CN101125417A - 带倾角杯状在线砂轮修整器 - Google Patents

Abstract

带倾角杯状在线砂轮修整器，涉及一种对非球面加工砂轮。提供一种具有在线检测功能的带倾角杯状在线砂轮修整器。数控系统设有工控机、运动控制器、3个电机驱动器和传感器接口电路，运动控制器接工控机和3个电机驱动器。砂轮修整器设有修整砂轮、砂轮接盘、主轴带轮箱、主轴、3个饲服电机、3个传动机构、底座、摆臂支座、摆臂转轴、传感器、传感器支架和摆臂，修整砂轮设于砂轮接盘上，砂轮接盘安装在主轴上，3个电机与3个驱动器连接，第1电机经第1传动机构接主轴。第2电机驱动滑块，第3电机经第3传动机构接摆臂转轴。摆臂支座安装于底座上，摆臂支座接摆臂转轴，主轴带轮箱接摆臂，传感器支架安装在摆臂上，传感器与工控机连接。

Description

带倾角杯状在线砂轮修整器

技术领域

本发明涉及一种对非球面加工砂轮，尤其是涉及一种具有在线检测功能的带倾角杯状砂轮修整器。

背景技术

目前，光学材料的磨削加工通常采用金刚石砂轮。用于磨削非球面的金刚石砂轮根据其外周截面形状的不同，可分为：平面砂轮、斜面(圆台)砂轮、圆弧砂轮和球形砂轮四种。磨削加工不仅要求磨削精度，而且同时要求磨削效率，砂轮作为磨削的关键部件，除了其本身的结构外，其加工表面的修形方法也是影响砂轮磨削性能的重要因素。修形的目的是消除砂轮的形状误差和表面缺陷，使砂轮具有准确的几何形状精度，以免在磨削中产生振动，引起不平坦不均等的切削。因此对任意一台磨床，砂轮修形的质量的高低直接影响着零件的加工精度，它是超精密磨削加工中的一项关键技术。如今，超硬超微粒金刚石砂轮的精密修形技术已得到了各国的工艺专家的高度重视，并已发展出多种实用方法。

为了达到高精度非球面镜片的加工精度要求，选择金刚石砂轮的修形方式将直接影响到工件的加工精度及表面质量。表1列举了几种常用的金刚石砂轮的修形方式。对比表1中各种修形方式所能达到的形状精度、表面粗糙度及修形效率等指标，可以得到对于具有高精度要求的金刚石砂轮。

表1金刚石砂轮的修形方式比较

修形类型	工件形状精度	工件粗糙度值	磨粒状态	修形效率
					单晶金刚石	同	大	破碎多	同
旋转金刚轮	中	中	破碎中	同
					综合成形	中	小	好	低
电火花修形	中	中	破碎中	中
					ECD电化学	同	大	好	同
放电修形	中	小	好	中
					杯状砂轮	高	小	好	低
激光修形	同	中	好	中

激光修形作为一种非接触修形法，避开力的作用和硬接触，基于热的熔化和气化机理，无疑是很有发展前途的修形技术，但需进一步深入开展多方位研究，同时采用激光修形超硬磨料砂轮时，也存在着许多问题。如果激光修锐参数不当，结合剂及磨料将同时被去除，砂轮表面因出现深沟而遭到破坏，而且受激光光斑直径的影响以及金刚石磨料的碳化现象，激光修形方法不适应细粒度金刚石砂轮的修锐。以目前的技术成熟程度来看，采用杯状砂轮修整器进行修形、修锐是比较理想的工作方式，其综合性能最佳(参见文献：Y.Keunieda，H.Matsuura，S.Kodama，N.Yoshihara，J.Yan，T.Kuriyagawa.Development of New LaserConditioning Method for Micro Aspherical Grinding，Proceeding of Conference on Jspe.2006，499)。

