CN106625163B - 数控内螺纹机床接触式自动对位装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供数控内螺纹机床接触式自动对位装置，包括X轴移动机构、Z轴移动机构、具有工件夹持轴机构的C旋转轴机构、A旋转轴机构、M多工位切换机构和数控系统，M多工位切换机构包括多工位夹头、夹头切换机构和磨削主轴，磨削主轴包括电动主轴和锁紧夹头，C旋转轴和A旋转轴中心基准位于同一水平面上，磨削砂轮切换到磨削主轴上时磨削砂轮的几何中心处于A旋转轴的中心线上。本发明还提供数控内螺纹机床接触式自动对位方法。本发明使得数控内螺纹机床自动对位，无需人为操作，对位精准、快捷和安全，操作简单、可靠和快捷，装置整体先进，机构简单，测量头和砂轮切换精准效率高。特别是解决了小尺寸内螺纹机床的自动对位的技术难题。

Description

数控内螺纹机床接触式自动对位装置和方法

技术领域

本发明涉及数控机床领域，特别是涉及一种数控内螺纹机床接触式自动对位装置和方法。

背景技术

目前，数控内螺纹机床对位是行业公认最难解决的问题。特别是尺寸小的内螺纹，满足不了现有的非接触传感器的测量范围要求。数控内螺纹机床对位存在以下问题：内螺纹位于轴内，肉眼看不到内面螺纹实际情况，导致对位不精确，磨削加工困难，砂轮容易崩碎。

传统内螺纹对位通过靠经验丰富的工人依靠感觉手动方式低速进给，通过磨削产生的火花进行对位，加工出来的螺纹难以满足加工精度，工件不统一且生产效率低。现有技术采用非接触式传感器放入螺纹孔内部，通过信号采集分析，但是这种方式只适用于比传感器外形尺寸大的内螺纹孔，因此磨削范围受到限定，并且磨削时的油雾环境会对传感器精度产生影响。

因此，数控内螺纹机床对位是内螺纹机床行业深入发展急需解决的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，通过提供数控内螺纹机床接触式自动对位装置和方法，对位过程为自动控制，无需人为操作，对位精准、快捷、安全。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种数控内螺纹机床接触式自动对位装置，包括X轴移动机构、Z轴移动机构、C旋转轴机构、A旋转轴机构、M多工位切换机构和数控系统，所述C旋转轴机构包括工件夹持轴机构，其特征在于：所述A旋转轴机构连接到所述X轴移动机构，所述C旋转轴机构连接到所述Z轴移动机构，所述M多工位切换机构连接到A旋转轴机构；所述M多工位切换机构包括多工位夹头、夹头切换机构和磨削主轴，所述多工位夹头通过所述夹头切换机构切换到所述磨削主轴的位置；所述磨削主轴包括电动主轴和用于锁紧所述多工位夹头的锁紧夹头。

优选地，所述多工位夹头的尺寸和形状使得切换时所述磨削主轴中心基准不变。

优选地，C旋转轴和A旋转轴中心基准位于同一水平面上，磨削砂轮切换到所述磨削主轴上时，所述磨削砂轮的几何中心处于A旋转轴的中心线上。

进一步地，所述数控内螺纹机床接触式自动对位装置还包括砂轮修整机构，所述砂轮修整机构连接到所述Z轴移动机构。

进一步地，所述数控内螺纹机床接触式自动对位装置还包括校准传感器机构，所述校准传感器机构连接到所述Z轴移动机构。

进一步地，所述X轴移动机构和所述Z轴移动机构分别设置有光栅尺。

优选地，所述X轴移动机构、Z轴移动机构、C旋转轴机构和A旋转轴机构分别由伺服马达驱动。

本发明的另一方面提供一种用于上述数控内螺纹机床接触式自动对位装置的数控内螺纹机床接触式自动对位方法，包括以下步骤：

测量头工位上的测量头测量工件尺寸，获得磨削起点位置坐标；

所述磨削主轴移动到安全位置并切换到磨具工位，根据所述磨削起点位置坐标调整所述磨具工位上的磨具，对准工件磨削起点，完成磨具的自动对位过程；

其特征在于：所述测量头工位切换到所述电动主轴上时，C旋转轴和A旋转轴中心基准位于同一水平面上，而且当磨削砂轮切换到磨削主轴上时磨削砂轮的几何中心处于A旋转轴的中心线上。

