CN103252689A - 高精度数控内圆磨机床 - Google Patents
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Abstract
本发明属于数控机床技术领域，具体提供一种高精度数控内圆磨机床。包括床身、设置在所述床身上的机床轴系、伺服给进系统、主动力装置系统、定位装置及电气控制器系统、自动测量反馈控制系统，其特征在于该机床轴系为主轴磨头旋转并且主轴轴向、径向位移进给，而工件轴旋转且工件轴Y向锥度控制，Z向、X向进给不动，自动测量反馈控制系统为自动测量闭环控制系统，所述机床轴系安排包括：主轴三维运动控制装置、和工件轴运动控制装置、和工件自动测量闭环控制系统装置。是一种简单但高精度控制的磨床轴系安排，加工精度和装配调整精度控制简单，自动测量反馈闭环控制的机床设备技术。
Description
技术领域
本发明属于数控机床技术领域，具体提供一种高精度数控内圆磨机床。
背景技术
在数控内圆磨设备设计上，目前磨削轴系安排有主轴磨头旋转，主轴轴向(即Z向)、径向(即X向)位移不动，而工件轴旋转并且轴向(即Z向)、径向(即X向)位移进给。在测量控制系统上，目前采用人工测量或光栅测量反馈。
主轴轴向、径向位移不动而工件轴旋转并且轴向、径向位移进给有如下不足之处：主轴上砂轮磨削时，砂轮尺寸变化影响加工精度，并需要控制主轴上的砂轮摆动的锥度。同样工件轴既有旋转又有轴向和径向运动，需要控制三维方向运动精度。在轴系安排上，需要对工件轴和主轴都进行位移及旋转精度控制。这样主轴和工件轴的精度调整复杂，两轴的精度调整控制困难，对机床相关部件的加工精度和装配精度要求更高，从而增加了机床部件的加工难度。
人工测量反馈的不足之处：测量人员的技能和方法受到人的素质和情绪的限制，再者反馈不及时或因反馈信息不正确导致精度控制调整错误，不利于加工精度的控制。而光栅测量控制的不足之处：光栅测量受机床环境限制，光栅尺容易受环境污染，对机床安装和使用环境提出较高要求，从而相对的质量成本相对较高，投入较大。
发明内容
本发明创造的目的在于提供一种简单但高精度控制的磨床轴系安排，加工精度和装配调整精度控制简单，自动测量反馈闭环控制的机床设备技术。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
高精度数控内圆磨机床，包括床身、设置在所述床身上的机床轴系、伺服给进系统、主动力装置系统、定位装置及电气控制器系统、自动测量反馈控制系统，其特征在于该机床轴系为主轴磨头旋转并且主轴轴向（即Z向）、径向（即X向）位移进给，而工件轴旋转且工件轴Y向锥度控制，Z向、X向进给不动，自动测量反馈控制系统为自动测量闭环控制系统，所述机床轴系安排包括：
主轴三维运动控制装置：用于控制磨床内磨砂轮的修整、磨削进给运动控制；
和工件轴运动控制装置：用于工件轴旋转及Y向摆动锥度调整控制；
和工件自动测量闭环控制系统装置：用于磨削工件的测量及机床加工精度自动控制。
所述主轴三维运动控制装置包括
一个与床身相连的磨头滑座机构，通过伺服进给油缸驱动磨头滑座在床身导轨上滑动，实现磨头滑座与床身形成Z向位移，进而实现内磨砂轮相对工件的Z向位移；
一个与磨头滑座相连的磨头横向滑座机构，通过伺服电机驱动磨头横向滑座在磨头滑座导轨上滑动，实现横向磨头滑座与磨头滑座形成X向位移，进而实现内磨砂轮相对工件的X向位移进给（最小进给量为0.0001mm）；
一个与磨头横向滑座固联的磨头，用于安装砂轮主轴；
一个与磨头固联的砂轮主轴，用于实现内磨砂轮高速旋转，进而实现内磨砂轮切削工件内壁；