杯状砂轮修形法的修形机理如下：在修形过程中，从杯状砂轮上脱落下来的磨粒对金刚石磨粒和结合剂的冲击以及研磨作用产生修形效果。脱落下来的磨粒越大，修形效率越高，而金刚石表面越粗糙。由于依靠从杯状砂轮上脱落磨料与金刚石砂轮的研磨作用，因此对密实型金刚石砂轮修形时，即可整形，也可同时修锐，但修形工具耗损严重。由于整形时的阻力很小，因此可获得较高的整形精度。采用杯状砂轮修整器修形超硬磨料成形砂轮，其修形效率和修形精度都比传统的成形砂轮修形方法要高(参见文献：1、W.Ling，H.Omori，T.Yamada，et al.Studies on manufacture of long dimension X radial mirror[C].Proceedings of Jspe，2000，(10)：296；2、庄司克雄，周立波，唐建设.超硬磨料砂轮的整形和修锐，制造技术与机床[J]，1993(5)：14-18)。但杯状砂轮的修形机理主要依赖于磨料对结合剂的研蚀去除作用，这样就造成砂轮修整器的损耗较大，需用较复杂的专用修形装置，同时很难实现砂轮的在线修形，这些因素限制了它在精密及超精密磨削中的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的砂轮修整中有关精度和修形质量存在的上述问题，提供一种具有在线检测功能的带倾角杯状在线砂轮修整器。

本发明包括数控系统和砂轮修整器两部分。

数控系统设有工控机、运动控制器、第1电机驱动器、第2电机驱动器、第3电机驱动器和传感器接口电路。运动控制器插入工控机的PCI插槽中，运动控制器的接口电路分别与第1电机驱动器、第2电机驱动器和第3电机驱动器输入端连接。

砂轮修整器设有修整砂轮、砂轮接盘、主轴带轮箱、主轴、第1饲服电机、第1传动机构、第2饲服电机、第2传动机构、第3饲服电机、第3传动机构、底座、摆臂支座、摆臂转轴、传感器、传感器支架和摆臂，第2传动机构设有滑块和丝杠。修整砂轮设于砂轮接盘上，砂轮接盘安装在主轴上，主轴与主轴带轮箱通过轴承联接，第1伺服电机与第1电机驱动器连接，第1伺服电机经第1传动机构接主轴并带动修整砂轮转动。第2伺服电机与第2电机驱动器连接，并通过丝杠驱动滑块运动，从而带动主轴带轮箱的上下移动。第3伺服电机与第3电机驱动器连接，第3伺服电机经第3传动机构接摆臂转轴并带动摆臂摆动。摆臂支座安装于底座上，摆臂支座通过轴承与摆臂转轴联接，摆臂转轴与摆臂之间过盈配合。主轴带轮箱位于摆臂内部，主轴带轮箱的侧面通过导轨与摆臂侧面联接，主轴带轮箱的底面通过滑块与摆臂底面联接。传感器支架安装在摆臂上，可随摆臂一起摆动。传感器安装在传感器支架上，传感器经传感器接口电路与工控机连接，传感器的高度位于摆臂转轴的摆动中心线下方，在摆动范围内可以测量到整个砂轮表面的面形。

修整砂轮最好为无倾角杯状砂轮。修整砂轮可通过环氧树脂粘在砂轮接盘上。

摆臂的摆角调节范围最好为-15～15°。主轴带轮箱倾角最好为10°。主轴带轮箱高度调节范围最好为0～40mm。传感器最好采用激光位移传感器。

杯状砂轮修整器的传动方式为圆弧齿形同步带传动，杯状砂轮修整器对圆弧金刚石砂轮进行修形的运动关系为砂轮旋转+修整器摆动+修整器进给运动+修整器往复送进运动。杯状砂轮修整器在对圆弧金刚石砂轮进行砂轮修整时，应调节主轴带轮箱的高度使被修整的圆弧砂轮圆弧部分半径的中心线与摆臂转轴的摆动中心线在同一直线上。

