CN106078511A - 磨削机床在线测量系统 - Google Patents

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张涛川
段春梅
杨伟
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Abstract

本发明公开了一种磨削机床在线测量系统，其特征在于，它是采用点接触式同步在线测量方式，包括伺服控制系统、设置在磨床工作台上的在线测量支撑机构、在线测量尺，在线测量尺包括测量尺、设置在测量尺端部的测量探头和驱动测量尺沿水平方向位移的驱动缸，测量探头作为点接触测量构件，检测对象的轴向尺寸变化量。本发明实现了对磨削工件的在线实时的同步测量，工件磨削过完毕，其产品的质量检测也即刻完成，从而降低了产品的废品率，解决了传统人工离线检测方式因多次拆件测量而造成生产效率低下的问题，性能更加优越。

Description

磨削机床在线测量系统
技术领域
本发明涉及磨削机床技术领域，尤其是涉及一种磨削机床的在线测量系统。
背景技术
我国硬质合金产业的发展至今，产品品种基本齐全，涉及金属切削、矿山开采、拉拨模具、耐磨零件等各领域，除部分高性能精度研磨涂层刀片及配套工具、高性能超细合金棒材和少量大异制品需从国外进口外，绝大部分产品中国均能生产。我国的硬质合金工业在快速发展的同时，依然存在产品研发经费投入相对不足、设备的更新改造水平不高、合金产品的生产与装备生产脱节等方面的问题，导致本行业创新能力不强、高附加值及配套产品少、产业经济效益不高等问题。其中硬质合金产品生产装备的发展不足是制约我国硬质合金产品生产的瓶颈。根据相关统计，目前国外少数先进企业产品在中国市场的占有率按重量计算不到中国硬质合金产量的1.5％，但年合金销售总额却占中国硬质合金年销售总额的10％以上。随着国内相关产业对合金刀具的需求量大增，合金刀具的精密加工成为合金产品生产企业快速发展的瓶颈，目前国内专门从事合金加工专用机床企业极少，故合金刀具生产企业迫切需要对一些工序设备进行技术改造。
经过现场检测，目前我国合金刀具生产机床状况如下：
1、机床使用时间较长，设备存在一定老化；
2、机床磨制工件为钨钴类硬质合金圆片，工作环境粉尘污染较大；
3、在工作过程中，存在一定的冷却水腐蚀，对工件主轴产生一定的精度影响，同时因为长期使用，工件主轴回转间隙变大，影响加工精度；
4、机床操作工人现场使用时，存在如下问题：
(1)、工人进行合金刀片磨削时，现场可见明显合金粉尘扬尘，工作环境粉尘污染较大，同时粉尘对工人身体健康不利；
(2)、工人装夹刀片时，采用不停机工作方式，此时砂轮处于高速运行状态，工人手指与砂轮极为接近(目测估计约5cm左右)，存在严重安全隐患；
(3)、进行磨制工作时，需要熟手磨工操作，进行全手工作业，劳动强度大；
(4)、对工件进行检测时，需要拆工件检测，单个工件从开始磨制到加工完成，中途需视工人的经验，进行多次拆件检测，加工效率极低，极易造成工件加工过量，致使工件报废，对操作工人的操作水平要求高。
其中，所述的第(4)个问题也正是传统的机加工检测过程中最常用的离线测量方式，其具体操作是在零件的加工过程中，根据操作工人的经验，按照工作需要，将机床停机，采用测量仪器，在加工工件拆件或不拆件的状态下，对工件进行物理量的检测。该检测方式是建立在加工与检测相互分离的基础上，加工的时候不能进行产品检测，检测的时候不能进行产品加工，造成生产效率低下，同时因为工件的多次拆卸和装夹，使工件的装夹定位基准不断发生变化，导致工件的加工误差人为增加，影响产品质量。
因此，为了保证机床加工零件的品质，大幅提高生产效率，降低生产成本，实施加工测量一体化的在线测量技术，具有重大意义。其中，所述的在线测量是指在零件的加工过程中，通过直接或者间接的测量方式不拆工件进行品质检测。它分为2种情况：
