CN103192321B - 一种面向无心内圆磨床的锥度误差自动调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向无心内圆磨床的锥度误差自动调节装置。在该装置中，PLC(1)分别与砂轮轴步进电机驱动器(2)、砂轮电主轴驱动器(3)、锥度调节步进电机驱动器(4)和触摸显示屏(5)连接；锥度调节步进电机(6)与锥度调节蜗杆(7)连接；锥度调节蜗杆(7)与锥度调节蜗轮(8)连接；锥度调节蜗轮(8)是可旋转工件台(9)的一部分；可旋转工件台(9)上有旋转轴(10)；砂轮电主轴(16)上安装有砂轮(15)。本发明可以在无心内圆磨床进行磨削加工时，根据加工工件的锥度误差，通过PLC、步进电机等对工件台转角进行定量化自动调整，以保证加工工件的锥度误差在公差要求的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向无心内圆磨床的锥度误差自动调节装置。
背景技术
在现代磨削加工中，内圆磨削一直被认为是比较困难的，对于微小孔的加工更是如此。不仅加工成本高，对其的加工精度也有很高的要求。现有的内圆磨床一般都以工件台径向进给的方式完成内圆磨削，当通过离线检测发现加工工件产生较大的锥度误差时，通常是依靠人工旋转工件台后面的螺栓来进行调节，这在很大程度上依赖着操作者的经验能力。由于缺乏一个定量的控制手段，往往需要多次试凑才能达到调节的目的，从而使得调节效率低下、质量难以得到有效的保证。为此，我们考虑通过发明一套定量化的自动调节机构，只需测量加工后的工件锥度误差值并将该锥度误差值输入到PLC中，便可由PLC程序控制机构自动完成调节操作，这样就能够方便、快速的保证工件锥度误差控制在容许的范围内。
在现有技术中，CN2915371Y实用新型专利提出了一种砂轮修整器的锥度调节装置，该装置用于在机械加工磨床上调节砂轮修整器，使其能够将砂轮修整为加工工件所需要的锥度；CN101829932A发明专利提出了一种全自动数控轧辊磨床砂轮主轴可变角度自动控制系统，该系统能够自动控制砂轮主轴的角度，使得在磨削加工时，砂轮工作表面始终保持与轧辊表面相切；CN101462255A发明专利提出了一种磨削过程位置和姿态误差自动调整方法及系统，该方法和系统提出利用角位移传感器和直线位移传感器检测工件的位置和姿态，并通过执行机构调节工件的位置和姿态，但是这种检测方法需要暂停加工过程，控制工件碰触接触轴并推动接触轴运动，然后通过检测接触轴的运动来间接检测工件位置和姿态，不仅过程繁杂，还降低了生产效率，并且工件移动后的重复定位精度难以得到保障；JP05208350A发明专利提出了一种自动锥度磨削加工的方法和装置，通过旋转工件台使得工件进给方向与工件轴成一夹角，用于进行带锥度外圆的磨削；JP10230458A发明专利提出了一种锥度磨削装置，利用接触器碰触工件，测得工件的位置，然后根据设定的锥度和直径，计算出砂轮进给的路径，通过砂轮和工件的相对运动完成锥度磨削。以上专利都不能够在无心内圆磨床上实现锥度误差自动调节。
由此可见，有必要提出一种能够应用在无心内圆磨床上的锥度误差自动调节装置，它能够在工件完成内圆磨削加工后，根据工件加工后产生的锥度误差情况，通过PLC、步进电机等机构对工件台转角进行定量化自动调节，以保证加工工件的锥度误差满足公差要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向无心内圆磨床的，特别是在微型轴承的高速磨削加工中，能够根据工件加工后产生的锥度误差情况，通过PLC、步进电机等对工件台转角进行定量化自动调节，从而保证加工工件的锥度误差满足公差要求。
为了达到上述目的，本发明所述的面向无心内圆磨床的锥度误差自动调节装置结构如下：该装置的控制系统主要由PLC(1)构成，PLC(1)分别与砂轮轴步进电机驱动器(2)、砂轮电主轴驱动器(3)、锥度调节步进电机驱动器(4)和触摸显示屏(5)连接；所述砂轮轴步进电机驱动器(2)与砂轮轴步进电机(18)连接；所述砂轮电主轴驱动器(3)与砂轮电主轴(16)连接；所述锥度调节步进电机驱动器(4)与锥度调节步进电机(6)连接；所述锥度调节步进电机(6)与锥度调节蜗杆(7)连接；所述锥度调节蜗杆(7)与锥度调节蜗轮(8)连接；所述锥度调节蜗轮(8)是可旋转工件台(9)的一部分；所述可旋转工件台(9)上有旋转轴(10)和工件后挡板(11)；所述可旋转工件台(9)可以绕旋转轴(10)旋转；所述工件后挡板(11)用于支承工件(13)；所述工件(13)由左滚轮(12)和右滚轮(14)带动旋转；砂轮轴步进电机(18)与砂轮轴滚珠丝杆(17)连接；所述砂轮轴滚珠丝杆(17)与砂轮电主轴(16)连接；所述砂轮电主轴(16)上安装有砂轮(15)。
