CN104070183A - 用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备 - Google Patents

Abstract

一种用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备，包括：去毛刺工具系统，包括去毛刺车刀、力传感器和夹具；精密进给系统，包括X轴进给机构、Y轴进给机构和Z轴升降台，控制去毛刺工具系统的进给，去毛刺工具系统安装在Z轴升降台上；自动对刀系统，实现精准对刀并完成工件径向跳动测量和工作边扫描检测，包括固定在夹具上的位移传感器；力反馈系统，包括置于去毛刺车刀下方且与夹具相连接的力传感器，实时监测去毛刺力的大小；控制系统，包括分别与精密进给系统、力反馈系统和自动对刀系统连接的工控机，监控自控设备的进给运动、自动对刀、毛刺去除、力反馈报警退刀和在线去毛刺效果。本发明实现了工作边毛刺的在线自动去除，具有废品率低、效率高、成本低的优点。

Description

用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备

技术领域

本发明涉及一种用于伺服阀加工的工艺装备，具体涉及用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备，属于机械制造技术领域。

背景技术

液压伺服阀在液压系统中是放大元件，是一种以机械运动来控制流体动力的元件，它将输入的机械信号转换为液压信号输出，并进行功率放大，具有结构简单、单位体积输出功率大、工作可靠和动态性能好等优点，因此在液压伺服系统中得到了广泛的应用。阀芯是伺服阀功率放大级核心组件滑阀副偶件中轴零件，其工作边与阀套节流窗口轴向的配合精度直接决定了伺服阀的工作性能。生产过程中，工作边的最终加工工序采用精密磨床靠磨方法，其加工过程中会产生微小毛刺(包括材料加工中产生的塑性变形微小翻边)，这对偶件配合运动灵活性、叠合量等性能有重要影响。

目前，国内外关于去除毛刺设备的研制非常活跃。专利号ZL 201220735759.0的中国专利公开了一种蜗杆残齿毛刺去除机，它的特点是结构简单，只需在原有蜗杆加工机床的基础上增加抛光块即可，且不会伤及工件本身。专利号ZL 200820224079.6的中国专利公开了一种去除冷轧钢带切边毛刺装置，该设备利用具有金刚石镀层的金刚石砂轮来去除切边毛刺。专利号ZL 201020579829.9的中国专利公开了一种去除金属齿轮毛刺的装置，该装置通过将齿轮的端面靠着刮刀的刀刃来达到去除毛刺的效果。专利申请号200710005106.0的专利申请公开了一种滚齿机的去毛刺设备，该设备中，去毛刺工具可移动以与齿轮毛坯相接触，并在齿轮齿被切削时去除齿轮毛坯的毛刺。此外，专利号ZL 201220164770.6、ZL200920317675.3和ZL 201120401115.3等中国专利也都介绍了几种新型的去毛刺设备。然而以上专利中公开的设备都无法在零件加工的同时在线对毛刺进行去除，并且去除的毛刺的尺度都相对较大。对于伺服阀阀芯工作边微小毛刺的去除设备，尚未见有相关报道。

目前，伺服阀阀芯工作边靠磨过程中产生的微小毛刺的去除方法是，工件加工后离线安装在一种电机带动的旋转装置上，使工件旋转，然后同时用磨平的硬质合金条和包着金相砂纸的刮胡刀片，分别沿外圆、端面反复挤压。现有这种方法效率非常低，而且容易破坏工作边的完整性，造成废品率居高不下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全新的用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备，能够有效地在线去净阀芯工件工作边的毛刺，降低零件废品率，同时提高生产效率，降低生产成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备，其包括：

去毛刺工具系统，包括去毛刺车刀、力传感器和夹具，该去毛刺车刀安装在所述力传感器的一端，该力传感器的另一端与所述夹具连接；

精密进给系统，控制所述去毛刺工具系统沿直角坐标系三个方向的进给以实现所述去毛刺车刀与工件的相对运动，包括X轴进给机构、Y轴进给机构和Z轴升降台，该X轴进给机构采用直线电机进给，该Y轴进给机构安装在X轴进给机构之上且采用直线电机进给，该Z轴升降台安装在Y轴进给机构之上且采用手动调节高度，所述去毛刺工具系统通过其夹具安装在所述Z轴升降台之上；