进一步地，所述测量头测量工件尺寸时，触碰被加工工件基准面自动计算砂轮Z轴原点位置，进入内螺纹，通过所述X、Z轴移动机构和A旋转轴机构的综合运动，带动测量头感知和测量两个相连螺牙槽顶端，测量两个相连螺牙槽顶端，发出触发信号，通过所述数控系统获得磨削起点位置坐标。

本发明的有益效果是：

1、对位过程为自动控制，无需人为操作，对位精准、快捷、安全；

2、C旋转轴和A旋转轴中心基准位于同一水平面上，而且当磨削砂轮切换到磨削主轴上时磨削砂轮的几何中心处于A旋转轴的中心线上，保证不同内螺纹对位安全和精度；

3、多个工位的切换具有基准精度不变、保证对位和磨削切换不产生误差的特点，解决了对位与磨具磨削独立分开产生的误差；

4、磨削主轴固定在A旋转轴机构上，使得对位和磨削一体，简单可靠快捷；

5、X轴移动机构和Z轴移动机构设置有光栅尺，保证了移动精度；

6、具有工件夹持轴机构的C旋转轴机构固定在Z轴移动机构上，保证工件加工和对位一致性；

7、多个工位的切换可以实现先粗加工再切换精加工，也可以使用不同的磨具实现磨削内外圆和端面。

附图说明

图1所示为根据本发明一实施例的数控内螺纹机床接触式自动对位装置的示意图；

图2所示为根据本发明一实施例的X轴移动机构和A旋转轴机构的示意图；

图3所示为根据本发明一实施例的多工位切换机构的示意图；

图4所示为根据本发明一实施例的Z轴移动机构和夹持轴机构的示意图；

图5所示为根据本发明一实施例的内螺纹两点接触对位顺序的示意图；

图6所示为根据本发明一实施例的多工位切换机构和磨削主轴原理的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明。

图1所示为根据本发明一实施例的数控内螺纹机床接触式自动对位装置的示意图：

本发明的数控内螺纹机床接触式自动对位装置，包括X轴移动机构、Z轴移动机构、C旋转轴机构、A旋转轴机构、M多工位切换机构和数控系统，所述C旋转轴机构包括工件夹持轴机构，其特征在于：所述A旋转轴机构连接到所述X轴移动机构，所述C旋转轴机构连接到所述Z轴移动机构，所述M多工位切换机构连接到A旋转轴机构；所述M多工位切换机构包括多工位夹头、夹头切换机构和磨削主轴，所述多工位夹头通过所述夹头切换机构切换到所述磨削主轴的位置；所述磨削主轴包括电动主轴和用于锁紧所述多工位夹头的锁紧夹头。所述夹头切换机构包括马达驱动切换机构。所述X轴移动机构带动所述A旋转轴机构前进后退，所述Z轴移动机构带动C旋转轴机构左右移动，所述夹持轴机构夹住被加工工件。

自动对位开始时，测量头工位上的测量头测量工件尺寸，获得磨削起点位置坐标。接着，所述磨削主轴移动到安全位置并切换到磨具工位，根据所获得的磨削起点位置坐标调整所述磨具工位上的磨具，对准工件磨削起点，完成磨具的自动对位过程。所述安全位置为使得所述磨削主轴的旋转切换是安全的。测量头测量工件尺寸时相对工件所需的角度调整和位置移动通过所述A旋转轴机构的倾斜旋转、所述X轴移动机构的运动或所述Z轴移动机构的运动或者至少两者的组合实现。所述磨削主轴移动到所述安全位置通过所述A旋转轴机构的倾斜旋转、所述X轴移动机构的运动或所述Z轴移动机构的运动或者至少两者的组合实现。

所述测量头测量工件尺寸时，根据机床预置中心点位置，调整和移动所述测量头，所述测量头测量工件尺寸时相对工件所需的角度调整和位置移动通过所述A旋转轴机构的倾斜旋转、所述X轴移动机构的运动或所述Z轴移动机构的运动或者至少两者的组合实现。所述测量头测量工件尺寸时，触碰被加工工件基准面自动计算砂轮Z轴原点位置。接着，所述测量头进入内螺纹，采用两点接触式对刀技术，测量两个相连螺牙槽顶端触发，发出触发信号，数控系统自动记录坐标，通过测量所得参数运算得出两牙距中心，从而自动计算两个螺牙的中心位置，获得磨削起点位置坐标，得到内螺纹磨削对位位置。该对刀过程为自动控制，无需人为操作，对位精准、快捷、安全。优选地，所述测量头沿工件中心点进入内螺纹。

