設有智能控制系統的臥式珩磨機的製作方法

2023-04-29 10:02:16

專利名稱：設有智能控制系統的臥式珩磨機的製作方法
設有智能控制系統的臥式珩磨機技術領域
本發明屬於工具機技術領域，具體涉及一種設有智能控制系統的珩磨機。
技術背景
珩磨機是高精度孔加工專用設備，廣泛應用於汽缸、油缸、油泵等設備零件的精密孔加工，珩磨機設計是否先進，製造質量是否優良，對於孔加工的精密度起到最終決定的作用。
例如中國專利號ZL200910115312. 6，名稱為「珩磨機」的發明專利，公開了一種珩磨機，包括主軸傳動機構、往復驅動機構、工作檯、珩磨頭進給機構、珩磨頭、數字控制系統、氣動在線測量系統；珩磨頭包括主軸、設置在主軸上的一組粗珩磨砂條和一組精珩磨砂條，珩磨頭上設置有雙級伸縮液壓缸，雙級伸縮液壓缸包括第一活塞杆和第二活塞杆， 當第一活塞杆伸出時，粗珩磨砂條在第一活塞杆的作用下向外伸出進行粗珩磨，當第二活塞杆伸出時，精珩磨砂條在第二活塞杆的作用下伸出進行精珩磨，工作檯上設置有第一油缸，珩磨頭能在第一油缸的活塞杆的作用下上下移動。這種珩磨機的不足之處是1、珩磨條的進給應用單純機械傳動模式，容易受配合間隙及受力變形的影響，誤差大；2、氣動在線測量裝置與進給控制為開放式結構，不能自動實時跟蹤測量結果並進給磨削，對中間環節的幹擾無法隔離，影響精度和進度；3、磨削位移測量用氣動測量裝置，氣動測量易發生漂移，易受到氣源波動等各種幹擾，精度不夠高。
又例如中國專利號ZL200510024025. 6，名稱為「數控立式高精度珩磨機」的發明專利，公開了一種屬於機械技術領域的數控立式高精度珩磨機，包括立式珩磨頭的主軸傳動機構、珩磨條徑向微進給機構、珩磨頭高速平穩往復運動機構、數字控制系統，其連接方式為立式珩磨頭主軸傳動機構和珩磨條徑向微進給機構都空間垂直設置在珩磨工具機身上，立式珩磨頭的主軸傳動機構和珩磨條徑向微進給機構通過進給套連接在一起，珩磨頭高速平穩往復運動機構通過軸承和立式珩磨頭主軸傳動機構、珩磨條徑向微進給機構連接在一起。該專利說明書中在關於珩磨頭補償及進給的措施中闡明「加工過程中如果珩磨條磨損較大，必然引起主電機功率增大，通過主電機的實時在線檢測，可通過珩磨條徑向微進給機構可實現珩磨條的徑向補償進給的目的。」這種對珩磨條磨損當然也應包括對工件磨削量的檢測，其本質是對磨削力而首先是珩磨頭與工件壓力的控制，採用對電機功率的控制實際上是對電機的電流控制以間接達到的，這種控制方案存在諸多不足，第一點，根據該專利的權利要求3披露，該專利的進給步進電機與珩磨頭的連接，中間需經過減速器、空心軸、連軸器、花鍵滾珠筒、滾珠絲槓、進給塊、彈簧、頂杆、壓杆、調整塊、珩磨杆等等近三十件零件，經過如此繁冗的連接傳動鏈，直至電機的工況測量值傳輸至控制器，再由控制器作出判斷處理將結果傳回電機，然後再一次由電機經過上述一連串的中間傳動環節使珩磨頭作出反應，其動作時間的滯後性是顯而易見的，這必將嚴重影響珩磨實時控制以致影響珩磨精度；第二點，該專利的側量過程最終還得將電機功率的變化轉換為對珩磨力的估算， 這種估算所對應的線性度如何難以肯定，因此這種對於珩磨頭間接的壓力檢測頗有點隔靴搔癢之感；第三點，立式珩磨機的主軸行程短也是該種機型的不足；臥式珩磨機的結構及加工工藝不同於立式珩磨機，臥式珩磨機的珩磨頭水平安置，僅作往復運動而不作旋轉運動，在床身上設有支承工件的中心架和支承珩磨杆的導向架，工件由主軸帶動旋轉，臥式珩磨機的行程一般較長，該專利的用於立式珩磨機的結構及傳動方式一般也無法直接在臥式珩磨機上套用或仿製。發明內容