自动对刀系统，通过确定所述去毛刺车刀的刀尖与工件外圆的相对位置实现精准对刀，并完成工件径向跳动测量和工作边扫描检测，该自动对刀系统包括固定安装在所述夹具上的位移传感器，该位移传感器的光源的中心与所述去毛刺车刀的刀尖在同一平面上；

力反馈系统，实时测量所述去毛刺车刀受到的切向力以监测去毛刺力的大小，并依据设定阈值闭环控制所述精密进给系统的进给，该力反馈系统包括力传感器，该力传感器置于所述去毛刺车刀的下方且与所述夹具相连接；

控制系统，包括安装了控制软件的工控机，该工控机分别与精密进给系统、力反馈系统和自动对刀系统连接，监控所述自控设备的进给运动、自动对刀、毛刺去除、力反馈报警退刀和在线去毛刺效果。

进一步地，所述的力传感器为悬臂式力传感器。

进一步地，所述的位移传感器为非接触式激光传感器。

与现有技术相比，本发明所述的用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备具有以下创新点：

1)伺服阀阀芯工作边毛刺的尺度为微米级别，去除难度大，而所述自控设备采用的去毛刺切削过程为车削，该方式不需要电主轴驱动，结构简单，保证了机构的稳定性和精度，在精密进给系统的作用下，能够有效地去净工作边的微小毛刺，且不会损坏工作边的完整性。

2)本发明直接安装在磨床上，在控制系统的作用下，能够自动实现在线去除阀芯工作边的微小毛刺，不必多次装夹和对刀，从而提高了生产效率。

3)所述自控设备采用精密力传感器，实现了去除毛刺过程的力反馈控制和安全的报警防护。

4)所述自控设备采用非接触式位移传感器，在去毛刺车刀接近工件时实现了精准对刀，同时完成了工件径向跳动测量和工件工作边扫描检测，实现了去毛刺后工作边质量的在线自动检测。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

图2(a)是去毛刺工具系统和精密进给系统的主视图；

图2(b)是去毛刺工具系统和精密进给系统的左视图；

图2(c)是去毛刺工具系统和精密进给系统的俯视图。

图3是工作边去除毛刺前后的形貌对比图；

(a)是去除毛刺前的工作边；(b)是去除毛刺后的工作边。

具体实施方式

目前，靠磨过程中产生的微小毛刺的去除方法为加工后离线安装在一种电机带动的旋转装置上，使工件旋转，然后用磨平的硬质合金条、同时用包着金相砂纸的刮胡刀片，分别沿外圆、端面反复挤压。这种方法效率非常低，且容易破坏工作边的完整性，造成废品率居高不下。

本发明用于伺服阀阀芯工作边的在线自动去除毛刺，请参阅图1，生产过程中，伺服阀阀芯工件P的工作边最终采用精密磨床的砂轮G进行靠磨加工，加工过程中工作边表面会产生微小毛刺，本发明所述自控设备安装在磨床上，能够在工件P加工的同时，实现工作边微小毛刺的自动在线去除。

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

请参阅图1，图示用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备包括有：精密进给系统、去毛刺工具系统、自动对刀系统、力反馈系统和控制系统以及其他辅助部件。

请参阅图2，去毛刺工具系统包括去毛刺车刀10、力传感器11和夹具7。所述去毛刺车刀10为单晶金刚石车刀，通过螺纹连接安装在所述力传感器11的一端，该力传感器11为精密悬臂式力传感器，其另一端与专用的夹具7通过螺纹连接，该夹具7通过螺纹与高度调节块5和桥接板1连接，并且安装在Z轴升降台4之上。