所述PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)是一种数字运算操作的电子控制系统。本装置所用的PLC是应用本装置进行锥度调节的无心内圆磨床的控制系统PLC，而不需另行配置PLC，降低了成本。所述PLC主要由CPU模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块组成。所述PLC还通过MPI与触摸显示屏连接，可以通过所述触摸显示屏输入锥度误差测量数据。
所述砂轮轴步进电机驱动器与砂轮轴步进电机连接，所述砂轮轴步进电机又与砂轮轴滚珠丝杆连接。所述砂轮轴步进电机驱动器接收PLC的指令，控制砂轮轴步进电机通过砂轮轴滚珠丝杆的传动完成相应的进给和启停动作。
所述锥度调节步进电机驱动器与锥度调节步进电机连接，在锥度调节步进电机驱动器的控制下，锥度调节步进电机通过蜗轮蜗杆副的传动使得可旋转工件台可以绕旋转轴旋转一个角度，以完成锥度调节。
本发明按工作流程分为测量、计算、调节三个阶段。各个阶段的工作原理如下：
测量：测量阶段是离线完成的，在工件磨削加工完成后，利用测微仪等测量工具对工件进行测量，测出工件的两截面内径数值D1、D2以及两截面宽度L，并将所测得的数据通过触摸显示屏的工件锥度测量数据输入界面输入PLC。
计算：PLC接收到通过触摸显示屏获得的加工工件的内径数值D1、D2和宽度L后，计算出工件的锥度误差M，并比较M是否大于系统设定的需要进行锥度调节的阈值K；若是，则计算需要发送给锥度调节步进电机的调节脉冲数和调节方向，其中，调节脉冲数由锥度调节部分的传动比以及蜗轮蜗杆副中的蜗轮分度圆半径计算得到，调节方向由D1和D2的大小比较结果确定；否则，不进行锥度调节，继续进行下一工件的磨削加工。
调节：按照计算得到的调节脉冲数和调节方向，PLC控制锥度调节步进电机按照调节方向完成上述调节脉冲数的锥度调节，通过蜗轮蜗杆副的传动使得工件台完成一定角度的旋转，调节工件中心轴与砂轮轴之间的夹角；当PLC接收到调节完成的信号后，系统继续开始下一工件的磨削加工。
该发明实现了无心内圆磨床的锥度误差自动调节，具有如下优点：
1)手动测量，自动调节
本装置实现无心内圆磨床的锥度调节，只需要简单测量工件两截面内径数值，通过触摸显示屏输入至PLC即可自动完成锥度调节，过程简单快速，保证了加工效率。
2)精确调节，准确快速
本装置通过步进电机完成锥度误差的定量化调节，系统结构简单，操作方便，无须依靠人工经验，便能快速、有效地保证调节精度。
3)移植性好，成本较低
本装置是针对无心内圆磨床，特别是微型轴承套圈的高速磨削所设计，但其也可经过改制应用于其他类型的内圆磨床或者外圆磨床上，具有一定的可移植性；本装置采用离线方式测量工件的锥度误差，测量仪器简单、费用低廉；而且，本装置的PLC、伺服系统等组件直接借用了该型磨床的控制系统组件，附加成本也较低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的无心夹持示意图；
图3是本发明的锥度测量示意图；
图4是本发明的PLC接线示意图；
图5是本发明的工作流程示意图。
图1中：1、PLC；2、砂轮轴步进电机驱动器；3、砂轮电主轴驱动器；4、锥度调节步进电机驱动器；5、触摸显示屏；6、锥度调节步进电机；7、锥度调节蜗杆；8、锥度调节蜗轮；9、可旋转工件台；10、旋转轴；11、工件后挡板；12、左滚轮；13、工件；14、右滚轮；15、砂轮；16、砂轮电主轴；17、砂轮轴滚珠丝杆；18、砂轮轴步进电机。
图2中：11、工件后挡板；12、左滚轮；13、工件；14、右滚轮；15、砂轮；19、料道；20、推料杆；21、工件支承；22、前挡板。
具体实施方式
本发明的一种面向无心内圆磨床的锥度误差自动调节装置的结构示意图如图1所示，在该装置中，PLC(1)分别与砂轮轴步进电机驱动器(2)、砂轮电主轴驱动器(3)、锥度调节步进电机驱动器(4)和触摸显示屏(5)连接；所述砂轮轴步进电机驱动器(2)与砂轮轴步进电机(18)连接；所述砂轮电主轴驱动器(3)与砂轮电主轴(16)连接；所述锥度调节步进电机驱动器(4)与锥度调节步进电机(6)连接；所述锥度调节步进电机(6)与锥度调节蜗杆(7)连接；所述锥度调节蜗杆(7)与锥度调节蜗轮(8)连接；所述锥度调节蜗轮(8)是可旋转工件台(9)的一部分；所述可旋转工件台(9)上有旋转轴(10)和工件后挡板(11)；所述可旋转工件台(9)可以绕旋转轴(10)旋转；所述工件后挡板(11)用于支承工件(13)；所述工件(13)由左滚轮(12)和右滚轮(14)带动旋转；砂轮轴步进电机(18)与砂轮轴滚珠丝杆(17)连接；所述砂轮轴滚珠丝杆(17)与砂轮电主轴(16)连接；所述砂轮电主轴(16)上安装有砂轮(15)。
