CN103799625B - 一种多头精密分度加工设备控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多头精密分度加工设备控制方法，旨在提供一种精度较好、效率较高的加工设备控制方法。本方案首先判断系统坐标是否已经归零，如果已经归零则读取设定的参数，启动多任务系统，对角度、尺寸和主轴的转速及压力进行控制，通过角度光栅、位置光栅等检测参数，对工件进行反馈控制，自动化程度高，加工产品一致性好。本发明用于对多头精密分度加工设备进行控制。

Description

一种多头精密分度加工设备控制方法

技术领域

本发明涉及一种珠宝加工设备，尤其是涉及一种多头精密分度加工设备的控制方法。

背景技术

早期的水晶珠宝制品一般采用手工研磨，生产效率低、质量差，现有的研磨装置一般是水晶珠宝工件夹持在夹具上，并通过与旋转的磨削盘接触摩擦而达到研磨加工的目的，由于水晶珠宝往往需要多面加工，因此加工过程中需要反复停机转换加工面，往往是操作人员根据经验调整水晶珠宝工件的加工面，因此不仅效率低、精度差，而且费时费力，难以保证产品的质量。

中国专利“一种用于加工水晶制品的打磨装置(CN2801391Y)”公开了一种水晶制品的打磨装置，它包括水晶工件加工平台，砂轮机构，驱动砂轮机构旋转的电机，其中砂轮机构的转盘设置于水晶工件加工平台的上方，所述的水晶工件加工平台由水晶工件卡头、转轴、万向联轴节、主轴、蜗轮蜗杆、电机、转轴支撑装置构成，电机驱动蜗轮蜗杆，蜗轮蜗杆驱动主轴，主轴带动万向联轴节运动，万向联轴节带动转轴旋转，转轴穿过转轴支撑装置带动水晶工件卡头旋转。此装置是通过电机驱动蜗轮蜗杆带动夹持水晶工件的卡头旋转实现加工面转换，但是在控制过程中由人工确定角度、距离等参数，缺少必要的校正过程，效率低、精度差，降低了生产效率。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的需要人工控制工件位置等参数、精度较差、效率较低等的技术问题，提供一种自动化程度高、精度好、效率高的多头精密分度加工设备控制方法。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种多头精密分度加工设备控制方法，首先判断系统坐标是否已经归零，如果已经归零则读取设定的参数，启动多任务系统，对角度、尺寸和主轴的转速及压力进行控制，角度控制过程如下：

S101、从角度光栅读取加工角度，比较加工角度与设定角度之间的偏差，如果偏差在设定的角度偏差范围内，则进入步骤S102，否则进入步骤S103；

S102、通过液压系统锁紧工件摆角，然后跳转到步骤S301；

S103、液压系统松开，启动伺服系统对工件的摆角进行微调，如果调整成功，即角度光栅读取到的加工角度与原角度发生变换，则跳转到步骤S101；如果调整失败（角度光栅读取到的加工角度不变）则进行失败记录并报警，然后跳转到步骤S401；

尺寸控制过程具体为：通过位置光栅读取加工位置，比较加工位置与设定位置之间的偏差，如果偏差在设定的位置偏差范围内，则跳转到步骤S301；如果偏差超出位置偏差范围，则启动伺服系统对工件位置进行微调，然后重新进行位置读取并比较的流程；

主轴转速和压力的控制过程具体为：

S201、进行工艺模式选择，如果选择磨削，跳转到步骤S202；如果选择抛光，跳转到步骤S205；

S202、关闭压力系统，调取磨削参数，根据磨削参数开始磨削，然后进入步骤S203；

S203、从编码器读取磨削盘转速，比较磨削盘转速与设定转速之间的偏差，如果偏差在设定的转速偏差范围内，则进入步骤S301；如果偏差超出设定的转速偏差范围，则跳转到步骤S204；

S204、启动变频系统对磨削盘转速进行微调，然后返回步骤S203；

S205、开启压力系统，调取抛光参数，根据抛光参数进行抛光，然后进入步骤S206；

S206、从压力传感器读取工件压力，比较工件压力与设定压力之间的偏差，如果偏差在设定的压力偏差范围内，则进入步骤S301；如果偏差超出设定的偏差范围，则进入步骤S207；