工控机中可采用砂轮在线修整软件。

使用时，底座安装于磨床工作台上。

本发明所提供的带倾角杯状在线砂轮修整器能实现修整砂轮相对于金刚石砂轮的前后左右和上下移动，并且具有在线检测并进行误差补偿的功能，可有效地提高修整精度和修整效率。因此本发明能精确修整用于磨削非球面的圆弧和球形金刚石砂轮，另外本发明具有结构简单、体小质轻、功能强大和编程灵活等优点。

附图说明

图1为本发明实施例的控制系统原理图。

图2为本发明实施例的结构主视剖面示意图。

图3为本发明实施例的结构俯视示意图。

图4为本发明实施例的外观结构示意图。

图5为本发明实施例的修整运动原理图。

以下给出图1～5中的各主要配件的代号：

1激光位移传感器，2金刚石砂轮，3修整砂轮，4砂轮接盘，5第1饲服电机，6主轴，7轴承，8第1传动机构，9主轴带轮箱，10丝杠，11传感器支架，12摆臂转轴，13第3传动机构，14轴承，15摆臂，16摆臂支座，17滑块，18第2饲服电机，19底座，20导轨，21第3饲服电机；A砂轮在线修整软件，B工控机，C运动控制器，D传感器接口电路，E第1电机驱动器，F第2电机驱动器，G第3电机驱动器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

参照图1，工控机B通过PCI总线与运动控制器C相连，运动控制器C经其接口电路分别与第1电机驱动器E、第2电机驱动器F和第3电机驱动器G输入端相连，由第1电机驱动器E、第2电机驱动器F和第3电机驱动器G输出端分别驱动第1饲服电机5、第2饲服电机18和第3饲服电机21。工控机B经传感器接口电路D与传感器1相连。

在砂轮修整过程中，由工控机端软件A对运动控制器C进行控制，运动控制器C控制第1电机驱动器E、第2电机驱动器F和第3电机驱动器G输出端，从而驱动第1饲服电机5、第2饲服电机18和第3饲服电机21转动进行修整，同时激光位移传感器1将测量得到的数据经传感器接口电路D传送给工控机B，砂轮在线修整软件A读取激光位移传感器1数据并进行处理，得到补偿加工数据。

参见图1～4，砂轮修整器设有修整砂轮3、砂轮接盘4、主轴带轮箱9、主轴6、轴承7、第1饲服电机5、第1传动机构8、第2饲服电机18、第2传动机构(包括丝杆10和滑块17)、第3饲服电机21、第3传动机构13、轴承14、底座19、导轨20、摆臂支座16、摆臂转轴12、激光位移传感器1、传感器支架11和摆臂15。修整砂轮3设于砂轮接盘4上，砂轮接盘4安装在主轴6上，主轴6与主轴带轮箱9通过轴承7联接，第1伺服电机5与第1电机驱动器E连接，第1伺服电机5经第1传动机构8接主轴6并带动修整砂轮3转动。第2伺服电机18与第2电机驱动器F连接，并通过丝杠10驱动滑块17运动，从而带动主轴带轮箱9的上下移动。第3伺服电机21与第3电机驱动器G连接，第3伺服电机21经第3传动机构13接摆臂转轴12并带动摆臂15摆动。摆臂支座16安装于底座19上，摆臂支座16通过轴承14与摆臂转轴12联接，摆臂转轴12与摆臂15之间过盈配合。主轴带轮箱9位于摆臂15内部，主轴带轮箱9的侧面通过导轨20与摆臂15侧面联接，主轴带轮箱9的底面通过滑块17与摆臂15底面联接。传感器支架11安装在摆臂15上，可随摆臂15一起摆动。传感器1安装在传感器支架11上，传感器1经传感器接口电路D与工控机B连接，传感器1的高度位于摆臂转轴12的摆动中心线下方，在摆动范围内可以测量到整个砂轮表面的面形。

修整砂轮3采用无倾角杯状砂轮，修整砂轮3通过环氧树脂粘在砂轮接盘4上。摆臂15的摆角调节范围为-15～15°。主轴带轮箱9倾角10°。主轴带轮箱高度调节范围为0～40mm。导轨采用燕尾形导轨。使用时，砂轮修整器的底座安装于磨床工作台上。