1、测量部件在零件的加工过程中直接实时测量零件的加工精度，零件的加工过程和检测过程是同步的；
2、加工过程和检测过程分离，当一步工序完成或零件加工完毕后，不拆工件，测量机构对零件进行检测，加工与测量是不同步的。
但是，目前在磨床上采用的测量方案大多不理想，有使用模拟计算等方式估算砂轮在磨削过程中的损耗量，再计入磨床数据系统中，此种设计是建立在对砂轮磨损按照一定规律基础上的，在实际磨削过程的影响因素较多，故不能予以较好反映真实的磨削情况，因此方案实际应用并不理想。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种不仅结构简单，测量精准，能够提高产品质量和生产效率的磨削机床在线测量系统。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种磨削机床在线测量系统，其特征在于，它是采用点接触式同步在线测量方式，包括伺服控制系统、设置在磨床工作台上的在线测量支撑机构、在线测量尺，
在线测量尺包括测量尺、设置在测量尺端部的测量探头和驱动测量尺沿水平方向位移的驱动缸，测量探头作为点接触测量构件，检测对象的轴向尺寸变化量；
在线测量支撑机构包括与测量尺对应的前轴承支承、后轴承支承，磨床工作台测量尺通过前轴承支承、后轴承支承活动设置在磨床工作台上，驱动缸推动测量尺沿磨床工作台水平方向产生位移，从而推动测量探头与被测工件产生表面接触，实现测量过程；
所述伺服控制系统包括伺服机构、伺服电机装置、位置信号处理模块，位置信号处理模块与伺服机构连接，伺服机构连接驱动伺服电机装置，伺服电机装置连接带动磨床工作台水平位移；位置信号处理模块通过测量探头获取与工件的接触面的实际位置测量信号，并将其与目标位置信号进行比较，判断是否加工到位，若未加工到位则发出信号传送给伺服机构，伺服机构根据未加工到位信号，发出恒力电压信号给伺服电机装置，伺服电机装置接受恒力电压信号后，带动磨床工作台进给加工；如此循环，直到工件磨削到目标尺寸，方停止加工。
作为上述方案的进一步说明，测量尺外设置有螺旋千分尺，测量尺的位移行程由螺旋千分尺予以限制。
进一步地，所述测量尺的后部套设有联动抱环，驱动缸的活塞杆前端设置有连接端头，该连接端头与联动抱环连接。
进一步地，所述伺服电机装置包括伺服电机和与伺服电机连接的带轮传动机构，伺服电机通过带轮传动机构带动磨床工作台进给加工。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
本发明采用点接触式同步在线测量方式，实时直接跟踪被测工件尺寸的变化情况，特别是对工件的磨削过程中的轴向尺寸物理量进行实时在线测量，测量过程具有实时可控、测量精度高、稳定性好的特点，根据实际测试所知，测量控制精度满足0.01mm的精度要求。
附图说明
图1为本发明的设置有在线测量系统的磨削机床结构示意图；
图2为本发明的在线测量系统工作原理图；
图3为本发明的在线测量系统支撑机构结构示意图。
附图标记说明：1、伺服控制系统 1-1、伺服机构 1-2、伺服电机装置 1-21、伺服电机 1-22、带轮传动机构 1-3、位置信号处理模块 2、磨床工作台 3、在线测量支撑机构 3-1、前轴承支承 3-2、后轴承支承 4、在线测量尺 4-1、测量尺 4-2、测量探头 4-3、驱动缸5、螺旋千分尺 6、联动抱环 7、连接端头 8、夹具 9、被测工件。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本技术方案作详细的描述。