本發明需要解決的技術問題是，克服現有技術的珩磨機缺乏智能控制系統以及珩磨壓力測試和尺寸精度檢測所存在的缺陷，提供一種具有包括自動進給裝置和準在線檢測裝置的智能控制系統的珩磨機，這種智能控制系統精度高，調整方便、穩定性好，具有可視化操作界面，使珩磨機得到質的提升。
本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的一種設有智能控制系統的臥式珩磨機，包括設置在工具機床身上的包含有推進杆的主軸傳動機構、包含有進給軸的珩磨頭進給傳動機構、衝程往復運動傳動機構和智能控制系統，所述智能控制系統包括珩磨頭進給傳動機構的自動進給控制裝置和準在線檢測裝置；所述珩磨頭進給機構為數控步進電機/ 伺服電機傳動機構，所述準在線檢測裝置包括設在進給軸上的壓力傳感器和設在推進杆後側邊的作為位移傳感器以檢測進給位移的光柵式傳感器；各傳感器及各傳動機構都與微控制器電連接，並與自動進給控制裝置一起構成半閉環控制裝置。
用微控制器根據壓力傳感器反饋的信息控制步進電機/伺服電機進給，壓力傳感器的檢測加上微控制器的控制精度遠高於現有技術所應用的依據彈簧加槓桿的控制方式的所謂定壓力方式；半閉環控制裝置能保證珩磨壓力始終處于波紋度極低的恆壓力狀態。
用光柵式傳感器檢測珩磨頭的位移變化比氣動檢測的波動小，線性度高，光柵式傳感器的分辨力最高可達0. 1微米，特別是光柵式傳感器測量範圍大，至少可達30mm以上， 這有利於在變換所加工的產品品種規格時重新調整設備將會很容易完成；而氣動測量裝置的動態檢測範圍非常小，一般最多僅幾個毫米，若要變換工件的品種規格就非常麻煩，氣動測量裝置還容易受到氣壓的波動等幹擾而影響準確度。
作為優選，所述智能控制系統的連接方式為，微控制器的輸出與步進電機電連接， 步進電機軸與進給絲杆通過同步帶傳動連接，絲杆前端為推進杆，推進杆又分別與一機械濾波裝置及一推片連接，所述推片頂壓並可推動安裝有磨條的珩磨頭，所述機械濾波裝置與位移傳感器連接，光柵式傳感器對被珩磨頭珩磨的工件孔徑檢測並將輸出連接至微控制器，同時壓力傳感器將珩磨頭與工件的接觸壓力檢測值輸出連接至微控制器，微控制器根據光柵式傳感器及壓力傳感器的信息經運算處理並將發出的脈衝指令連接至步進電機。
所述智能控制系統是壓力與尺寸雙控制原理，當工件還未加工到預設加工尺寸時，尺寸控制裝置未觸發，珩磨加工處於恆壓力狀態，其中珩磨的壓力信號通過壓力傳感器反饋給微控制器，微控制器判斷壓力傳感器電信號的變化情況後，再對進給步進電機發出脈衝信號控制進給，用進給量來補償工件磨削後尺寸擴大造成的壓力衰減，從而實現加工過程中自動進給和恆壓控制。當珩磨機加工到了預設定的加工尺寸數值時，作為位移傳感器的光柵式傳感器被觸發，微控制器發出指令使珩磨機停機。
作為優選，所述微控制器對光柵式傳感器信號進行間隔採樣，採樣周期為0. 5 5ms ο
作為優選，所述準在線檢測裝置包括直線導軌、導軌安裝基座、導軌滑塊安裝板、 校正軸安裝座、校正軸、彈性聯軸器、推進杆接軸以及推進杆，直線導軌通過導軌安裝基座固定在工具機床身上，校正軸安裝座通過導軌滑塊安裝板固定在直線導軌上，校正軸的後端與校正軸安裝座可調節地連接，校正軸的前端通過彈性連軸器與推進杆接軸連接，推進杆接軸另一端連接軸承座，推進杆的後端通過所述軸承座中的背對背安裝並經過預緊的一對角接觸球軸承或一對單列圓錐滾子軸承與軸承座連接，磨條通過所述推片連接在推進杆的前端；光柵式傳感器的各部件分別安裝在導軌安裝基座側面及推進杆的側面。
