专利名称：用于机床在线测量的探针保护结构及制造方法
技术领域：
本发明是应用于数控加工中心测量用途的探针保护结构，以及该结构的制造方法。
背景技术：
随着国内制造业水平的日益提高，无人化自动化加工，逐渐成为未来机床加工的必然 趋势，因此接触式测量探头将会得到广泛的应用。探针是测头的关键部件，该类探针一般 由红宝石测球、探针杆和金属连接基座组成。红宝石测球精度较高，硬度较高又耐磨，探 杆一般由金属、陶瓷和碳纤维材料制成,前两者造价较高,而金属连接基座则是要具有高强 度，以保证与探杆的连接坚固，这是探针设计上的习惯理念。这类探针在应用过程中，如 果一旦出现误操作或不小心刮碰，都会让陶瓷或碳纤维制成的整个探杆遭受毁灭性的损 坏，而金属探杆虽然能在径向的测量受撞击时可以保护探针部分，而如果是轴向部分发生 冲击则容易对探针连接的发射设备造成损坏，这样价格较贵的探针就需要重新订购，造成 很大损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于机床在线测量的探针保护结构及制造方法，当探针发 生碰撞时，廉价的十字交叉保护结构先于探针损坏，以保证探针的测球和测杆完好无损， 从而降低更换部件的成本。
用于机床在线测量的探针保护结构，是用于连接测针和发射装置的连接基座，其特征 在于连接基座为圆锥结合圆柱体的金属件，在连接基座的圆柱上有两个径向交错的弧形 槽，相同的两弧形槽呈轴向十字交叉布局；制造探针结构的方法采用三维虚拟设计技术 和有限元分析软件对整个设计的结构进行分析，概括为设计计算公式
Fk-F串KJK2 /s
其中-
FK------探针保护十字交叉结构最大计算应力
F——探针与工件接触的外力 Kl——同一种材料比值系数
K2——不同材料比值系数；
当Ff^的计算值超过材料本身的应力限度，则会出现探针十字交叉结构破坏的状况， 起到保护的作用。
本设计是将探针受冲击时的变形量传递给该保护结构，当变形量超出安全系数时，圆 柱体中弧形槽的空间能够吸纳来自径向和轴向绝大部分冲击力，当先受损坏，从而保护探针安全。该设计的核心在于弧形槽的轴向十字交叉结构，该结构的槽沟尺寸决定着该金属 连接基座的受力极限。当径向受力时，该结构质量标准是保证单向受力的强度仅次于探杆 受损限度，既要保证本保护结构具有寿命上限的弹性变形量、又能够在探针安全系数之内。
图1是本设计探针保护结构立体图2是探针保护结构主剖视图3是探针保护结构俯视图4是使用状态的探针保护结构组合示意图；
具体实施例方式
用于机床在线测量的探针保护结构，是用于连接探针和发射装置的金属连接基座， 见图4，其特征在于连接基座4为圆锥体1与圆柱体2的结合体，见图l: 一端圆锥体l 小径圆心有内螺纹、另一端圆柱体2圆心有突出的螺杆3;在连接基座4的圆柱体2上有 两个径向交错的弧形槽，两弧形槽呈轴向十字交叉，见图2、图3，两弧形槽同尺寸、两 槽的间隔厚度相等；在圆锥体l圆心处有内螺纹孔，用于连接探杆5尾端螺纹，内螺纹孔 1和螺杆3的螺纹都属于通用的螺纹。
本设计金属的连接基座4中的十字交叉保护槽其特征是在圆柱体2上沿径向加工 出越过中心线的一个槽，沿轴向旋转该圆柱体90° ，并轴向错开第一个槽后继续加工出 与前一槽垂直并越过中心线的第二个槽，从而完成该十字交叉保护结构的制造。
本设计保护结构的连接部分，见图4，连接基座4的圆锥体1部位圆心的内螺纹孔与 探杆5的圆柱体尾端连接，连接基座4的突出螺杆3与发射装置6配置的同类型螺纹孔旋 紧配合固定，完成探针5与发射装置6的连接；发射装置6后端连接刀柄7，组成完整的 探针保护结构。
