CN102059652B - 导轨成形磨床双磨头热伸长非接触测量机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导轨成形磨床双磨头热伸长非接触测量机构。包括X方向拖板、Z方向拖板和非接触激光位移传感器；X方向拖板和Z方向拖板相配合后，X方向拖板上的两条X方向拖板导轨槽与两根磨头X方向导轨配合，X方向拖板上的拖板螺母座与设置在导轨成形磨床双磨头之间的测量机构X方向丝杠配合，使整个热伸长非接触测量机构安装在导轨成形磨床双磨头之间，安装后非接触激光位移传感器位于砂轮的上表面。本发明在不影响磨床龙门架及磨头主结构的前提下，通过增加的附加结构，能够有效实现双磨头热伸长的非接触测量，机构稳定性好，操控简便，测量精度高，有效提高了导轨成形磨削中两个侧面的对称性和精度，改善了导轨的性能。
Description
技术领域
本发明涉及成形磨削加工技术，尤其是涉及一种导轨成形磨床双磨头热伸长非接触测量机构。
背景技术
精密曲面直线滚动导轨是当前精密数控加工设备中的关键部件，对机床整体精度和加工过程的平稳性具有重要影响。精密曲面导轨的精加工工序一般在导轨成形磨床上完成。导轨成形面的磨削涉及到多个面，其中导轨两个侧面的加工一般采用两个立式磨头配以成形砂轮进行对称磨削。
磨削加工开始时，左右磨头处于相同高度，以保证导轨侧面形状的对称性。加工过程中由于主轴和砂轮发热造成两个磨头出现伸长现象，而且由于结构、材料、安装等环节中存在的差异，两个磨头的热伸长量往往并不一致。该现象造成的后果是两个导轨侧面成形面发生高度差异，会导致安装于导轨的滑块出现倾斜，严重影响加工精度和导轨耐用性。
针对该问题，传统的方法是磨削经过一定时间后，对产品进行抽样检验，如果发现两个磨头高度不一致，则通过数控系统进行手动补偿调节Z轴高度。这样的方法不仅存在测量精度差、稳定性不高等缺点，同时测量、加工效率低，并可能出现不合格品，造成浪费。
理想的方法是能够在加工过程中在线获得左右磨头的热伸长数据，并通过比较，将伸长量经专用接口传输给数控系统，由数控系统自动进行补偿控制。采用该方法首要解决的问题包括：1、设计合理的测量方式。一方面，由于热伸长量最终体现在砂轮的水平高度上，而砂轮在磨削加工中是不间断运转的，传统的接触式测量方式难以有效应用；另一方面，磨削加工中的杂质及冷却液会极大地影响接触式测量的精度，同时给传感设备造成伤害。2、设计合理的测量机构。理想的测量机构能最大限度地减少对原有机床结构的影响，尽量在不改变原有结构和运行方式的情况下实现在线测量。而且，为满足对左右磨头测量的需要，需要考虑装置的灵活移动和配置能力。
发明内容
为了减小双磨头热伸长量的差异，提高导轨成形面形位精度，本发明目的在于提供一种导轨成形磨床双磨头热伸长的非接触测量机构，以实现双磨头热伸长量的精确在线测量，同时将测量信息反馈给数控系统，以进行有效的误差补偿。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
热伸长非接触测量机构它包括X方向拖板、Z方向拖板和非接触激光位移传感器；其中：
1)X方向拖板一侧面上半部分设有X方向拖板导轨槽，下半部分设有X方向拖板导轨槽，上述两个X方向拖板导轨槽对称布置，X方向拖板螺母座设置在两个X方向拖板导轨槽之间，X方向拖板的另一侧面的左边设有Z方向单导轨，右边设有Z方向丝杠；
2)Z方向拖板一侧面左边设有Z方向拖板螺母座，右边设有Z方向拖板导轨槽；Z方向拖板导轨槽与所述X方向拖板的单导轨配合，Z方向拖板螺母座与所述X方向拖板的Z方向丝杠配合；Z方向拖板下端设有传感器安装座，安装座上安装非接触激光位移传感器，通过螺钉固定；
X方向拖板上的两条X方向拖板导轨槽与两根磨头X方向导轨配合，X方向拖板上的拖板螺母座与设置在导轨成形磨床双磨头之间的测量机构X方向丝杠配合，使整个热伸长非接触测量机构安装在导轨成形磨床双磨头之间，安装后非接触激光位移传感器位于砂轮的上表面。
测量时，在左磨头砂轮测量位置进行一次采集多个点求取均值，减小测量误差，获得高度值，然后通过X方向丝杠驱动X方向拖板，到达右磨头砂轮测量位置，并获得测量值。将当前测量值与前次测量对比，将热伸长差异信息反馈给数控系统，进行自动补偿。
本发明具有的有益的效果是：
本发明的采用了可移动式结构的非接触测量方法。丰富了当前成形磨削加工中误差测量监控方面的思路，同时针对双磨头装置进行设计，具有良好的适应性，有效地解决了成形面磨削加工中左右磨头热伸长的在线测量问题。
由于采用了可移动式结构的非接触测量方法，一方面，避免了测量设备与旋转砂轮的直接接触，提高了设备的安全性和测量精度，另一方面，通过一组机构实现了左右两个磨头的热伸长测量，高效、经济，而且无需改动原有磨床主体结构。
本发明在不影响磨床龙门架及磨头主结构的前提下，通过增加的附加结构，能够有效实现双磨头热伸长的非接触测量，机构稳定性好，操控简便，测量精度高，有效提高了导轨成形磨削中两个侧面的对称性和精度，改善了导轨的性能。
附图说明
图1是本发明测量机构的安装状态示意图。
图2是测量机构整体结构原理图。
