CN108080749B - 带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床及其测量控制系统 - Google Patents
带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床及其测量控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床及其测量控制系统，属于在线检测领域，包括设置在床身上的大立柱和工作台，大立柱上设有滑板，由驱动装置、测量装置组成的在线检测机构，驱动装置包括设置在安装座上的滑座、固定座和行程开关，安装座固定于滑板底部，测量装置安装在滑座上，固定座上设有活塞，滑座上还设有与活塞相适配的容置腔、与行程开关相匹配的开关启动器以及与容置腔在位于活塞两侧分别连通的后油口和前油口。本高精度蜗轮加工机床通过驱动装置将测量装置装夹于滑板上并实现测量装置的小行程进给，以检测本机加工的蜗轮齿距误差和齿距累积总误差，并具有提高测量装置重复定位精度，从而提高测量精度的效果。
Description
技术领域
本发明属于在线检测技术领域，具体涉及一种带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床及其测量控制系统，用于蜗轮加工机床加工蜗轮时对蜗轮齿距误差和齿距累积总误差进行的在线检测。
背景技术
蜗轮是一种将流动工质的能量转换为机械能的旋转式动力机械，广泛地应用于航空发动机、燃气轮机、蒸汽轮机等领域。蜗轮加工机床作为蜗轮机加工，除了能够加工各种蜗轮外，还需要在蜗轮机加工过程中对蜗轮完成齿距误差fpt、齿距累积总误差Fp等项目的检测，并根据检测结果能够针对性的通过数控系统对蜗轮加工机床各轴运动进行补偿，以消除误差，提高蜗轮的加工精度。因此，为了有助于提升蜗轮加工机床的加工精度和效率，如何实现蜗轮机加工在线检测是非常有必要进行相关研究的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床及其测量控制系统，在不需要蜗轮加工机床的X轴运动情况下，实现测量装置的小行程进给来辅助完成对蜗轮的在线检测，并可以解决测量装置重复定位的问题。
为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床，包括设置在床身上能沿X轴滑动的大立柱和能绕C轴旋转的工作台，大立柱上设有能沿Z轴滑动的滑板，工作台上用于放置待加工蜗轮，还包括在线检测机构，由驱动装置、测量装置组成，驱动装置用于将测量装置装夹于滑板上并实现测量装置能沿X轴的小行程进给，驱动装置包括设置在安装座上的滑座、固定座和行程开关，安装座固定于滑板底部，测量装置安装在滑座上，且滑座能沿测量装置的进给方向在安装座上作往复直线运动，固定座上设有活塞，滑座上还设有与活塞相适配的容置腔、与行程开关相匹配的开关启动器以及与容置腔在位于活塞两侧分别连通的后油口和前油口。
进一步，所述行程开关为复位开关和工作位开关，复位开关和工作位开关沿测量装置的进给方向依次间隔布置于滑座上方的安装座内侧。
进一步，所述开关启动器为撞块或感应开关，撞块或感应开关通过接触或感应相对应地与复位开关和工作位开关中的控制开关形成结合与断开，以控制在复位和工作位的行程终端。
进一步，还包括过渡接盘，测量装置安装于过渡接盘上，过渡接盘安装在滑座上。
进一步，还包括保护罩，保护罩安装于过渡接盘上。
进一步，所述安装座上固接有直线导轨，所述滑座的底部设有与该直线导轨滑动配合的导轨滑块，所述直线导轨为双轨道结构，采用T型或燕尾形。
进一步，还包括限位机构，由定位螺钉、螺母、定位座组成，定位座设于安装座的底部，定位螺钉穿设于定位座上并通过螺母与定位座锁紧。
进一步，还包括设于滑座上且位于容置腔两端的后盖板和前盖板，滑座与后盖板和前盖板之间设有密封圈，密封圈为O型密封圈，活塞的杆部与后盖板之间设有回转密封垫。
进一步，还包括通过第一支承块设于安装座上的至少两个横向支承结构以及通过第二支承块设于滑座上的至少两个纵向支承结构，横向支承结构的支承方向与滑座运动方向呈水平垂直相交，纵向支承结构的支承方向与滑座运动方向呈竖向垂直相交，横向支承结构和纵向支承结构均由弹簧和钢球组成。
