專利名稱：一種面向無心內(nèi)圓磨床的錐度誤差自動調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面向無心內(nèi)圓磨床的錐度誤差自動調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代磨削加工中，內(nèi)圓磨削一直被認(rèn)為是比較困難的，對于微小孔的加工更是如此。不僅加工成本高,對其的加工精度也有很高的要求?，F(xiàn)有的內(nèi)圓磨床一般都以工件臺徑向進(jìn)給的方式完成內(nèi)圓磨削，當(dāng)通過離線檢測發(fā)現(xiàn)加工工件產(chǎn)生較大的錐度誤差時，通常是依靠人工旋轉(zhuǎn)工件臺后面的螺栓來進(jìn)行調(diào)節(jié)，這在很大程度上依賴著操作者的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰?。由于缺乏一個定量的控制手段，往往需要多次試湊才能達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，從而使得調(diào)節(jié)效率低下、質(zhì)量難以得到有效的保證。為此，我們考慮通過發(fā)明一套定量化的自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，只需測量加工后的工件錐度誤差值并將該錐度誤差值輸入到PLC中，便可由PLC程序控制機(jī)構(gòu)自動完成調(diào)節(jié)操作，這樣就能夠方便、快速的保證工件錐度誤差控制在容許的范圍內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)中，CN2915371Y實(shí)用新型專利提出了一種砂輪修整器的錐度調(diào)節(jié)裝置，該裝置用于在機(jī)械加工磨床上調(diào)節(jié)砂輪修整器，使其能夠?qū)⑸拜喰拚麨榧庸すぜ枰腻F度；CN101829932A發(fā)明專利提出了 一種全自動數(shù)控軋輥磨床砂輪主軸可變角度自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動控制砂輪主軸的角度，使得在磨削加工時，砂輪工作表面始終保持與軋輥表面相切；CN101462255A發(fā)明專利提出了一種磨削過程位置和姿態(tài)誤差自動調(diào)整方法及系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)提出利用角位移傳感器和直線位移傳感器檢測工件的位置和姿態(tài)，并通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)工件的位置和姿態(tài)，但是這種檢測方法需要暫停加工過程，控制工件碰觸接觸軸并推動接觸軸運(yùn)動，然后通過檢測接觸軸的運(yùn)動來間接檢測工件位置和姿態(tài)，不僅過程繁雜，還降低了生產(chǎn)效率，并且工件移動后的重復(fù)定位精度難以得到保障；JP05208350A發(fā)明專利提出了一種自動錐度磨削加工的方法和裝置，通過旋轉(zhuǎn)工件臺使得工件進(jìn)給方向與工件軸成一夾角，用于進(jìn)行帶錐度外圓的磨削JP10230458A發(fā)明專利提出了 一種錐度磨削裝置，利用接觸器碰觸工件，測得工件的位置，然后根據(jù)設(shè)定的錐度和直徑，計(jì)算出砂輪進(jìn)給的路徑，通過砂輪和工件的相對運(yùn)動完成錐度磨削。以上專利都不能夠在無心內(nèi)圓磨床上實(shí)現(xiàn)錐度誤差自動調(diào)節(jié)。由此可見，有必要提出一種能夠應(yīng)用在無心內(nèi)圓磨床上的錐度誤差自動調(diào)節(jié)裝置，它能夠在工件完成內(nèi)圓磨削加工后，根據(jù)工件加工后產(chǎn)生的錐度誤差情況，通過PLC、步進(jìn)電機(jī)等機(jī)構(gòu)對工件臺轉(zhuǎn)角進(jìn)行定量化自動調(diào)節(jié)，以保證加工工件的錐度誤差滿足公差要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種面向無心內(nèi)圓磨床的，特別是在微型軸承的高速磨削加工中，能夠根據(jù)工件加工后產(chǎn)生的錐度誤差情況，通過PLC、步進(jìn)電機(jī)等對工件臺轉(zhuǎn)角進(jìn)行定量化自動調(diào)節(jié)，從而保證加工工件的錐度誤差滿足公差要求。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的面向無心內(nèi)圓磨床的錐度誤差自動調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)如下:該裝置的控制系統(tǒng)主要由PLC(I)構(gòu)成，PLC(I)分別與砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(2)、砂輪電主軸驅(qū)動器(3)、錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(4)和觸摸顯示屏(5)連接；所述砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器⑵與砂輪軸步進(jìn)電機(jī)(18)連接；所述砂輪電主軸驅(qū)動器(3)與砂輪電主軸(16)連接；所述錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(4)與錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(6)連接；所述錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(6)與錐度調(diào)節(jié)蝸桿(7)連接；所述錐度調(diào)節(jié)蝸桿(7)與錐度調(diào)節(jié)蝸輪(8)連接；所述錐度調(diào)節(jié)蝸輪(8)是可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)的一部分；所述可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)上有旋轉(zhuǎn)軸(10)和工件后擋板(11);所述可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)可以繞旋轉(zhuǎn)軸(10)旋轉(zhuǎn)；所述工件后擋板(11)用于支承工件(13);所述工件(13)由左滾輪(12)和右滾輪(14)帶動旋轉(zhuǎn)；砂輪軸步進(jìn)電機(jī)(18)與砂輪軸滾珠絲桿(17)連接；所述砂輪軸滾珠絲桿(17)與砂輪電主軸(16)連接；所述砂輪電主軸(16)上安裝有砂輪(15)。