直線導軌保證滑塊移動的軌跡與主軸平行；彈性聯軸器對進給裝置的徑向跳動濾波；校正軸對推進杆的徑向跳動起到校正作用，並保證與推進杆軸向位移的同步；背對背安裝並經過預緊的一對角接觸球軸承或一對單列圓錐滾子軸承有較大的抗彎剛度，並且可限制軸或外殼的軸向位移，即可實現零間隙接合，非常適合用於懸臂軸的支承，在負載不是很大的情況下，可選用角接觸球軸承以減輕運轉摩擦力並允許較高的極限轉速。
本發明的有益效果是1、整機功能增強，能夠動態顯示加工狀態，實現可視化操作；2、自動補償和校正各種幹擾造成的動態誤差；3、簡化結構，改善操作，降低對操作人員的技術要求；4、提高產品加工精度等級，提升工具機性能等級。


圖1是本發明一種實施例的智能控制系統工作原理圖； 圖2是本發明實施例的準在線檢測裝置的結構示意圖；圖3是一種自動進給系統控制原理示意圖； 圖4是推進杆與軸承座的連接結構示意圖； 圖5是一種實施例的整機外形示意圖。
圖中，床身1 ；珩磨頭進給傳動機構2 ；智能控制系統3 ；微控制器31 ；步進電機32 ； 推進杆33 ；機械濾波裝置34 ；推片35 ；孔徑36 ；自動進給控制裝置4 ；準在線檢測裝置5 ；壓力傳感器51 ；光柵式傳感器52 ；光柵蓋521 ；直線導軌53 ；導軌安裝基座M ；導軌滑塊安裝板陽；校正軸安裝座56 ；校正軸57 ；彈性聯軸器58 ；推進杆接軸59 ；軸承座60 ；角接觸球軸承61 ；控制箱7。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方案對本發明作進一步描述。
實施例1 如圖1 圖4所示，一種設有智能控制系統的臥式珩磨機，包括設置在工具機床身1上的包含有推進杆的主軸傳動機構、包含有進給軸的珩磨頭進給傳動機構2、珩磨頭衝程傳動機構和智能控制系統3，所述智能控制系統3包括珩磨頭進給傳動機構2的自動進給控制裝置4和準在線檢測裝置5 ；所述珩磨頭進給機構2為數控步進電機/伺服電機傳動機構，所述準在線檢測裝置5包括設在進給軸的壓力傳感器51和設在推進杆後側邊的作為位移傳感器以檢測進給位移的光柵式傳感器52 ；各傳感器及各傳動機構都與微控制器電連接，並與自動進給控制裝置4 一起構成半閉環控制裝置。
智能控制系統3的連接方式為，微控制器31的輸出與步進電機32電連接，步進電機軸與進給絲杆通過同步帶連接傳動，絲杆前端為推進杆33，推進杆33又分別與一機械濾波裝置34及一推片35連接，推片35頂壓並可推動安裝有磨條的珩磨頭，機械濾波裝置34 與光柵式傳感器52連接，光柵式傳感器52對被珩磨頭珩磨的工件孔徑檢測並將輸出連接至微控制器31，同時壓力傳感器51也將珩磨頭與工件的接觸壓力檢測值輸出連接至微控制器31，微控制器31根據光柵式傳感器52及壓力傳感器51的信息經運算處理並將發出的脈衝指令連接至步進電機32。
所述智能控制系統的連接方式用工作原理模塊圖如圖1所示，該系統的控制方式是壓力與尺寸雙控制原理，當工件還未加工到預設加工尺寸時，尺寸控制裝置未觸發，珩磨加工處於恆壓力狀態，其中珩磨的壓力信號通過壓力傳感器51反饋給微控制器31，微控制器31判斷壓力傳感器51電壓信號的變化情況後，再對進給步進電機32發出脈衝信號控制進給，用進給量來補償工件磨削後尺寸擴大造成的壓力衰減，從而實現加工過程中自動進給和恆壓控制。當珩磨機加工孔徑36到了預設定的加工尺寸數值時，光柵式傳感器52 被觸發，微控制器31發出指令使珩磨機停機。