本发明还提供一种基于上述带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床的测量控制系统，包括西门子840Dsl数控伺服系统、计数卡和数据采集卡，所述西门子840Dsl数控伺服系统设有PCU模块、NCU模块、S120模块、SMC模块和ET模块，所述计数卡插入PCU模块的PCI插槽中，用于对工作台圆光栅数据的计数；所述数据采集卡插入PCU模块的PCI插槽中，用于对测量装置数据的采集；所述PCU模块通过以太网与NCU模块通讯连接；所述NCU模块通过SMC模块连接于计数卡；所述NCU模块还通过ET模块对计数卡开关控制总量和机床开关量的输入采集和输出控制；所述NCU模块还通过S120模块对工作台绕C轴转动、大立柱沿X轴滑动、滑板沿Z轴滑动和驱动装置沿X轴进给运动的控制。
本发明的有益效果是：本高精度蜗轮加工机床通过驱动装置将测量装置装夹于滑板上并实现测量装置的小行程进给，以检测本机加工的蜗轮齿距误差和齿距累积总误差，并具有提高测量装置重复定位精度，从而提高测量精度的效果。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明蜗轮加工机床在安装在线检测机构后的结构示意图；
图2为本发明蜗轮加工机床的测量控制系统的原理图；
图3为本发明在线检测机构的结构平面示意图；
图4为图3的P向示意图；
图5为补偿前精度等级为GB10089-88标准的6级误差图；
图6为补偿后精度等级为GB10089-88标准的4级误差图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1、3、4，附图中的元件标号分别表示：驱动装置100、测量装置200、滑板300、蜗轮400；其中，过渡接盘1、定位螺钉2、螺母3、定位座4、后支承块5、弹簧6、钢球7、安装座8、滑座9、容置腔10、固定座11、活塞12、回转密封垫13、后盖板14、密封圈15、直线导轨16、导轨滑块17、开关启动器18、后油口19、复位开关20、工作位开关21、前油口22、保护罩23、前盖板24、前支承块25。
实施例基本如附图1、3、4所示：本实施例提供的带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床，包括设置在床身(未标记)上能沿X轴滑动的大立柱(未标记)和能绕C轴旋转的工作台(未标记)，大立柱上设有能沿Z轴滑动的滑板300，工作台上用于放置待加工蜗轮400，还包括在线检测机构，由驱动装置100、测量装置200组成，驱动装置100用于将测量装置200装夹于滑板上并实现测量装置200能沿X轴的小行程进给，驱动装置100包括设置在安装座8上的滑座9、固定座11和行程开关，安装座8安装在蜗轮加工机床的大立柱的滑板300底部上，测量装置200通过过渡接盘1安装在滑座9上，且滑座9能沿测量装置200的进给方向在安装座8上作往复直线运动，固定座11上固定安装有活塞12，滑座9上还设有与活塞12相适配的容置腔10、与行程开关相匹配的开关启动器18以及与容置腔10在位于活塞12两侧分别连通的后油口19和前油口22；行程开关为复位开关20和工作位开关21，复位开关20和工作位开关21沿测量装置200的进给方向依次间隔布置于滑座9上方的安装座8内侧；开关启动器18采用撞块，撞块通过接触相对应地与复位开关20和工作位开关21中的控制开关形成结合与断开，以控制在复位和工作位的行程终端；安装座8上固接有直线导轨16，滑座9的底部设有与该直线导轨16滑动配合的导轨滑块17，直线导轨16采用双轨道结构，为T型或燕尾形；驱动装置100还包括限位机构，实现硬极限作用，由定位螺钉2、螺母3、定位座4组成，定位座4设于安装座8的底部，定位螺钉2穿设于定位座4上并通过螺母3与定位座4锁紧；在滑座9上且位于容置腔10两端设有后盖板14和前盖板24，滑座9与后盖板14和前盖板24之间设有密封圈15，该密封圈15采用O型密封圈，活塞12的杆部与后盖板14之间设有回转密封垫13；驱动装置100还包括通过第一支承块5设于安装座8上的至少两个横向支承结构以及通过第二支承块25设于滑座9上的至少两个纵向支承结构，横向支承结构的支承方向与滑座9运动方向呈水平垂直相交，纵向支承结构的支承方向与滑座9运动方向呈竖向垂直相交，横向支承结构和纵向支承结构均由弹簧6和钢球7组成。