所述PLC(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子控制系統(tǒng)。本裝置所用的PLC是應(yīng)用本裝置進(jìn)行錐度調(diào)節(jié)的無心內(nèi)圓磨床的控制系統(tǒng)PLC，而不需另行配置PLC，降低了成本。所述PLC主要由CPU模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊組成。所述PLC還通過MPI與觸摸顯示屏連接，可以通過所述觸摸顯示屏輸入錐度誤差測量數(shù)據(jù)。所述砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與砂輪軸步進(jìn)電機(jī)連接，所述砂輪軸步進(jìn)電機(jī)又與砂輪軸滾珠絲桿連接。所述砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接收PLC的指令,控制砂輪軸步進(jìn)電機(jī)通過砂輪軸滾珠絲桿的傳動完成相應(yīng)的進(jìn)給和啟停動作。所述錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)連接，在錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的控制下，錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)通過蝸輪蝸桿副的傳動使得可旋轉(zhuǎn)工件臺可以繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一個角度，以完成錐度調(diào)節(jié)。本發(fā)明按工作流程分為測量、計(jì)算、調(diào)節(jié)三個階段。各個階段的工作原理如下:測量:測量階段是離線完成的，在工件磨削加工完成后，利用測微儀等測量工具對工件進(jìn)行測量，測出工件的兩截面內(nèi)徑數(shù)值D1、D2以及兩截面寬度L，并將所測得的數(shù)據(jù)通過觸摸顯示屏的工件錐度測量數(shù)據(jù)輸入界面輸入PLC。計(jì)算:PLC接收到通過觸摸顯示屏獲得的加工工件的內(nèi)徑數(shù)值D1、D2和寬度L后，計(jì)算出工件的錐度誤差M，并比較M是否大于系統(tǒng)設(shè)定的需要進(jìn)行錐度調(diào)節(jié)的閾值K ;若是，則計(jì)算需要發(fā)送給錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)節(jié)脈沖數(shù)和調(diào)節(jié)方向，其中，調(diào)節(jié)脈沖數(shù)由錐度調(diào)節(jié)部分的傳動比以及蝸輪蝸桿副中的蝸輪分度圓半徑計(jì)算得到，調(diào)節(jié)方向由Dl和D2的大小比較結(jié)果確定；否則，不進(jìn)行錐度調(diào)節(jié)，繼續(xù)進(jìn)行下一工件的磨削加工。調(diào)節(jié):按照計(jì)算得到的調(diào)節(jié)脈沖數(shù)和調(diào)節(jié)方向，PLC控制錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)按照調(diào)節(jié)方向完成上述調(diào)節(jié)脈沖數(shù)的錐度調(diào)節(jié)，通過蝸輪蝸桿副的傳動使得工件臺完成一定角度的旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)工件中心軸與砂輪軸之間的夾角；當(dāng)PLC接收到調(diào)節(jié)完成的信號后，系統(tǒng)繼續(xù)開始下一工件的磨削加工。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無心內(nèi)圓磨床的錐度誤差自動調(diào)節(jié)，具有如下優(yōu)點(diǎn):I)手動測量，自動調(diào)節(jié)本裝置實(shí)現(xiàn)無心內(nèi)圓磨床的錐度調(diào)節(jié)，只需要簡單測量工件兩截面內(nèi)徑數(shù)值，通過觸摸顯示屏輸入至PLC即可自動完成錐度調(diào)節(jié)，過程簡單快速，保證了加工效率。
2)精確調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確快速本裝置通過步進(jìn)電機(jī)完成錐度誤差的定量化調(diào)節(jié)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，無須依靠人工經(jīng)驗(yàn)，便能快速、有效地保證調(diào)節(jié)精度。3)移植性好，成本較低本裝置是針對無心內(nèi)圓磨床，特別是微型軸承套圈的高速磨削所設(shè)計(jì)，但其也可經(jīng)過改制應(yīng)用于其他類型的內(nèi)圓磨床或者外圓磨床上，具有一定的可移植性；本裝置采用離線方式測量工件的錐度誤差，測量儀器簡單、費(fèi)用低廉；而且，本裝置的PLC、伺服系統(tǒng)等組件直接借用了該型磨床的控制系統(tǒng)組件，附加成本也較低。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的無心夾持示意圖；圖3是本發(fā)明的錐度測量示意圖；圖4是本發(fā)明的PLC接線示意圖；圖5是本發(fā)明的工作流程示意圖。圖1中:1、PLC ;2、砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器；3、砂輪電主軸驅(qū)動器；4、錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器；5、觸摸顯示屏；6、錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)；7、錐度調(diào)節(jié)蝸桿；8、錐度調(diào)節(jié)蝸輪；