微控制器31對光柵式傳感器52信號進行間隔採樣，採樣周期為0. 5 ;3mS。
準在線檢測裝置5包括直線導軌53、導軌安裝基座54、導軌滑塊安裝板55、校正軸安裝座56、校正軸57、彈性聯軸器58、推進杆接軸59、軸承座60以及推進杆33，直線導軌 53通過導軌安裝基座M固定在工具機床身1上，校正軸安裝座56通過導軌滑塊安裝板55固定在直線導軌53上，校正軸57的後端與校正軸安裝座56可調節地連接，校正軸57的前端通過彈性連軸器58與推進杆接軸59連接，推進杆接軸59另一端連接軸承座60，推進杆33 的後端通過軸承座60中的背對背安裝並經過預緊的一對角接觸球軸承61或一對單列圓錐滾子軸承與軸承座連接，磨條通過所述推片35連接在推進杆33的前端；光柵式傳感器52 的各部件分別安裝在導軌安裝基座M側面及推進杆33的側面，在光柵式傳感器52的上面設有光柵蓋521，如圖2、4所示。
直線導軌53保證滑塊移動的軌跡與主軸平行；彈性聯軸器58對進給裝置的徑向跳動濾波；校正軸57對推進杆33的徑向跳動起到校正作用，並保證與推進杆軸向位移的同步；背對背安裝並經過預緊的一對角接觸球軸承61或一對單列圓錐滾子軸承有較大的抗彎剛度，並且可限制軸或外殼的軸向位移，即可實現零間隙接合，非常適合於懸臂軸的支承，在負載不是很大的情況下，可選用角接觸球軸承以減輕運轉摩擦力並允許較高的極限轉速。
所述自動進給控制裝置4的原理如圖3所示，此流程圖是在選擇停機方式為「到尺寸停機」的前提下工作的。
其中，符號「<」表示1.壓力傳感器測試的壓力<預設壓力最小值，2.光柵式傳感器測量出來的尺寸預設壓力最大值，2.光柵式傳感器測量出來的尺寸>預設的尺寸。
該方案是將珩磨機在磨削加工時將整個系統處於一個壓力恆定的範圍內，從而將測量系統的所有中間環節的變形量和不確定度皆予以封閉或隔離，處於可控、可接受的狀態之下。
微控制器31在珩磨加工過程每隔ImS的時間對光柵式傳感器52信號進行一次採樣，這種模式可以很大程度的節約微控制器的資源，並比較它與預設尺寸量的差異，再判斷是否滿足停機條件，此種多次採樣信號與預設尺寸量比較可以減少為微控制器誤判斷。
珩磨機的磨削進給主要是將進給絲杆上的進給量通過推進杆33來頂珩磨頭推片 35來實現磨削量的進給。推片35與磨條之間是通過17°的角度將軸向位移的變化轉化成珩磨頭直徑方向擴張量，17°可根據具體情況進行修正。珩磨機在工作狀態時，推進杆33 在恆壓系統的作用下始終頂住珩磨頭的推片。如此得到下面公式Ad=2AsXtanl7° (mm) Ad:直徑方向的擴張量 (mm) As:推進杆的軸向位移量(mm) 因為整個過程都處在恆定壓力狀態下工作，故在推進杆軸向方向中各個環節中因壓力引起的變形量是一個定值I設預定尺寸為b，並設在磨條剛好在恆定壓力的情況下接觸到工件時，位移傳感器位移量為L1,當珩磨加工到最終內徑時，位移傳感器位移量為L2。
其中 Lfa+bL2=a+b+As所以 As =L2-L1(mm)為將a值的變化控制在可以接受的範圍內，即a的變化量近似為零，所以將引起a值變化的主要因素壓力變化控制在一個很小變化範圍內，使壓力近似為一個恆定值。
在微控制器31中設有網紋角度調整設定程序，在用戶將設定好的主軸轉速、衝程速度，在參數設置的界面輸入衝程長度和最終內徑之後，便會自動計算出實際網紋角度。
本發明實施例的外形圖如圖5所示，微控制器31設在控制箱7中。