以及与砂轮主轴固联的内磨砂轮，为切削工件的刀具。
所述工件轴运动控制装置包括
一个与床身固联的头架底板，用于支撑安装工件的头架；
一个与头架底板固联的头架机构，由动静压轴承支撑安装工件轴机构（距端面200mm处径向跳动为0.001mm），并由伺服电机驱动头架实现绕Y轴微动，进而实现工件与内磨砂轮的Y向摆动锥度调整；
一个与头架相连的工件轴机构，由电机驱动工件轴绕Z轴旋转，进而实现工件相对于内磨砂轮的旋转；
以及与工件轴固联的油缸卡盘，用于自动装夹工件。
所述工件自动测量闭环控制系统装置包括
一组自动测量测头，一个自动送料检测机构，一个闭环控制系统。
应用本内圆磨机床进行工件磨削的加工方法包含以下步骤：
A、 自动上料步骤，由自动送料机构，将工件通过管道送至机床油缸卡盘，通过油缸顶出油缸卡盘卡爪，实现夹紧工件。
B、 磨削步骤，首先砂轮主轴启动，实现内磨砂轮高速旋转；然后通过伺服油缸控制，实现磨削Z向进给；最后伺服电机通过伺服控制，控制磨头横向滑座位移实现内磨砂轮的磨削X向进给。
C、 自动出料步骤，油缸卡盘退回，松开油缸卡盘，从而松开已磨好的工件，通过自动送料机构，将工件送至检测工位。
D、 自动测量反馈步骤，工件由自动送料机构送到检测工位，由自动测量装置测量尺寸，并由反馈系统反馈给磨床主机控制系统，主机控制系统根据测量结果自动调整伺服电机X向和Y向进给，从而实现自动控制。
本发明采用两组伺服油缸及伺服电机分别控制三套机构实现内磨砂轮的Z向、工件卡盘的Y向及内磨砂轮的X向运动。一组伺服电机连接头架，头架上固联工件轴机构的油缸卡盘，通过伺服控制，实现工件的Y向锥度调整。另一组伺服油缸连接磨头滑座，通过伺服控制，实现安装在磨头滑座上的横向磨头滑座机构整体Z向位移控制。伺服电机连接横向磨头滑座，通过伺服控制，实现安装在横向磨头滑座上的磨头机构整体X向位移控制。
与主轴磨头旋转，主轴轴向(Z向)、径向(X向)位移不动，而工件轴旋转并且轴向、径向位移进给的轴系安排及人工测量或光栅测量相比，本机床轴系安排的方式是主轴磨头旋转并且主轴轴向、径向位移进给，而工件轴旋转，Y向锥度控制，轴向(Z向)、径向(X向)进给不动，测量方式是自动测量反馈闭环控制其有益效果在于：
1、可以有效的避免头架和磨架两边的精度调整难度和相对精度控制的难度；
2、设备自动测量控制不受人为因素的控制和安装环境的限制，大大增加的设备的效率，极大地提高了设备的加工精度，从而减少了不合格品的产生，进一步的降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施结构示意图。
图中：床身1，磨头滑座2，横向磨头滑座3，磨头4，砂轮主轴5，内磨砂轮6，头架底板7，头架8，工件轴9，工件卡盘10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，本方案主轴磨头旋转并且主轴轴向、径向位移进给，而工件轴旋转，Y向锥度控制，轴向(Z向)、径向(X向)进给不动的轴系安排及自动测量闭环控制包括主轴三维运动控制装置、工件轴运动控制装置、工件自动测量闭环控制系统装置。
主轴三维运动控制装置包括安装在床身1上的磨头滑座2，通过伺服摆动油缸驱动磨头滑座2在床身1的导轨上滑动，实现磨头滑座2与床身1形成轴向(Z向)位移。安装在磨头滑座2上磨头横向滑座3，通过伺服电机驱动磨头横向滑座3在磨头滑座2的导轨上滑动，实现横向磨头滑座3与磨头滑座2形成径向(X向)位移。在磨头横向滑座3上固联安装磨头4，在磨头4上固联安装砂轮主轴5，在砂轮主轴5上固联安装内磨砂轮6，内磨砂轮6由砂轮主轴高速旋转实现内磨砂轮的高速旋转。