S207、通过压力系统对工件压力进行微调，然后返回步骤S206；

其余的控制步骤为：

S301、进行后续加工，如果接收到终止命令，则进入步骤S401；

S401、结束加工。

作为优选，设备开始加工前，还需要对系统坐标进行坐标校正，坐标校正包括精度特征校正和机械特性校正，如果系统坐标为首次校正，则进行机械特性校正，如果系统坐标不是首次校正，则进行精度特性校正。

作为优选，所述机械特性校正包括以下步骤：

S501、启动手轮并移动对应轴；

S502、判断是否存在机械干涉，如果存在，则重新跳转到步骤S501，如果不存在机械干涉则进入步骤S503；

S503、系统读取对应轴的坐标值，对坐标值进行换算并保存，机械特征校正结束。

作为优选，所述精度特征校正包括角度背隙校正、直线背隙校正、加工角度校正和工件原点校正；

所述角度背隙校正具体为：持续从角度光栅读取工件角度先将电机往一个方向转动至角度光栅有显示，记录当前角度为初始角度，再反方向并以最小单位驱动伺服电机调整工件角度直至读取到的工件角度发生变化，然后停止伺服电机，系统读取最终的角度坐标值，对角度坐标值进行换算并保存，至此角度背隙校正结束；

所述直线背隙校正具体为：持续从位置光栅读取工件位置，先将电机往一个方向转动至位置光栅有显示，记录当前位置为初始位置，再反方向并以最小单位驱动伺服电机调整工件位置直至读取到的工件位置发生变化，然后停止伺服电机，系统读取最终的位置坐标值，并对位置坐标值进行换算并保存，至此直线背隙校正结束；

所述加工角度校正具体过程为：

S601、用基准块靠出角度0度，粗校为0；

S602、启动设备试加工产品，用标准仪器检测角度偏差是否合格，如果偏差合格进入步骤S604，如果偏差不合格则进入步骤S603；

S603、根据检测值对应微调设备数值，然后跳转到步骤S602；

S604、系统读取最终的加工角度坐标值，对加工角度坐标值进行换算并保存，至此加工角度校正结束；

所述工件原点校正具体为：

S701、启动主轴，装入标准件；

S702、启动手轮微调需要进行校正的轴；

S703、判断工件和磨削盘是否已经触碰，如果已经触碰则粗调完成，跳转到步骤S602；如果工件和磨削盘未触碰则跳转到步骤S702。

校正主要是绝对值（参考值）的校准，增量的精度已经由光栅完成。系统校准后直接输入参数即可精准到达所需要的产品。

本方案的多头精密分度加工设备，包括角度光栅、伺服系统、液压系统、尺寸光栅、编码器、压力系统、变频系统等。

本方案的多头精密分度加工设备，包括加工平台及设于加工平台上的磨削盘和磨头装置，在磨头装置上设有转面机构及可改变转面机构仰俯角的转角机构，以及可锁定转角机构的转角锁定机构，转面机构包括箱体及转动连接在箱体内同一水平面上的若干根管状分度轴，分度轴的前端穿过箱体的前壁面延伸至磨削盘的上方，在分度轴的前端通过夹持机构夹紧固定着装有多面体坯件的工件固定杆，在箱体内对应的分度轴上套设有带分度齿的分度盘，在分度盘上方对应的箱体上设有可互配插接在对应的相邻分度齿间的锥销。通过在箱体内设置多根分度轴，即可通过在每根分度轴上固定多面体进行同步加工，提高生产效率，降低加工成本；由于分度轴位于同一水平面内，分度轴即可在转角机构的驱动下同步转角，且可通过同步轮由一台电机驱动进行同步转面，一次定位即可进行多个工件的同步加工，省时省力；通过在分度轴上套设带有分度齿的分度盘，并在分度盘上方对应的箱体上设置可相对分度盘沿径向滑动的锥销，转换多面体加工面时，分度轴旋转并带动分度盘同步转动，加工面转换完成后，锥销朝向分度盘滑动并插接在对应的两分度齿之间，由于锥销与两分度齿间的间隙互配，由此锁定了分度盘的位置，即锁定了分度轴和多面体加工面的位置，其相对原有的蜗轮蜗杆锁紧不仅锁紧力矩大，且结构简单，制造成本低，同时消除了齿轮间的背隙，可将待加工的多面体工件精准的锁定在转面位置上，定位精度高，满足了高精度多面体的加工的转面定位要求。