优选地，C旋转轴和A旋转轴中心基准位于一为同一水平面上，而且当磨削砂轮切换到磨削主轴上时磨削砂轮的几何中心处于A旋转轴的中心线上。优选地，所述多个工位的切换具有基准精度不变、保证对位和磨削切换不产生误差的特点，解决了对位与磨具磨削独立分开产生的误差。在本发明的一实施例中，所述多个工位的切换可以实现先粗加工再切换精加工，也可以使用不同的磨具实现磨削内外圆和端面。

优选地，所述数控内螺纹机床接触式自动对位装置还包括砂轮修整机构和校准传感器机构，用于校准和修整磨削砂轮。通过数控系统对于修整后砂轮的加工量进行补偿。

在本发明的一实施例中，所述多工位切换机构，可以自动切换，而且还可以设置测量头和若干个砂轮磨具。

优选地，所述多工位切换机构和所述磨削主轴固定在所述A旋转轴机构上，使得对位和磨削一体，简单可靠快捷。

进一步地，所述X轴移动机构和所述Z轴移动机构设置有光栅尺，保证了移动精度。

优选地，所述C旋转轴机构和所述工件夹持轴机构固定在所述Z轴移动机构上，保证工件加工和对位一致性。

如图2所示，在本发明的一实施例中，所述X轴移动机构包括底板1、导轨2、滑块3、光栅尺测头4、光栅尺5、固定板6、纵板7、丝杆8和伺服电机9。导轨2固定在底板1上，滑块3连接到导轨2并带动纵板7，纵板7与丝杆8连接，伺服电机9控制丝杆8的旋转，实现纵板7的前进或后退，即实现X方向的移动。光栅尺5设置在纵板7上，光栅尺测头4检测纵板7的精确移动，将信号反馈给数控系统，光栅尺测头4连接固定板6，固定板6固定在底板1上。

如图2和3所示，在本发明的一实施例中，所述A旋转轴机构包括角度编码器电机10、减速机11、转子12、旋转本体13、L固定件14、限位调整块15和盖板27。旋转本体13固定在纵板7上，转子12在旋转本体13上滚动，转子12与减速机11和角度编码器电机10连接，减速机11和角度编码器电机10固定在盖板27上，L固定件14固定在转子12上，磨削主轴18固定在L固定件14上，磨削主轴18上设置有若干个工位夹头108，工位夹头108夹持测量头16或和砂轮磨具17。

如图4所示，在本发明的一实施例中，所述Z轴移动机构包括导轨202、滑块203、光栅尺测头204、光栅尺205、固定板206、丝杆208、伺服电机209、固定台19、横板20、固定臂24、传感器25和调整滑台26。导轨202固定在固定台19上，滑块203连接导轨202并带动横板20，横板20与丝杆208连接，伺服电机209控制丝杆208旋转，实现横板20的左右移动，即实现Z方向的移动。光栅尺205设置在固定台19上，光栅尺测头204检测横板20的精确移动，将信号反馈给数控系统，光栅尺测头204连接固定板206，固定板206固定在横板20上。横板20设置有固定臂24，固定臂24设置有传感器25和调整滑台26。

如图4所示，在本发明的一实施例中，所述夹持轴机构包括油箱缸21、油箱盖22、筒夹23、伺服电机28和夹持轴29。油箱缸21固定在横板20上，油箱缸21由油箱盖22封盖，夹持轴29与油箱缸21滚动连接，筒夹23固定在夹持轴29上，测量工件固定在筒夹23上，砂轮修整器200固定在油箱缸21上。

如图5所示，在本发明的一实施例中，测量头16通过X轴移动机构前后移动，A旋转轴机构倾斜旋转调整角度，Z轴移动机构带动夹持轴机构左右移动，测量头16触碰工件端部基准面确定原点坐标，然后测量头16沿工件预置中心线Co坐标进入内螺纹。测量头16通过倾斜角度和X方向的移动调整，触碰相连两个螺牙顶端P1和P2，自动计算两个螺牙的中心位置Cp，从而自动获得磨削起点位置坐标。A旋转轴机构调整角度使得测量头16与工件中心线Co平行，Z轴移动机构后退，测量头16移动到安全位置，磨削主轴切换到砂轮工位，根据测量坐标，调整砂轮磨具17对准工件磨削起点，从而完成砂轮磨具17的自动对位过程。图中包括但不限于，仅通过示例性地描述了三角螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和滚道螺纹的对位过程。

