CN102189465B - 活塞环侧边定位数控磨床 - Google Patents

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Xuzhou Fengdeng Agricultural Development Co.,Ltd.
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Nantong Dexin Numerical Control Machine Tool Co Ltd
Nantong University
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Abstract

本发明公开了一种活塞环侧边定位数控磨床，包括工作平台、磨削砂轮、落料孔、锥形上料机构、压料伺服电机、压头、待加工环、推料伺服电机、切换开关、数控装置和落料理环杆。本发明磨床由数控控制，实现了多个活塞环连续、自动地完成侧边定位用R槽的磨削加工，尤其是在连续加工的自动上、下料过程中，借助于机械结构与电气控制的配合，保证了加工过程中活塞环上始终加有一个合适的大小的压力，改变了原来完全依赖人工完成的加工工序，实现了全自动、连续加工，在加工过程中保持了工艺参数的一致性，保证并提高了加工质量，极大地提高了工作效率。

Description

活塞环侧边定位数控磨床
技术领域
本发明涉及一种特种活塞环加工用数控磨床，尤其是涉及加工活塞环开口处侧边定位用R槽的活塞环侧边定位数控磨床。
背景技术
活塞环加工专机是内燃机制造行业的专用机床。目前，侧边定位活塞环——活塞环开口处侧边具有定位用R槽的一种特种活塞环——定位用R槽的加工全部依赖手工加工，尚无此道工序加工的成套设备。在人工加工过程中，必须依赖人的手感来把环压紧在工作平台上，保证被加工环在工作平台上平稳滑动，以便环的开口处侧边平稳地经过砂轮磨削，加工出定位用R槽。此时加在环上的压力不能太大，太大将导致环变形或在工作平台上无法平稳滑动；压力又不能太小，太小将导致环有可能翘起而使加工尺寸不能到位，且工装寿命短。因此手工加工加工出来的产品受人为操作和工装的影响，效率低，产品质量一致性差，废品率高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种活塞环侧边定位数控磨床。
本发明采用的技术方案是：一种活塞环侧边定位数控磨床，包括工作平台、磨削砂轮、落料孔、锥形上料机构、压料伺服电机、压头、待加工环、推料伺服电机、切换开关、数控装置和落料理环杆，所述工作平台上方设有锥形上料机构，锥形上料机构内设有待加工环，待加工环上端设有压头，压头与压料伺服电机连接，所述锥形上料机构与推料伺服电机连接，压料伺服电机和推料伺服电机与数控装置连接，所述工作平台上按锥形上料机构运行方向依次设有磨削砂轮、平台平面部分、平台楔形面部分和落料孔，落料孔的下方设有落料理环杆，所述平台平面部分与平台楔形面部分的交界处设有切换开关，该切换开关为压料伺服电机转矩控制模式转换为位置控制模式切换开关。
作为优选，所述压头与压料伺服电机采用滚珠丝杆连接结构。
本发明将工件赖以滑动的工作平台改变为楔形面结构，在连续加工的自动上、下料过程中，利用工件在楔形面上的滑动，逐步增加施加在环上的压力，并借助于电气控制手段，最终将压力保持在一个合适的数值上的状态下，完成定位用R槽的磨削加工。
有益效果：本发明磨床由数控控制，实现了多个活塞环连续、自动地完成侧边定位用R槽的磨削加工，尤其是在连续加工的自动上、下料过程中，借助于机械结构与电气控制的配合，保证了加工过程中活塞环上始终加有一个合适的大小的压力，改变了原来完全依赖人工完成的加工工序，实现了全自动、连续加工，在加工过程中保持了工艺参数的一致性，保证并提高了加工质量，极大地提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中工作平台的结构示意图；
图3为图2的仰视图；
图4为本发明中压料电机转矩与压头压力关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
如图1、2和3所示：一种活塞环侧边定位数控磨床，包括工作平台11、磨削砂轮4、落料孔5、锥形上料机构6、压料伺服电机7、压头8、待加工环9、推料伺服电机10、切换开关12、数控装置13和落料理环杆14，所述工作平台11上方设有锥形上料机构6，锥形上料机构6内设有待加工环9，待加工环9上端设有压头8，压头8与压料伺服电机7连接，所述锥形上料机构6与推料伺服电机10连接，压料伺服电机7和推料伺服电机10与数控装置13连接，所述工作平台11上按锥形上料机构6运行方向依次设有磨削砂轮4、平台平面部分2、平台楔形面部分1和落料孔5，落料孔5的下方设有落料理环杆14，所述平台平面部分2与平台楔形面部分1的交界处3设有切换开关12，该切换开关12为压料伺服电机7转矩控制模式转换为位置控制模式切换开关。
本发明活塞环侧边定位数控磨床的工作过程如下：
上一批工件加工完成后，锥形上料机构6处于图1所示位置，即平台平面部分2与平台楔形面部分1的交界处3，然后由人工将待加工环9码放到锥形上料机构6中，此时活塞环开口已对齐。
数控启动后：
第1步：压料伺服电机7带动压头8压料，直至接受到压力合适信号；
第2步：推料伺服电机10把锥形上料机构6（联同上方的压料伺服电机7）向前推向金刚石磨削砂轮4，此时锥形上料机构6最下面的一片环将加工出定位用R槽，完成工件的磨削加工；
第3步：推料伺服电机10带动锥形上料机构6后退到落料孔5位置；
第4步：启动压料伺服电机7使最下面一片环落入到落料理环杆14上；
第5步：推料伺服电机10带动锥形上料机构6重新向前到平台平面部分2与平台楔形面部分1的交界处3。
重复1～5步，加工下一片环，直到上料机构内环被全部加工完毕，发出料位到信号，压料电机反转回收压头到最高处，等待上料重新启动数控。
在第4步，为了保证活塞环能顺利落下，压料电机将会下压一段距离，这一距离将超过一片环的厚度，其结果是最下面一片环落下后，下面倒数第二片环将突出上料机构下平面约半个环厚度，为了能把该片环托回到上料机构中去，本发明提出的技术方案为：随着推料电机的向前推动，当前的最下面一片环将受到楔形面的托起，逐步回到上料机构中，但由于上面有压料电机的推压，将有可能导致压力太大，为此将压料伺服电机的控制模式设置为转矩控制模式：设置一个转矩限制值TL，当实际转矩Td＜TL，电机正转下压；当Td＞TL，电机反转回收；当Td＝TL，电机停转，同时发出压力达限信号（即压力合适信号）。在平台楔形面终端处及以后，这一压力将得到保持，这样在利用楔形面将环托起和后续的加工过程中，环上将始终保持一个合适的压力。为了在下料时，不因电机工作在转矩控制模式而将上料机构中的环全部压落，在环到达平台楔形面终端处时将电机的控制模式切换为位置控制模式，下料结束后回切为转矩控制模式，这样通过机械结构与电气控制的配合，解决了手工加工中存在的问题。
进一步需要说明的问题是，需要保持的是加在环上的压力，而转矩控制方式控制的是电机具有恒定的转矩，为此必须说明压料电机的转矩与压头上的压力是单调对应的关系。由于压头与压料电机采用的是滚珠丝杠连接结构，如图4所示，图中包括进给丝杆15，滚珠螺母16，驱动转矩Te17，轴向压力Fa18，由相关资料【王志民,张西忠,厉勇.滚珠丝杠传动使用与发展[J].机电工程技术,2004,(9)】可知图4中驱动转矩Te与轴向压力Fa的关系为：
式中：Fa——轴向压力；
η——传动效率，与螺距和丝杆公称直径有关；
      Te——电机驱动转矩；
      Ph——螺距（导程）
此式表明，在螺距和丝杆公称直径确定的情况下，驱动转矩Te与轴向压力Fa之间为正比关系，单调对应，因此对压力的控制就转化为对转矩的控制。