图3是测量机构X方向拖板的结构左视图。
图4是图3的右视图。
图5是图3的A向视图。
图6是测量机构Z方向拖板及安装座机构主视图。
图7是测量机构Z方向拖板结构左视图。
图8是图7的B向视图。
图9是激光位移传感器非接触测量的示意图。
图10是本发明的测量机构的工作过程和热伸长补偿控制流程示意图。
图中：1-磨头X方向导轨，2-机构X方向丝杠，3-磨头主轴，4-砂轮，5-工作台，6-工件，7-龙门架，8-磨头拖板，9-Z方向拖板，10-X方向拖板，11-X方向拖板导轨槽，12-X方向拖板螺母座，13-Z方向单导轨，14-Z方向丝杠，15-Z方向拖板螺母座，16-传感器安装座，17-螺钉，18-非接触激光位移传感器，19-Z方向拖板导轨槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施过程对本发明作进一步的说明。
如图1～图8所示，热伸长非接触测量机构它包括X方向拖板10、Z方向拖板9和非接触激光位移传感器18；其中：
1)X方向拖板10一侧面上半部分设有X方向拖板导轨槽，下半部分设有X方向拖板导轨槽，上述两个X方向拖板导轨槽对称布置，X方向拖板螺母座12设置在两个X方向拖板导轨槽之间，X方向拖板10的另一侧面的左边设有Z方向单导轨13，右边设有Z方向丝杠14；
2)Z方向拖板9一侧面左边设有Z方向拖板螺母座15，右边设有Z方向拖板导轨槽19；Z方向拖板9导轨槽19与所述X方向拖板10的单导轨13配合，Z方向拖板螺母座15与所述X方向拖板10的Z方向丝杠14配合；Z方向拖板9下端设有传感器安装座16，安装座上安装非接触激光位移传感器18，通过螺钉17固定；X方向丝杠2旋转的动力由X方向伺服电机产生；Z方向丝杠14旋转的动力由Z方向伺服电机产生。
X方向拖板10上的两条X方向拖板导轨槽11与两根磨头X方向导轨1配合，X方向拖板10上的拖板螺母座12与设置在导轨成形磨床双磨头之间的测量机构X方向丝杠2配合，使整个热伸长非接触测量机构安装在导轨成形磨床双磨头之间，安装后非接触激光位移传感器18位于磨头主轴3砂轮4的上表面。
加工时，工件6装夹在工作台5上，龙门架7上的磨头主轴3驱动砂轮4对工件6侧面进行精密磨削，本测量装置实现加工中两个磨头主轴3的热伸长检测功能。整个测量机构可在X方向定位于左右磨头砂轮上表面的测量位置，使激光点位于砂轮上表面，并通过Z方向定位200～300mm范围的非接触测量高度。测量时，在左磨头砂轮测量位置进行一次采集多个点求取均值，减小测量误差，获得高度值，然后通过X方向丝杠2驱动X方向拖板10，到达右磨头砂轮测量位置，并获得测量值。将当前测量值与前次测量对比，将热伸长差异信息反馈给数控系统，进行自动补偿。
采用激光位移传感器进行非接触测量时，通过发射光在测量工件表面产生漫反射，根据反射光在CCD成像中的位置变化，传感器利用三角测量原理，计算被测砂轮的位移量，从而实现高精度测量。激光位移传感器非接触测量原理如图9所示。
本发明的工作过程如下：
1、对刀调整左右砂轮至等高，开启磨头主轴，加工开始；
2、获得左右磨头X轴向位置信息，并控制测量机构X方向定位于砂轮上表面位置，以便于对左磨头进行测量；
3、启动非接触激光位移传感器，将光点打至砂轮上表面，并根据测量值，调整测量机构，使其在Z方向定位于200～300mm的最佳测量高度；
4、动态连续采集批量数据，并均化处理后输出，作为本次高度测量结果反馈给系统；
5、重复2～4步，对右砂轮进行测量；
6、通过本次左右砂轮测量数据与前次测量数据的比较，获得磨头热伸长量，将此热伸长量通过数控系统接口反馈给机床，进行补偿。
激光非接触热伸长测量工作过程如图10所示。
Claims (1)
1.一种导轨成形磨床双磨头热伸长非接触测量机构，其特征在于：热伸长非接触测量机构它包括X方向拖板(10)、Z方向拖板(9)和非接触激光位移传感器(18)；其中：
1)X方向拖板(10)一侧面上半部分设有X方向拖板导轨槽，下半部分设有X方向拖板导轨槽，上述两个X方向拖板导轨槽对称布置，X方向拖板螺母座(12)设置在两个X方向拖板导轨槽之间，X方向拖板(10)的另一侧面的左边设有Z方向单导轨(13)，右边设有Z方向丝杠(14)；
2)Z方向拖板(9)一侧面左边设有Z方向拖板螺母座(15)，右边设有Z方向拖板导轨槽(19)；Z方向拖板(9)导轨槽(19)与所述X方向拖板(10)的单导轨(13)配合，Z方向拖板螺母座(15)与所述X方向拖板(10)的Z方向丝杠(14)配合；Z方向拖板(9)下端设有传感器安装座(16)，安装座上安装非接触激光位移传感器(18)，通过螺钉(17)固定；
X方向拖板(10)上的两条X方向拖板导轨槽(11)与两根磨头X方向导轨(1)配合，X方向拖板(10)上的拖板螺母座(12)与设置在导轨成形磨床双磨头之间的测量机构X方向丝杠(2)配合，使整个热伸长非接触测量机构安装在导轨成形磨床双磨头之间，安装后非接触激光位移传感器(18)位于砂轮(4)的上表面。
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