图5给出本发明实施例的带倾角杯状在线砂轮修整器的修整运动原理图。本发明的传动方式采用圆弧齿形同步带传动，对圆弧金刚石砂轮2进行修形的运动关系砂轮旋转+修整器摆动+修整器进给运动+修整器往复送进运动。修形过程中，被修整圆弧金刚石砂轮2绕砂轮轴旋转，杯状砂轮3同时进行往复纵向送进运动、进给运动、摆动运动和自身的旋转运动，摆动运动以摆动中心O为圆心。同时激光位移传感器对砂轮表面进行在线测量，将测量结果反馈给砂轮在线修整软件用以确定是否需要补偿加工。

当采用本发明对圆弧金刚石砂轮2进行砂轮修整时，应调节主轴带轮箱的高度使被修整的圆弧砂轮圆弧部分半径的中心线与摆臂转轴的摆动中心线O在同一直线上。

在采用本发明对金刚石砂轮进行修整时，砂轮修整器的底座安装于磨床工作台上，由于磨床工作台可在磨床床身作x向左右运动，金刚石砂轮可在磨床床身作z向前后运动和y向上下运动。因此砂轮修整器的底座本身已能实现相对于金刚石砂轮做x，z，y轴，即前后、左右和上下运动，因砂轮修整器又具有摆动功能，故本发明可实现相对于金刚石砂轮表面做三移动轴和一转动轴即绕x轴转动的功能。

Claims (7)

1.带倾角杯状在线砂轮修整器，其特征在于包括数控系统和砂轮修整器两部分；

数控系统设有工控机、运动控制器、第1电机驱动器、第2电机驱动器、第3电机驱动器和传感器接口电路，运动控制器插入工控机的PCI插槽中，运动控制器的接口电路分别与第1电机驱动器、第2电机驱动器和第3电机驱动器输入端连接；

砂轮修整器设有修整砂轮、砂轮接盘、主轴带轮箱、主轴、第1饲服电机、第1传动机构、第2饲服电机、第2传动机构、第3饲服电机、第3传动机构、底座、摆臂支座、摆臂转轴、传感器、传感器支架和摆臂，第2传动机构设有滑块和丝杠，修整砂轮设于砂轮接盘上，砂轮接盘安装在主轴上，主轴与主轴带轮箱通过轴承联接，第1伺服电机与第1电机驱动器连接，第1伺服电机经第1传动机构接主轴并带动修整砂轮转动，第2伺服电机与第2电机驱动器连接，并通过丝杠驱动滑块运动，从而带动主轴带轮箱的上下移动，第3伺服电机与第3电机驱动器连接，第3伺服电机经第3传动机构接摆臂转轴并带动摆臂摆动，摆臂支座安装于底座上，摆臂支座通过轴承与摆臂转轴联接，摆臂转轴与摆臂之间过盈配合，主轴带轮箱位于摆臂内部，主轴带轮箱的侧面通过导轨与摆臂侧面联接，主轴带轮箱的底面通过滑块与摆臂底面联接，传感器支架安装在摆臂上，传感器安装在传感器支架上，传感器经传感器接口电路与工控机连接。

2.如权利要求1所述的带倾角杯状在线砂轮修整器，其特征在于修整砂轮为无倾角杯状砂轮。

3.如权利要求1或2所述的带倾角杯状在线砂轮修整器，其特征在于修整砂轮通过环氧树脂粘在砂轮接盘上。

4.如权利要求1所述的带倾角杯状在线砂轮修整器，其特征在于摆臂的摆角调节范围为-15～15°。

5.如权利要求1所述的带倾角杯状在线砂轮修整器，其特征在于主轴带轮箱倾角为10°。

6.如权利要求1所述的带倾角杯状在线砂轮修整器，其特征在于主轴带轮箱高度调节范围为0～40mm。

7.如权利要求1所述的带倾角杯状在线砂轮修整器，其特征在于传感器为激光位移传感器。

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