所述精密进给系统主要控制所述去毛刺工具系统沿直角坐标系三个方向的进给，以实现所述去毛刺车刀10与工件P的相对运动。该精密进给系统包括X轴进给机构9、Y轴进给机构3、Z轴升降台4和驱动机构；该X轴进给机构9和Y轴进给机构3采用直线电机进给，Z轴升降台4采用微位移平台机构，手动调节高度的变化；所述X轴进给机构9主要包括底座、顶块、读数头、U形电机、端面板、侧板和防尘罩等部件；所述Y轴进给机构3安装在该X进给机构9之上并通过转接台相连，其组成与所述X进给机构9类似；所述Z轴升降台4通过螺纹连接安装在该Y轴进给机构3的台面上。所述去毛刺工具系统通过其夹具7安装在所述Z轴升降台4之上。

所述自动对刀系统包括位移传感器6和与其连接的激光光源，请参阅图1，该位移传感器6为非接触式激光传感器。该自动对刀系统的主要功能是通过确定所述去毛刺车刀10的刀尖与工件P外圆在运动控制系统中的相对位置实现精准对刀，包括该去毛刺车刀10与工件P对中心高，并且完成工件P的径向跳动测量和工作边扫描检测。所述位移传感器6通过锁块8固定安装在所述夹具7的凹槽内，请参阅图2(b)和图2(c)，该位移传感器6的光源的中心与所述去毛刺车刀10的刀尖在同一平面上。

所述力反馈系统通过所述力传感器11实现，该力传感器11置于所述去毛刺车刀10的下方且与所述夹具7相连接，请参阅图1，所述力传感器11与力传感器放大器连接；该力反馈系统实时测量所述去毛刺车刀10去除毛刺时受到的切向力，以监测去毛刺力的大小用以控制精密进给系统进给，并可设定阈值且起到报警的闭环控制功能，保证不对工件P造成损伤。

控制系统主要包括显示器和安装了控制软件的工控机，其中控制软件整合了精密进给系统、力反馈系统和自动对刀系统三部分的功能，能够实现简易、快捷、有效的去除毛刺功能，请参阅图1，该工控机分别与精密进给系统的驱动机构、力反馈系统的力传感器放大器和自动对刀系统的激光光源连接，监控所述自控设备的进给运动、自动对刀、毛刺去除、力反馈报警退刀和在线去毛刺效果，并可赋予工作日志备份等功能。

所述其他辅助部件包括控制线链板2、连接线和控制柜等部件；整套设备与机床通过底座上的螺纹孔进行连接。

在以上六个部分的协调作用下，所述自控设备能够有效地在线去除伺服阀阀芯工作边的微小毛刺。

设备的整个去除毛刺过程包括以下几个步骤：

1.调节去毛刺车刀10的高度(Z向)，使刀尖对准工件P的最外缘面；

2.测量工件P的跳动量，并返回工控机；

3.标定去毛刺车刀10的位置；

4.沿工件P轴向(X轴方向)进给，通过设定功能使去毛刺车刀10自动进给到需要去除毛刺的工作边的位置；沿工件P径向(Y向)快速进给去毛刺车刀10，靠近阀芯工作边时放慢进给速度；

5.去毛刺车刀10车削毛刺，当力传感器11的数值达到设定值(该设定值在保证去除毛刺效果的同时不损伤工件)时停止进给，并快速退刀；

6.沿工件P轴向扫描加工的工作边，测量残余毛刺的高度，并返回工控机；

7.所述自控设备复位。

去毛刺车刀10高度的调节通过以下方式实现：首先沿着高度调节块5的凹槽粗调夹具7的高度，使去毛刺车刀10刀尖大致对准工件P的最外缘面，然后固定夹具7的位置，转动Z轴升降台4手轮，微调去毛刺车刀10的高度。微调过程中观察软件页面记录的位移传感器6与工件P外圆的距离，数值最小时即为成功将去毛刺车刀10刀尖对中心高(设备夹具设计过程中保证安装后去毛刺车刀10刀尖与位移传感器6光斑等高)。

测量跳动通过以下方式来实现：在保证去毛刺车刀10刀尖对中心高的基础上开动机床，测量工件P旋转过程中位移传感器6到工件P最外缘面的距离。测得的跳动量返回工控机，可进行保存，如果跳动量超过工件尺寸精度，检查工件装夹，装夹无问题则工件P本身为废品，无需后续加工。