在箱体内对应的分度轴外套罩有分度箱，分度盘固定在分度箱内对应的分度轴上，在分度箱上设有锁紧气缸，锥销同轴连接在锁紧气缸的连杆上，转角锁定机构上的芯轴穿过箱体固定在分度箱一侧壁面上，转角机构上的驱动轴穿过箱体同轴固定在分度箱另一侧壁面上。通过在分度轴上套设分度箱，方便分度轴与转角锁定机构及转角机构的连接。

分度箱内并列设置两根或两根以上分度轴，分度轴延伸至分度箱外，在分度箱外对应的分度轴上套设有同步轮，两个同步轮通过同步带连接在转面驱动电机上。通过两根分度轴固定两个多面体进行同步加工，在磨削盘合适尺寸范围内实现生产效率最大化，节约加工成本；由一个电机带动两个同步轮转动，简化结构，降低制造及运行成本。

同步轮侧对应的分度箱外设有定位板，同步轮设于定位板与分度箱之间，在定位板上设有打刀气缸，打刀气缸上的连杆同轴延伸至分度轴内并抵接在夹持机构上的定位拉杆上。将打刀气缸设置在分度箱上，使打刀气缸与分度箱、分度轴同步转动，因此更换分度轴上的工件固定杆（更换多面体）时无需将分度轴转至初始状态，即分度轴在任何位置均可更换工件固定杆，方便使用，提高加工效率。

分度盘呈圆盘形，分度齿为均布在分度盘圆形外环面上的直齿，且对应于相邻分度齿间的间隙为扇形。直齿分度齿，便于其与锥销的精密配合，提高定位精度；通过在在分度盘圆形外环面上均布若干分度齿，可满足不同转面角度的定位要求。

活塞也可以采用气缸、丝杆等驱动压缩，作为优选，所述转角锁定机构包括垂直穿插在箱体侧壁面上的芯轴，在与箱体对应的芯轴上通过锥形胀紧机构套设固定有耐磨套，耐磨套上套设有波纹套，波纹套的外侧端延伸至耐磨套外，且在波纹套外侧端对应的芯轴上滑动连接有活塞，活塞由液压驱动系统驱动并推动波纹套向内压缩后使箱体胀紧固定在耐磨套上。芯轴穿插在箱体侧壁上，在箱体与芯轴间设置波纹套，并在波纹套的外侧端设置活塞，箱体需锁紧固定在芯轴上时，由液压驱动系统驱动活塞，活塞推动波纹套向内，波纹套的薄壁侧弯曲变形后内径尺寸变小、外径尺寸变大，使波纹套胀紧固定在箱体与芯轴间，锁紧力矩大，定位精度高，解锁时消除液压压力，在波纹套自身弹力大于液压压力时驱动活塞后移即可，同时波纹套恢复原状，结构简单，操作方便；通过在波纹套内侧对应的芯轴外套设耐磨套，使波纹套胀紧固定在耐磨套上，从而可避免波纹套与芯轴间的摩擦，减少芯轴磨损，只需定期更换耐磨套即可满足芯轴的定位要求，节省维修成本，且拆换方便；液压驱动系统具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等优点。

锥形胀紧机构包括互配环套在芯轴上的内开口环和互配嵌装在耐磨套中孔内的外开口环，在与外开口环相对的内开口环一端设有外锥形面，与外锥形面相对的外开口环一端设有互配的内锥形面，内开口环通过轴向拉力螺栓与外开口环相连。锥形胀紧机构是一种无键联结装置，它是通过高强度的拉力螺栓轴向作用在内、外开口环之间，从而在内开口环与芯轴之间、外开口环与耐磨套之间产生巨大抱紧力，以实现耐磨套与芯轴的无键联结，具有结构简单，对中精度高，安装、调整、拆卸方便，强度高，联结稳定可靠，且在超载时可保护相连部件不受损坯等优点。

与芯轴对应的箱体外设有转接法兰及对接在转接法兰上的缸体，芯轴穿过缸体和转接法兰后延伸至箱体内，波纹套和耐磨套的内侧端顶接在转接法兰外端面上。通过在用于穿插固定芯轴的箱体轴孔上向外对接转接法兰，并在转接法兰上对接缸体，一是便于连接和组装，二是增加芯轴与箱体的接触面积，提高定位精度。