9、可旋轉(zhuǎn)工件臺；10、旋轉(zhuǎn)軸；11、工件后擋板；12、左滾輪；13、工件；14、右滾輪；15、砂輪；16、砂輪電主軸；17、砂輪軸滾珠絲桿；18、砂輪軸步進(jìn)電機(jī)。圖2中:11、工件后擋板；12、左滾輪；13、工件；14、右滾輪；15、砂輪；19、料道；20、推料桿；21、工件支承；22、前擋板。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種面向無心內(nèi)圓磨床的錐度誤差自動調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，在該裝置中，PLC(I)分別與砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(2)、砂輪電主軸驅(qū)動器(3)、錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(4)和觸摸顯示屏(5)連接；所述砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(2)與砂輪軸步進(jìn)電機(jī)(18)連接；所述砂輪電主軸驅(qū)動器(3)與砂輪電主軸(16)連接；所述錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(4)與錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(6)連接；所述錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(6)與錐度調(diào)節(jié)蝸桿(7)連接；所述錐度調(diào)節(jié)蝸桿(7)與錐度調(diào)節(jié)蝸輪(8)連接；所述錐度調(diào)節(jié)蝸輪
(8)是可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)的一部分；所述可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)上有旋轉(zhuǎn)軸(10)和工件后擋板
(11);所述可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)可以繞旋轉(zhuǎn)軸(10)旋轉(zhuǎn)；所述工件后擋板(11)用于支承工件(13);所述工件(13)由左滾輪(12)和右滾輪(14)帶動旋轉(zhuǎn)；砂輪軸步進(jìn)電機(jī)(18)與砂輪軸滾珠絲桿(17)連接；所述砂輪軸滾珠絲桿(17)與砂輪電主軸(16)連接；所述砂輪電主軸(16)上安裝有砂輪(15)。本發(fā)明的無心夾持示意圖如圖2，工件(13)由左滾輪(12)和右滾輪(14)帶動旋轉(zhuǎn)，由工件后擋板(11)進(jìn)行軸向定位，由工件支承(21)保持工件在加工位置。本發(fā)明的錐度測量示意圖如圖3，分別測量出工件A截面的內(nèi)徑D1、B截面的內(nèi)徑D2以及兩截面寬度L即可計(jì)算出工件的錐度誤差值。本發(fā)明的PLC接線示意圖如圖4，顯示了在本發(fā)明的裝置中，PLC與其他設(shè)備的連線。如圖所示，PLC通過脈沖、方向和使能三個數(shù)字量輸出信號控制砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器；PLC通過模擬量調(diào)速、方向和使能三個信號控制砂輪電主軸驅(qū)動器，其中模擬量調(diào)速為一個模擬量輸出信號，方向和使能是兩個數(shù)字量輸出信號 ’另夕卜，PLC接收一個來自錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的調(diào)節(jié)完成信號，為數(shù)字量輸入信號；PLC與觸摸顯示屏通過MPI方式連接。本發(fā)明的工作流程示意圖如圖5，其工作步驟為:I)系統(tǒng)上電自檢，開始工件的磨削加工；2)完成工件的磨削加工后，利用測微儀等設(shè)備測量工件兩截面的內(nèi)徑D1、D2以及兩截面寬度L ;3)將所述工件內(nèi)徑數(shù)值Dl、D2和寬度L輸入觸摸顯示屏的工件錐度測量數(shù)據(jù)輸入界面；4)PLC根據(jù)輸入的內(nèi)徑數(shù)值Dl、D2和寬度L計(jì)算工件錐度M = tan a =D2-D1|/2L；5) PLC比較錐度計(jì)算結(jié)果M和系統(tǒng)設(shè)定的需要進(jìn)行錐度調(diào)節(jié)的閾值K，若M > K，則進(jìn)行下一步計(jì)算并進(jìn)行錐度調(diào)節(jié)；否則，繼續(xù)下一工件的磨削加工；6) PLC計(jì)算錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)節(jié)脈沖數(shù)和調(diào)節(jié)方向,其中，調(diào)節(jié)脈沖數(shù)n由錐度調(diào)節(jié)部分的傳動比i (單位脈沖對應(yīng)的蝸桿進(jìn)給量)以及蝸輪蝸桿副中蝸輪分度圓半徑S計(jì)算得到，計(jì)算公式為:n = arctanM*S/i ;調(diào)節(jié)方向由Dl和D2的大小比較結(jié)果確定,若D2 > D1，則進(jìn)行負(fù)調(diào)節(jié)，可旋轉(zhuǎn)工件臺做逆時針旋轉(zhuǎn)；若01 > D2，則進(jìn)行正調(diào)節(jié)，可旋轉(zhuǎn)工件臺做順時針旋轉(zhuǎn)；

7) PLC控制錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)按照調(diào)節(jié)方向完成調(diào)節(jié)脈沖數(shù)n的錐度調(diào)節(jié)后，錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送調(diào)節(jié)完成信號至PLC，系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行下一工件的磨削加工。