如图6所示，在本发明的一实施例中，所述多工位切换机构和磨削主轴的原理为：主轴换位时，拉紧驱动35作动于拉紧轴30，松开刀柄44；驱动缸31向右移动，连接块32带动移动板33和锁紧夹头34向右移动，移动板33与电动主轴41固定连接，电动主轴上的感应器37移动至接近开关E处，锁紧夹头34与工位夹头40分离，工位夹头40处于松开状态。与此同时，刀柄44与驱动轴39逐渐脱离，齿轮和电机38带动工位夹头40上的刀柄44进行旋转。当工位夹头40转动到位时，感应开关36感应驱动轴39前端键朝上，驱动缸31向左移动，感应器37移动至接近开关D处，驱动轴39前端键与刀柄44的键槽吻合，同时锁紧夹头34锁紧工位夹头40，拉紧驱动35作动于拉紧轴30，张紧刀柄44。定子部件43得到信号带动转子部件42上的驱动轴39旋转，驱动轴39带动刀柄44的刀具旋转。

根据本发明的数控内螺纹机床接触式自动对位装置可以实现包括但不限于直径4mm以上内螺纹对位。对于直径20mm以上的内螺纹，所述接触式测量头也可以采用非接触式测量头。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (8)

1.一种数控内螺纹机床接触式自动对位装置，包括X轴移动机构、Z轴移动机构、C旋转轴机构、A旋转轴机构、M多工位切换机构和数控系统，所述C旋转轴机构包括工件夹持轴机构，其特征在于：所述A旋转轴机构连接到所述X轴移动机构，所述C旋转轴机构连接到所述Z轴移动机构，所述M多工位切换机构连接到A旋转轴机构；所述M多工位切换机构包括多工位夹头、夹头切换机构和磨削主轴，所述多工位夹头通过所述夹头切换机构切换到所述磨削主轴的位置；所述磨削主轴包括电动主轴和用于锁紧所述多工位夹头的锁紧夹头。

2.根据权利要求1所述的数控内螺纹机床接触式自动对位装置，其特征在于：所述多工位夹头的尺寸和形状使得切换时所述磨削主轴中心基准不变。

3.根据权利要求1所述的数控内螺纹机床接触式自动对位装置，其特征在于：C旋转轴和A旋转轴中心基准位于同一水平面上，磨削砂轮切换到所述磨削主轴上时，所述磨削砂轮的几何中心处于A旋转轴的中心线上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的数控内螺纹机床接触式自动对位装置，其特征在于：所述数控内螺纹机床接触式自动对位装置还包括砂轮修整机构，所述砂轮修整机构连接到所述Z轴移动机构。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的数控内螺纹机床接触式自动对位装置，其特征在于：所述数控内螺纹机床接触式自动对位装置还包括校准传感器机构，所述校准传感器机构连接到所述Z轴移动机构。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的数控内螺纹机床接触式自动对位装置，其特征在于：所述X轴移动机构和所述Z轴移动机构分别设置有光栅尺。

7.一种用于根据权利要求1所述的数控内螺纹机床接触式自动对位装置的数控内螺纹机床接触式自动对位方法，包括以下步骤：

测量头工位上的测量头测量工件尺寸，获得磨削起点位置坐标；

所述磨削主轴移动到安全位置并切换到磨具工位，根据所述磨削起点位置坐标调整所述磨具工位上的磨具，对准工件磨削起点，完成磨具的自动对位过程；

其特征在于：所述测量头工位切换到所述电动主轴上时，C旋转轴和A旋转轴中心基准位于同一水平面上。

8.根据权利要求7所述的数控内螺纹机床接触式自动对位方法，其特征在于：所述测量头测量工件尺寸时，触碰被加工工件基准面自动计算砂轮Z轴原点位置，进入内螺纹，测量两个相连螺牙槽顶端，发出触发信号，通过所述数控系统获得磨削起点位置坐标。