制造探针结构的方法为了保证十字交叉结构的合理和科学性，本发明采用了目前 较流行的三维虚拟设计技术，应用有限元分析软件对整个设计的结构进行分析，并总结出 一套用于计算的简便算法，按照该算法公式进行设定，能够计算出该十字探针结构的具体 尺寸，该公式不只对同一材料能够实现结构尺寸计算，而且也包含了不同材料的结构尺寸 计算。
设计原理计算公式 其中
FK-…—探针保护十字交叉结构最大计算应力 F--------探针与工件接触的外力Kl——同一种材料比值系数 K2——不同材料比值系数。 代入不同材料比值系数的公式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:(钢=1，黄铜=3.19;青铜=1.885;铝=2.85;)
X:十字交叉槽结构深度
当FK二的计算值超过材料本身的应力限度，则会出现十字交叉结构破坏的状况，起到 保护的作用，以钢材料为例当X值为6mm、F为10N、K2为1，经过计算FK=185.99MPa， 钢材料的应力属性为137.895MPa，计算值超过了钢材料属性值，从而在外力为10N时， 将会发生结构破坏，从而起到保护探针的作用。
该探针保护结构不仅能够连接探针5与更重要的是能够实现对整体探针保护装置的 径向垂直两个方向、轴向一个方向的受力保护。探针5在径向的任何一个方向发生过度的 冲击时，该装置的十字交叉结构4先于探针损坏，起到保护作用；当探针5在轴向发生过 度的碰撞时，十字交叉结构的过中心线槽结构能够实现探针在轴向的保护，从而完成该装 置在探针三个方向上的保护作用。
权利要求
1、用于机床在线测量的探针保护结构，是用于连接探针和发射装置的连接基座，其特征在于连接基座为圆锥结合圆柱体的金属件，在连接基座的圆柱上有两个径向交错的弧形槽，两弧形槽呈轴向十字交叉布局。
2、 根据权利要求1所述的用于机床在线测量的探针保护结构，其特征在于连接基座(4)中的两个十字交叉保护槽在圆柱体(2)上沿径向的第一个槽越过中心线，该圆柱体(2)上的第二个槽沿轴向旋转90。，并轴向与第一个槽错开。
3、 根据权利要求2所述的用于机床在线测量的探针保护结构，其特征在于圆柱体(2)上的两弧形槽同尺寸、两槽的间隔厚度相等。
4、 一种机床在线测量的探针保护结构的制造方法，采用三维虚拟设计技术和有限元分析软件，其特征在于制造时计算用的简便算法，按照该算法公式进行设定，能够计算出该十字探针结构的具体尺寸，代入所用材料的具体参数，能够实现不同材料的结构尺寸计算；用于计算的公式原理公式l:Fk:F承K^K2/S其中FK—十字交叉结构最大计算应力F........探针与工件接触的外力Kl——同一种材料比值系数K2——不同材料比值系数；当fk-的计算值超过材料本身的应力限度，则会出现探针十字交叉结构破坏的状况，起到保护的作用。
全文摘要
用于机床在线测量的探针保护结构及制造方法，是用于连接测针和发射装置的连接基座，其特征在于连接基座为圆锥结合圆柱体的金属件，在连接基座的圆柱上有两个径向交错的弧形槽，相同的两弧形槽呈轴向十字交叉布局。采用三维虚拟设计技术和有限元分析软件，其特征在于制造时计算用的简便算法，按照该算法公式进行设定，能够计算出该十字探针结构的具体尺寸，代入所用材料的具体参数，能够实现不同材料的结构尺寸计算；该设计的核心在于弧形槽的轴向十字交叉结构，该结构的槽沟尺寸决定着该金属基座的受力极限。该结构质量标准是保证单向受力的强度仅次于探杆受损限度，对径向受力有两个方向、轴向一个方向的受力保护，既要保证本保护结构具有寿命上限的弹性变形量、又能够在探针安全系数之内。
文档编号B23Q17/00GK101653916SQ200910013528
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者严昊明, 军 兰, 雄 张, 杨丽敏, 贺鑫元, 马国春, 高长才 申请人:中捷机床有限公司