權(quán)利要求
1.一種面向無心內(nèi)圓磨床的錐度誤差自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該裝置的控制系統(tǒng)為PLC(l)，所述PLC(I)分別與砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(2)、砂輪電主軸驅(qū)動器(3)、錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(4)和觸摸顯示屏(5)連接；所述砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(2)與砂輪軸步進(jìn)電機(jī)(18)連接；所述砂輪電主軸驅(qū)動器(3)與砂輪電主軸(16)連接；所述錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(4)與錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(6)連接；所述錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(6)與錐度調(diào)節(jié)蝸桿(7)連接；所述錐度調(diào)節(jié)蝸桿(7)與錐度調(diào)節(jié)蝸輪(8)連接；所述錐度調(diào)節(jié)蝸輪(8)是可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)的一部分；所述可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)上有旋轉(zhuǎn)軸(10)和工件后擋板(11);所述可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)可以繞旋轉(zhuǎn)軸(10)旋轉(zhuǎn)；所述工件后擋板(11)用于支承工件(13);所述工件(13)由左滾輪(12)和右滾輪(14)帶動旋轉(zhuǎn)；砂輪軸步進(jìn)電機(jī)(18)與砂輪軸滾珠絲桿(17)連接；所述砂輪軸滾珠絲桿(17)與砂輪電主軸(16)連接；所述砂輪電主軸(16)上安裝有砂輪(15)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種面向無心內(nèi)圓磨床的錐度誤差自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該裝置中的砂輪軸步進(jìn)電機(jī)和錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)可以用伺服電機(jī)代替；其相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器也可以用相應(yīng)的伺服電機(jī)驅(qū)動器代替。
3.如權(quán)利要求1所述的一種面向無心內(nèi)圓磨床的錐度誤差自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于其進(jìn)行錐度調(diào)節(jié)的工作流程如下: 1)離線測量已加工完成的工件的兩截面內(nèi)徑數(shù)值Dl和D2及兩截面寬度L； 2)將D1、D2和 L輸入觸摸顯示屏的工件錐度數(shù)據(jù)輸入界面；3)PLC 根據(jù) Dl、D2 和 L 計(jì)算工件錐度 M = tan a = | D2-D11 /2L ； 4)比較M與需要錐度調(diào)節(jié)的閾值K，若M> K，則進(jìn)行下一步計(jì)算并進(jìn)行錐度調(diào)節(jié)；否貝U，繼續(xù)下一工件的磨削加工； 5)PLC計(jì)算錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)節(jié)脈沖數(shù)和調(diào)節(jié)方向； 6)PLC控制錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)按照調(diào)節(jié)方向完成調(diào)節(jié)脈沖數(shù)的錐度調(diào)節(jié)； 7)錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送調(diào)節(jié)完成信號至PLC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向無心內(nèi)圓磨床的錐度誤差自動調(diào)節(jié)裝置。在該裝置中，PLC(1)分別與砂輪軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(2)、砂輪電主軸驅(qū)動器(3)、錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器(4)和觸摸顯示屏(5)連接；錐度調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)(6)與錐度調(diào)節(jié)蝸桿(7)連接；錐度調(diào)節(jié)蝸桿(7)與錐度調(diào)節(jié)蝸輪(8)連接；錐度調(diào)節(jié)蝸輪(8)是可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)的一部分；可旋轉(zhuǎn)工件臺(9)上有旋轉(zhuǎn)軸(10)；砂輪電主軸(16)上安裝有砂輪(15)。本發(fā)明可以在無心內(nèi)圓磨床進(jìn)行磨削加工時，根據(jù)加工工件的錐度誤差，通過PLC、步進(jìn)電機(jī)等對工件臺轉(zhuǎn)角進(jìn)行定量化自動調(diào)整，以保證加工工件的錐度誤差在公差要求的范圍內(nèi)。
文檔編號B24B49/02GK103192321SQ20121000745
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者余忠華, 謝超, 楊振生, 孫長敬 申請人:浙江大學(xué)