Claims (2)

1.一种活塞环侧边定位数控磨床，其特征在于：包括工作平台(11)、磨削砂轮(4)、落料孔(5)、锥形上料机构(6)、压料伺服电机(7)、压头(8)、待加工环(9)、推料伺服电机(10)、切换开关(12)、数控装置(13)和落料理环杆(14)，所述工作平台(11)上方设有锥形上料机构(6)，锥形上料机构(6)内设有待加工环(9)，待加工环(9)上端设有压头(8)，压头(8)与压料伺服电机(7)连接，所述锥形上料机构(6)与推料伺服电机(10)连接，压料伺服电机(7)和推料伺服电机(10)与数控装置(13)连接，所述工作平台(11)上按锥形上料机构(6)运行方向依次设有磨削砂轮(4)、平台平面部分(2)、平台楔形面部分(1)和落料孔(5)，落料孔(5)的下方设有落料理环杆(14)，所述平台平面部分(2)与平台楔形面部分(1)的交界处(3)设有切换开关(12)，该切换开关(12)为压料伺服电机(7)转矩控制模式转换为位置控制模式切换开关；
所述活塞环侧边定位数控磨床的工作过程如下：
上一批工件加工完成后，锥形上料机构(6)处于平台平面部分(2)与平台楔形面部分(1)的交界处(3)，然后由人工将待加工环(9)码放到锥形上料机构(6)中，此时活塞环开口已对齐；
数控启动后：
第1步：压料伺服电机(7)带动压头(8)压料，直至接受到压力合适信号；
第2步：推料伺服电机(10)把锥形上料机构(6)，联同上方的压料伺服电机(7)，向前推向金刚石磨削砂轮(4)，此时锥形上料机构(6)最下面的一片环将加工出定位用R槽，完成工件的磨削加工；
第3步：推料伺服电机(10)带动锥形上料机构(6)后退到落料孔(5)位置；
第4步：启动压料伺服电机(7)使最下面一片环落入到落料理环杆(14)上；
第5步：推料伺服电机(10)带动锥形上料机构(6)重新向前到平台平面部分(2)与平台楔形面部分(1)的交界处(3)；
重复1～5步，加工下一片环，直到上料机构内环被全部加工完毕，发出料位到信号，压料电机反转回收压头到最高处，等待上料重新启动数控；
在第4步，为了保证活塞环能顺利落下，压料电机将会下压一段距离，这一距离将超过一片环的厚度，其结果是最下面一片环落下后，下面倒数第二片环将突出上料机构下平面约半个环厚度，为了能把该片环托回到上料机构中去，随着推料电机的向前推动，当前的最下面一片环将受到楔形面的托起，逐步回到上料机构中，但由于上面有压料电机的推压，将有可能导致压力太大，为此将压料伺服电机的控制模式设置为转矩控制模式：设置一个转矩限制值TL，当实际转矩Td＜TL，电机正转下压；当Td＞TL，电机反转回收；当Td＝TL，电机停转，同时发出压力达限信号，即压力合适信号；在平台楔形面终端处及以后，这一压力将得到保持，这样在利用楔形面将环托起和后续的加工过程中，环上将始终保持一个合适的压力；为了在下料时，不因电机工作在转矩控制模式而将上料机构中的环全部压落，在环到达平台楔形面终端处时将电机的控制模式切换为位置控制模式，下料结束后回切为转矩控制模式。
2.根据权利要求1所述的活塞环侧边定位数控磨床，其特征在于：所述压头(8)与压料伺服电机(7)之间采用滚珠丝杆连接结构。
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