本发明的无心夹持示意图如图2，工件(13)由左滚轮(12)和右滚轮(14)带动旋转，由工件后挡板(11)进行轴向定位，由工件支承(21)保持工件在加工位置。
本发明的锥度测量示意图如图3，分别测量出工件A截面的内径D1、B截面的内径D2以及两截面宽度L即可计算出工件的锥度误差值。
本发明的PLC接线示意图如图4，显示了在本发明的装置中，PLC与其他设备的连线。如图所示，PLC通过脉冲、方向和使能三个数字量输出信号控制砂轮轴步进电机驱动器和锥度调节步进电机驱动器；PLC通过模拟量调速、方向和使能三个信号控制砂轮电主轴驱动器，其中模拟量调速为一个模拟量输出信号，方向和使能是两个数字量输出信号；另外，PLC接收一个来自锥度调节步进电机驱动器的调节完成信号，为数字量输入信号；PLC与触摸显示屏通过MPI方式连接。
本发明的工作流程示意图如图5，其工作步骤为：
1)系统上电自检，开始工件的磨削加工；
2)完成工件的磨削加工后，利用测微仪等设备测量工件两截面的内径D1、D2以及两截面宽度L；
3)将所述工件内径数值D1、D2和宽度L输入触摸显示屏的工件锥度测量数据输入界面；
4)PLC根据输入的内径数值D1、D2和宽度L计算工件锥度M＝tanα＝|D2-D1|/2L；
5)PLC比较锥度计算结果M和系统设定的需要进行锥度调节的阈值K，若M＞K，则进行下一步计算并进行锥度调节；否则，继续下一工件的磨削加工；
6)PLC计算锥度调节步进电机的调节脉冲数和调节方向，其中，调节脉冲数n由锥度调节部分的传动比i(单位脉冲对应的蜗杆进给量)以及蜗轮蜗杆副中蜗轮分度圆半径S计算得到，计算公式为：n＝arctanM*S/i；调节方向由D1和D2的大小比较结果确定，若D2＞D1，则进行负调节，可旋转工件台做逆时针旋转；若D1＞D2，则进行正调节，可旋转工件台做顺时针旋转；
7)PLC控制锥度调节步进电机按照调节方向完成调节脉冲数n的锥度调节后，锥度调节步进电机驱动器发送调节完成信号至PLC，系统继续进行下一工件的磨削加工。
Claims (3)
1.一种面向无心内圆磨床的锥度误差自动调节装置，其特征在于该装置的控制系统为PLC(1)，所述PLC(1)分别与砂轮轴步进电机驱动器(2)、砂轮电主轴驱动器(3)、锥度调节步进电机驱动器(4)和触摸显示屏(5)连接；所述砂轮轴步进电机驱动器(2)与砂轮轴步进电机(18)连接；所述砂轮电主轴驱动器(3)与砂轮电主轴(16)连接；所述锥度调节步进电机驱动器(4)与锥度调节步进电机(6)连接；所述锥度调节步进电机(6)与锥度调节蜗杆(7)连接；所述锥度调节蜗杆(7)与锥度调节蜗轮(8)连接；所述锥度调节蜗轮(8)是可旋转工件台(9)的一部分；所述可旋转工件台(9)上有旋转轴(10)和工件后挡板(11)；所述可旋转工件台(9)可以绕旋转轴(10)旋转；所述工件后挡板(11)用于支承工件(13)；所述工件(13)由左滚轮(12)和右滚轮(14)带动旋转；砂轮轴步进电机(18)与砂轮轴滚珠丝杆(17)连接；所述砂轮轴滚珠丝杆(17)与砂轮电主轴(16)连接；所述砂轮电主轴(16)上安装有砂轮(15)。
2.如权利要求1所述的一种面向无心内圆磨床的锥度误差自动调节装置，其特征在于该装置中的砂轮轴步进电机和锥度调节步进电机可以用伺服电机代替；其相应的步进电机驱动器也可以用相应的伺服电机驱动器代替。
3.如权利要求1所述的一种面向无心内圆磨床的锥度误差自动调节装置，其特征在于其进行锥度调节的工作流程如下：
1)离线测量已加工完成的工件的两截面内径数值D1和D2及两截面宽度L；
2)将D1、D2和L输入触摸显示屏的工件锥度数据输入界面；
3)PLC根据D1、D2和L计算工件锥度M＝tanα＝|D2-D1|/2L；
4)比较M与需要锥度调节的阈值K，若M＞K，则进行下一步计算并进行锥度调节；否则，继续下一工件的磨削加工；
5)PLC计算锥度调节步进电机的调节脉冲数和调节方向；
6)PLC控制锥度调节步进电机按照调节方向完成调节脉冲数的锥度调节；
7)锥度调节步进电机驱动器发送调节完成信号至PLC。
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