转角机构包括垂直穿插在箱体侧壁面上的驱动轴，驱动轴的外侧端通过减速箱连接在伺服电机上。由伺服电机驱动驱动轴带动箱体转动，相对于原有的蜗轮蜗杆传动的转动速度快，工作效率高。

芯轴的外端部同轴套设有可自动识别箱体相对芯轴锁定位置的位置光栅，位置光栅通过控制系统连接在伺服电机上。通过在芯轴的轴端设置与伺服电机相连接的位置光栅，使用时伺服电机带动芯轴及箱体转动以实现多面体的转角要求，通过位置光栅即可随时检测箱体（加工中的多面体坯件）的位置，并将检测信息实时反馈到控制系统，并通过控制系统控制伺服电机转动以重新调整箱体的位置，提高多面体的转角位置精度，进而满足高精度多面体的加工要求。位置光栅可以用编码器替换。

转角机构上安装有角度光栅，用于检测工件的角度。

驱动磨削盘的轴上安装有测量磨削盘转速的编码器，编码器与控制系统电连接。

压力传感器安装在上下活动的主轴尾端的液压缸上，检测工件与磨盘的缸体内压力。

本发明带来的实质性效果是，可以在加工件对设备进行校正，在加工过程中实现了对工件角度、位置、压力、转速等的自动调整，提高了加工精度、合格率和生产效率，降低了人工成本，产品一致性高。

附图说明

图1是本发明的一种控制方法流程图；

图2是本发明的一种校正方法流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种多头精密分度加工设备控制方法，如图1所示，首先判断系统坐标是否已经归零，如果已经归零则读取设定的参数，启动多任务系统，对角度、尺寸和主轴的转速及压力进行控制，角度控制过程如下：

S101、从角度光栅读取加工角度，比较加工角度与设定角度之间的偏差，如果偏差在设定的角度偏差范围内，则进入步骤S102，否则进入步骤S103；

S102、通过液压系统锁紧工件摆角，然后跳转到步骤S301；

S103、液压系统松开，启动伺服系统对工件的摆角进行微调，如果调整成功，即角度光栅读取到的加工角度与原角度发生变换，则跳转到步骤S101；如果调整失败（角度光栅读取到的加工角度不变）则进行失败记录并报警，然后跳转到步骤S401；

尺寸控制过程具体为：通过位置光栅读取加工位置，比较加工位置与设定位置之间的偏差，如果偏差在设定的位置偏差范围内，则跳转到步骤S301；如果偏差超出位置偏差范围，则启动伺服系统对工件位置进行微调，然后重新进行位置读取并比较的流程；

主轴转速和压力的控制过程具体为：

S201、进行工艺模式选择，如果选择磨削，跳转到步骤S202；如果选择抛光，跳转到步骤S205；

S202、关闭压力系统，调取磨削参数，根据磨削参数开始磨削，然后进入步骤S203；

S203、从编码器读取磨削盘转速，比较磨削盘转速与设定转速之间的偏差，如果偏差在设定的转速偏差范围内，则进入步骤S301；如果偏差超出设定的转速偏差范围，则跳转到步骤S204；

S204、启动变频系统对磨削盘转速进行微调，然后返回步骤S203；

S205、开启压力系统，调取抛光参数，根据抛光参数进行抛光，然后进入步骤S206；

S206、从压力传感器读取工件压力，比较工件压力与设定压力之间的偏差，如果偏差在设定的压力偏差范围内，则进入步骤S301；如果偏差超出设定的偏差范围，则进入步骤S207；

S207、通过压力系统对工件压力进行微调，然后返回步骤S206；

其余的控制步骤为：

S301、进行后续加工，如果接收到终止命令，则进入步骤S401；

S401、结束加工。

设备开始加工前，还需要对系统坐标进行坐标校正，坐标校正包括精度特征校正和机械特性校正，如果系统坐标为首次校正，则进行机械特性校正，如果系统坐标不是首次校正，则进行精度特性校正。图2所示为精度特性校正的过程。

机械特性校正包括以下步骤：

S501、启动手轮并移动对应轴；

S502、判断是否存在机械干涉，如果存在，则重新跳转到步骤S501，如果不存在机械干涉则进入步骤S503；

S503、系统读取对应轴的坐标值，对坐标值进行换算并保存，机械特征校正结束。

精度特征校正包括角度背隙校正、直线背隙校正、加工角度校正和工件原点校正；

角度背隙校正具体为：持续从角度光栅读取工件角度，先将电机往一个方向转动至角度光栅有显示，记录当前角度为初始角度，再反方向并以最小单位驱动伺服电机调整工件角度直至读取到的工件角度发生变化，然后停止伺服电机，系统读取最终的角度坐标值，对角度坐标值进行换算并保存，至此角度背隙校正结束；