如图1-图3所示，本发明是一种磨削机床在线测量系统，它是采用点接触式同步在线测量方式，包括伺服控制系统1、设置在磨床工作台2上的在线测量支撑机构3、在线测量尺4，在线测量尺4包括测量尺4-1、设置在测量尺端部的测量探头4-2和驱动测量尺沿水平方向位移的驱动缸4-3，测量探头作为点接触测量构件，检测对象的轴向尺寸变化量；测量探头的前端为耐磨合金，内部采用电感式位移传感器。
在线测量支撑机构3包括与测量尺对应的前轴承支承3-1、后轴承支承3-2，磨床工作台测量尺通过前轴承支承、后轴承支承活动设置在磨床工作台上，驱动缸推动测量尺沿磨床工作台水平方向产生位移，从而推动测量探头与固定于夹具8上的被测工件9产生表面接触，实现测量过程；所述测量尺的下方设置有螺旋千分尺5，测量尺的位移行程由螺旋千分尺予以限制。所述伺服控制系统1包括伺服机构1-1、伺服电机装置1-2、位置信号处理模块1-3，位置信号处理模块与伺服机构连接，伺服机构连接驱动伺服电机装置，伺服电机装置连接带动磨床工作台水平位移；位置信号处理模块通过测量探头获取与工件的接触面的实际位置测量信号，并将其与目标位置信号进行比较，判断是否加工到位，若未加工到位则发出信号传送给伺服机构，伺服机构根据未加工到位信号，发出恒力电压信号给伺服电机装置，伺服电机装置接受恒力电压信号后，带动磨床工作台进给加工；如此循环，直到工件磨削到目标尺寸，方停止加工。
进一步地，所述测量尺的后部套设有联动抱环6，驱动缸的活塞杆前端设置有连接端头7，该连接端头7与联动抱环6连接。伺服电机装置1-2包括伺服电机1-21和与伺服电机连接的带轮传动机构1-22，伺服电机通过带轮传动机构带动磨床工作台进给加工。
本发明与现有技术相比，采用点接触式在线同步测量系统，实现了对磨削工件的在线实时的同步测量，工件磨削过完毕，其产品的质量检测也即刻完成，从而降低了产品的废品率，解决了传统人工离线检测方式因多次拆件测量而造成生产效率低下的问题，性能更加优越。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种磨削机床在线测量系统，其特征在于，它是采用点接触式同步在线测量方式，包括伺服控制系统、设置在磨床工作台上的在线测量支撑机构、在线测量尺，
在线测量尺包括测量尺、设置在测量尺端部的测量探头和驱动测量尺沿水平方向位移的驱动缸，测量探头作为点接触测量构件，检测对象的轴向尺寸变化量；
在线测量支撑机构包括与测量尺对应的前轴承支承、后轴承支承，磨床工作台测量尺通过前轴承支承、后轴承支承活动设置在磨床工作台上，驱动缸推动测量尺沿磨床工作台水平方向产生位移，从而推动测量探头与被测工件产生表面接触，实现测量过程；
所述伺服控制系统包括伺服机构、伺服电机装置、位置信号处理模块，位置信号处理模块与伺服机构连接，伺服机构连接驱动伺服电机装置，伺服电机装置连接带动磨床工作台水平位移；位置信号处理模块通过测量探头获取与工件的接触面的实际位置测量信号，并将其与目标位置信号进行比较，判断是否加工到位，若未加工到位则发出信号传送给伺服机构，伺服机构根据未加工到位信号，发出恒力电压信号给伺服电机装置，伺服电机装置接受恒力电压信号后，带动磨床工作台进给加工。
2.根据权利要求1所述的磨削机床在线测量系统，其特征在于，测量尺外设置有螺旋千分尺，测量尺的位移行程由螺旋千分尺予以限制。
3.根据权利要求1所述的磨削机床在线测量系统，其特征在于，所述测量尺的后部套设有联动抱环，驱动缸的活塞杆前端设置有连接端头，该连接端头与联动抱环连接。
4.根据权利要求1所述的磨削机床在线测量系统，其特征在于，所述伺服电机装置包括伺服电机和与伺服电机连接的带轮传动机构，伺服电机通过带轮传动机构带动磨床工作台进给加工。
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