本發明使現有技術臥式珩磨機整機功能增強，能夠動態顯示加工狀態，自動補償和校正各種幹擾造成的動態誤差；簡化結構，改善操作，降低對操作人員的技術要求；提高產品加工精度等級，提高工具機性能等級，本領域的技術人員如果對上述發明內容作簡單的修改或替換，這樣的改變不能認為是脫離本發明的範圍，所有這樣對所屬領域的技術人員顯而易見的修改將包括在本發明的權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種設有智能控制系統的臥式珩磨機，包括設置在工具機床身上的包含有推進杆的主軸傳動機構、包含有進給軸的珩磨頭進給傳動機構、衝程往復運動傳動機構和智能控制系統，其特徵是，所述智能控制系統包括珩磨頭進給傳動機構的自動進給控制裝置和準在線檢測裝置；所述珩磨頭進給機構為數控步進電機/伺服電機傳動機構，所述準在線檢測裝置包括設在進給軸上的壓力傳感器和設在推進杆後側邊的作為位移傳感器以檢測進給位移的光柵式傳感器；各傳感器及各傳動機構都與微控制器電連接，並與自動進給控制裝置一起構成半閉環控制裝置。
2.根據權利要求1所述的設有智能控制系統的臥式珩磨機，其特徵是，所述智能控制系統的連接方式為，微控制器的輸出與步進電機電連接，步進電機軸與進給絲杆通過同步帶連接傳動連接，絲杆前端為推進杆，推進杆又分別與一機械濾波裝置及一推片連接，所述推片頂壓並可推動安裝有磨條的珩磨頭，所述機械濾波裝置與位移傳感器連接，光柵式傳感器對被珩磨頭珩磨的工件孔徑檢測並將輸出連接至微控制器，同時壓力傳感器將珩磨頭與工件的接觸壓力檢測值輸出連接至微控制器，微控制器根據光柵式傳感器及壓力傳感器的信息經運算處理並將發出的脈衝指令連接至步進電機。
3.根據權利要求1或2所述的設有智能控制系統的臥式珩磨機，其特徵是，所述微控制器對光柵式傳感器信號進行間隔採樣，採樣周期為0. 5 5 ms。
4.根據權利要求1或2所述的設有智能控制系統的臥式珩磨機，其特徵是，所述準在線檢測裝置包括直線導軌、導軌安裝基座、導軌滑塊安裝板、校正軸安裝座、校正軸、彈性聯軸器、推進杆接軸以及推進杆，直線導軌通過導軌安裝基座固定在工具機床身上，校正軸安裝座通過導軌滑塊安裝板固定在直線導軌上，校正軸的後端與校正軸安裝座可調節地連接，校正軸的前端通過彈性連軸器與推進杆接軸連接，推進杆接軸另一端連接軸承座，推進杆的後端通過所述軸承座中的背對背安裝並經過預緊的一對角接觸球軸承或一對單列圓錐滾子軸承與軸承座連接，磨條通過所述推片連接在推進杆的前端；光柵式傳感器的各部件分別安裝在導軌安裝基座側面及推進杆的側面。
全文摘要
本發明公開一種設有智能控制系統的臥式珩磨機，克服現有珩磨機缺乏智能控制系統及壓力和尺寸檢測所存在缺陷，提供包括自動進給裝置和準在線檢測裝置的智能控制系統的珩磨機、設在床身上的主軸傳動機構、珩磨頭進給傳動機構、珩磨頭往復運動傳動機構和智能控制系統，智能控制系統含珩磨頭進給傳動機構的自動進給控制裝置和準在線檢測裝置；珩磨頭進給機構為步進電機/伺服電機傳動機構，準在線檢測裝置包括設在進給軸上壓力傳感器和設在推進杆尾部側邊的光柵式傳感器；各傳感器及各傳動機構都與微控制器電連接。本發明可動態顯示加工狀態；自動補償和校正各種幹擾造成的動態誤差；降低操作人員技術要求；提高產品精度，提升工具機性能等級。
文檔編號B24B33/06GK102528635SQ201110452930
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者蘭敏, 陽業 申請人:寧波市北侖恆鐵機電製造有限公司