直线背隙校正具体为：持续从位置光栅读取工件位置，先将电机往一个方向转动至位置光栅有显示，记录当前位置为初始位置，再反方向并以最小单位驱动伺服电机调整工件位置直至读取到的工件位置发生变化，然后停止伺服电机，系统读取最终的位置坐标值，并对位置坐标值进行换算并保存，至此直线背隙校正结束；

加工角度校正具体过程为：

S601、用基准块靠出角度0度，粗校为0；

S602、启动设备试加工产品，用标准仪器检测角度偏差是否合格，如果偏差合格进入步骤S604，如果偏差不合格则进入步骤S603；

S603、根据检测值对应微调设备数值，然后跳转到步骤S602；

S604、系统读取最终的加工角度坐标值，对加工角度坐标值进行换算并保存，至此加工角度校正结束；

所述工件原点校正具体为：

S701、启动主轴，装入标准件；

S702、启动手轮微调需要进行校正的轴；

S703、判断工件和磨削盘是否已经触碰，如果已经触碰则粗调完成，跳转到步骤S602；如果工件和磨削盘未触碰则跳转到步骤S702。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了光栅、液压系统、伺服系统等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (3)

1.一种多头精密分度加工设备控制方法，其特征在于，首先判断系统坐标是否已经归零，如果已经归零则读取设定的参数，启动多任务系统，对角度、尺寸和主轴的转速及压力进行控制，角度控制过程如下：

S101、从角度光栅读取加工角度，比较加工角度与设定角度之间的偏差，如果偏差在设定的角度偏差范围内，则进入步骤S102，否则进入步骤S103；

S102、通过液压系统锁紧工件摆角，然后跳转到步骤S301；

S103、液压系统松开，启动伺服系统对工件的摆角进行微调，如果调整成功，跳转到步骤S101，如果调整失败则进行失败记录并报警，然后跳转到步骤S401；

尺寸控制过程具体为：通过位置光栅读取加工位置，比较加工位置与设定位置之间的偏差，如果偏差在设定的位置偏差范围内，则跳转到步骤S301；如果偏差超出位置偏差范围，则启动伺服系统对工件位置进行微调，然后重新进行位置读取并比较的流程；

主轴转速和压力的控制过程具体为：

S201、进行工艺模式选择，如果选择磨削，跳转到步骤S202；如果选择抛光，跳转到步骤S205；

S202、关闭压力系统，调取磨削参数，根据磨削参数开始磨削，然后进入步骤S203；

S203、从编码器读取磨削盘转速，比较磨削盘转速与设定转速之间的偏差，如果偏差在设定的转速偏差范围内，则进入步骤S301；如果偏差超出设定的转速偏差范围，则跳转到步骤S204；

S204、启动变频系统对磨削盘转速进行微调，然后返回步骤S203；

S205、开启压力系统，调取抛光参数，根据抛光参数进行抛光，然后进入步骤S206；

S206、从压力传感器读取工件压力，比较工件压力与设定压力之间的偏差，如果偏差在设定的压力偏差范围内，则进入步骤S301；如果偏差超出设定的偏差范围，则进入步骤S207；

S207、通过压力系统对工件压力进行微调，然后返回步骤S206；

其余的控制步骤为：

S301、进行后续加工，如果接收到终止命令，则进入步骤S401；

S401、结束加工。

2.根据权利要求1所述的一种多头精密分度加工设备控制方法，其特征在于，设备开始加工前，还需要对系统坐标进行坐标校正，坐标校正包括精度特征校正和机械特性校正，如果系统坐标为首次校正，则进行机械特性校正，如果系统坐标不是首次校正，则进行精度特性校正。

3.根据权利要求2所述的一种多头精密分度加工设备控制方法，其特征在于，所述机械特性校正包括以下步骤：

S501、启动手轮并移动对应轴；

S502、判断是否存在机械干涉，如果存在，则重新跳转到步骤S501，如果不存在机械干涉则进入步骤S503；

S503、系统读取对应轴的坐标值，对坐标值进行换算并保存，机械特征校正结束。