工件轴运动控制装置包括在床身1上固联安装的头架底板7，在头架底板7上连接安装的头架8，由伺服油缸驱动头架8实现绕Y轴转动，即实现工件的Y向锥度调整。在头架8上连接安装工件轴9，在工件轴9上固联安装工件卡盘10，用于夹紧工件。由动静压轴承支撑工件轴9并由电机驱动旋转实现工件轴9绕轴向(即Z轴)转动，从而实现工件卡盘10旋转，进而实现工件与内磨砂轮6相对旋转。
工件自动测量闭环控制系统装置包括一组自动测量测头，一个自动送料检测机构，一个闭环控制系统。
通过两组伺服电机、伺服油缸和普通电机的作用，在主机的控制系统下实现工件的加工，工件的自动检测和闭环测量补偿控制。
Claims (5)
1.高精度数控内圆磨机床，包括床身、设置在所述床身上的机床轴系、伺服给进系统、主动力装置系统、定位装置及电气控制器系统、自动测量反馈控制系统，其特征在于该机床轴系为主轴磨头旋转并且主轴Z向、X向位移进给，而工件轴旋转且工件轴Y向锥度控制，Z向、X向进给不动，自动测量反馈控制系统为自动测量闭环控制系统，所述机床轴系安排包括：
主轴三维运动控制装置：用于控制磨床内磨砂轮的修整、磨削进给运动控制；
和工件轴运动控制装置：用于工件轴旋转及Y向摆动锥度调整控制；
和工件自动测量闭环控制系统装置：用于磨削工件的测量及机床加工精度自动控制。
2.根据权利要求1所述的高精度数控内圆磨机床，其特征在于所述主轴三维运动控制装置包括
一个与床身相连的磨头滑座机构，通过伺服进给油缸驱动磨头滑座在床身导轨上滑动，实现磨头滑座与床身形成Z向位移，进而实现内磨砂轮相对工件的Z向位移；
一个与磨头滑座相连的磨头横向滑座机构，通过伺服电机驱动磨头横向滑座在磨头滑座导轨上滑动，实现横向磨头滑座与磨头滑座形成X向位移，进而实现内磨砂轮相对工件的X向位移进给；
一个与磨头横向滑座固联的磨头，用于安装砂轮主轴；
一个与磨头固联的砂轮主轴，用于实现内磨砂轮高速旋转，进而实现内磨砂轮切削工件内壁；
以及与砂轮主轴固联的内磨砂轮，为切削工件的刀具。
3.根据权利要求1所述的高精度数控内圆磨机床，其特征在于所述所述工件轴运动控制装置包括
一个与床身固联的头架底板，用于支撑安装工件的头架；
一个与头架底板固联的头架机构，由动静压轴承支撑安装工件轴机构，并由伺服电机驱动头架实现绕Y轴微动，进而实现工件与内磨砂轮的Y向摆动锥度调整；
一个与头架相连的工件轴机构，由电机驱动工件轴绕Z轴旋转，进而实现工件相对于内磨砂轮的旋转；
以及与工件轴固联的油缸卡盘，用于自动装夹工件。
4.根据权利要求1所述的高精度数控内圆磨机床，其特征在于所述所述工件自动测量闭环控制系统装置包括
一组自动测量测头，一个自动送料检测机构，一个闭环控制系统。
5.用如权利要求1所述高精度数控内圆磨机床进行工件磨削的加工方法，包括以下步骤：
自动上料步骤，由自动送料机构，将工件通过管道送至机床油缸卡盘，通过油缸顶出油缸卡盘卡爪，实现夹紧工件；
磨削步骤，首先砂轮主轴启动，实现内磨砂轮高速旋转；然后通过伺服油缸控制，实现磨削Z向进给；最后伺服电机通过伺服控制，控制磨头横向滑座位移实现内磨砂轮的磨削X向进给；
自动出料步骤，油缸卡盘退回，松开油缸卡盘，从而松开已磨好的工件，通过自动送料机构，将工件送至检测工位；
自动测量反馈步骤，工件由自动送料机构送到检测工位，由自动测量装置测量尺寸，并由反馈系统反馈给磨床主机控制系统，主机控制系统根据测量结果自动调整伺服电机X向和Y向进给，从而实现自动控制。
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