7.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在所述驱动板的上方，所述驱动导柱上设置有弹簧。
8.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述上箱体和所述下箱体之间设置有匹配卡槽，以防止所述上箱体和所述下箱体匹配时发生偏置。
技术总结