去毛刺车刀10的标定通过以下方式来实现：进给运动有着独立的XYZ直角坐标系，必须在对刀之前标定阀芯轴心在运动坐标系中的位置，采用针规形式的检棒(尺寸精度等于或者高于工件P要求的精度)辅助标定。主要步骤如下：安装检棒，通过控制软件手动微进给车刀接触检棒，测量位移传感器6到检棒最外缘面的距离，返回工控机进行换算。

去毛刺车刀10的进给通过以下方式来实现：去毛刺车刀10的X和Y方向的进给分别通过U形直线电机来实现，并且通过控制软件可以实现去毛刺车刀10的自动进给；其中，x轴行程200mm，精度微米级；y轴行程40mm，精度亚微米级。去毛刺时，首先通过工控机将去毛刺车刀10移动到阀芯工作边的位置，然后沿Y向进给，因为毛刺的尺度为微米级别，所以当刀尖靠近棱边时必须放慢进给速度。

车削毛刺通过以下方式实现：去除毛刺过程中力传感器11可以测得车削过程的主切削力，在控制软件中设置主切削力的阈值，当测得的力的数值超过阈值时，立即停止进给，并沿Y向快速退刀；此外，力传感器11还可起到报警保护的作用，防止去毛刺车刀10对阀芯的外圆面造成损伤。

扫描工件工作边通过以下方式来实现：车削毛刺之后快速退刀，退到设定的位置时立即停止，然后用位移传感器6沿阀芯的轴向，即X方向扫描加工的阀芯的工作边，从磨削光滑的外圆面到具有毛刺的工作边，位移会发生微小的变化，直到扫过工作边距离超过位移传感器6量程。位移的变化值小于阀芯同阀套的配合公差，即表示工作边的毛刺已经去净。

最后通过工控机实现所述自控设备的复位。

本发明所述用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备实现了在线自动去除阀芯工作边的微小毛刺，不必多次装夹和对刀，不会损坏工作边的完整性，且能够在线自动检测去毛刺后工作边的质量，其效果可参阅图3。

Claims (3)

1.一种用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备，其特征在于：所述自控设备包括：

去毛刺工具系统，包括去毛刺车刀、力传感器和夹具，该去毛刺车刀安装在所述力传感器的一端，该力传感器的另一端与所述夹具连接；

精密进给系统，控制所述去毛刺工具系统沿直角坐标系三个方向的进给以实现所述去毛刺车刀与工件的相对运动，包括X轴进给机构、Y轴进给机构和Z轴升降台，该X轴进给机构采用直线电机进给，该Y轴进给机构安装在X轴进给机构之上且采用直线电机进给，该Z轴升降台安装在Y轴进给机构之上且采用手动调节高度，所述去毛刺工具系统通过其夹具安装在所述Z轴升降台之上；

自动对刀系统，通过确定所述去毛刺车刀的刀尖与工件外圆的相对位置实现精准对刀，并完成工件径向跳动测量和工作边扫描检测，该自动对刀系统包括固定安装在所述夹具上的位移传感器，该位移传感器的光源的中心与所述去毛刺车刀的刀尖在同一平面上；

力反馈系统，实时测量所述去毛刺车刀受到的切向力以监测去毛刺力的大小，并依据设定阈值闭环控制所述精密进给系统的进给，该力反馈系统包括力传感器，该力传感器置于所述去毛刺车刀的下方且与所述夹具相连接；

控制系统，包括安装了控制软件的工控机，该工控机分别与精密进给系统、力反馈系统和自动对刀系统连接，监控所述自控设备的进给运动、自动对刀、毛刺去除、力反馈报警退刀和在线去毛刺效果。

2.如权利要求1所述的用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备，其特征在于：所述的力传感器为悬臂式力传感器。

3.如权利要求1所述的用于在线去除伺服阀阀芯工作边微小毛刺的自控设备，其特征在于：所述的位移传感器为非接触式激光传感器。