具体的，安装座8固定不动，测量装置200安装固定在过渡接盘1上，过渡接盘通过螺钉固定在滑座9上，活塞12通过两个螺钉螺母锁紧在固定座11上，活塞安装在滑座的容置腔10内，其两端通过后盖板14和前盖板24以及回转密封圈13和O型的密封圈15等密封固定；安装座上安装有直线导轨16和导轨滑块17，滑座安装在导轨滑块上；本带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床的运动过程为：当后油口19进油，前油口22回油时，驱动滑座朝X正方向运动，安装固定在滑座上的开关启动器18脱离复位开关20，到达指定位置后，与工作位开关21接触，同时还设有硬极限，即安装有定位座4和定位螺钉2，定位螺钉安装在定位座上，并通过螺母3锁紧，定位座通过螺钉固定在安装座上，当滑座到达指定位置后通过调整定位螺钉位置，使得定位螺钉与滑座接触，不能再继续前行；滑座到位后执行测量装置200执行测量动作。同时为了消除滑座在X方向运动时Y方向的间隙，设置了两个弹簧6及钢珠7，安装在第一支承块5上，第一支承块通过螺钉固定在安装座上，当滑座在回程时，钢珠在槽内，当滑座向前准备进行测量动作时，钢珠离开槽在平面上，对滑座施加一个Y方向的力，消除Y方向的间隙，保证滑座运动精度，于此同时，在滑座运动的Z方向上，也有两个弹簧6和钢珠7，安装在第二支承块25上，第二支承块通过螺钉固定在滑座上，弹簧6和钢珠7对滑座Z向下方施加一个力，使得滑座在移动时始终贴向一方，消除在Z方向的间隙，从而保证测量装置在X方向上往复运动时的运动精度，从而保证测量精度。若滑座反向运动，则前油口22进油，后油口19回油，滑座则朝X轴负方向运动，即测量装置200执行退回运动，开关启动器脱离工作位开关21并接触到复位开关20时，滑座回退到位。
采用上述方案，本带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床通过将驱动装置100安装在机床大立柱的滑板300上，测量装置200测量时被加工蜗轮400在机床上不需要拆卸(但需停止加工)，被测蜗轮绕其回转中心做分度运动，同时拾取蜗轮转角信号，测量装置运动由油缸驱动完成并消除运动间隙，随蜗轮转动进行伸缩运动的同时，数控系统完成数据采集，并自动完成对蜗轮fpt、Fp等项目的检测。检测过程中测头所需调整运动和精度仍然利用蜗轮加工机床中所需的运动及机床的精度。将机床调到所需位置时，为了提高测量装置往复运动的精度，不需要机床的X轴运动，而是在驱动装置中设计有一个小行程进给，提高测量装置重复定位精度，从而提高测量精度。
在另一实施例中的开关启动器18采用感应开关，即由感应开关通过感应相对应地与复位开关20和工作位开关21中的控制开关形成结合与断开，以控制在复位和工作位的行程终端。
在另一实施例中的驱动装置100还包括安装于过渡接盘1上的保护罩23。用以对驱动装置100背离测量装置200的背离端进行保护，防止蜗轮机加工过程中铁屑飞溅入驱动装置内，影响其工作精度。
如图2所示，本发明还提供一种基于上述带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床的测量控制系统，包括西门子840Dsl数控伺服系统、计数卡和数据采集卡，所述西门子840Dsl数控伺服系统设有PCU模块、NCU模块、S120模块、SMC模块和ET模块，所述计数卡插入PCU模块的PCI插槽中，用于对工作台圆光栅(未画出)数据的计数，以获得工作台旋转角度；所述数据采集卡插入PCU模块的PCI插槽中，用于对测量装置数据的采集，以获得测量装置读数；所述PCU模块通过以太网与NCU模块通讯连接；所述NCU模块通过SMC模块连接于计数卡；所述NCU模块还通过ET模块对计数卡开关控制总量和机床开关量的输入采集和输出控制；所述NCU模块还通过S120模块对工作台绕C轴转动、大立柱沿X轴滑动、滑板沿Z轴滑动和驱动装置沿X轴进给运动的控制。
具体的，本测量控制系统采用与机床控制系统共用数控系统的技术方案。通过西门子840Dsl数控系统PCU模块中的PCI插槽中，插入计数卡和数据采集卡，实现对工作台圆光栅数据的计数和测量装置数据的采集。测量软件安装在PCU模块中，测量控制系统通过NCU模块实现对工作台转动和测量装置测量运动的控制，其测量装置测量运动的控制主要有：大立柱沿X轴滑动实现其径向运动、滑板沿Z轴滑动实现其轴向运动、驱动装置沿X轴滑动实现其小行程进给运动；并通过数控系统的ET模块实现对测量控制系统开关量的输入采集和输出控制，并利用计数卡上的IO通道实现测量控制系统与NCU模块之间的实时握手；而西门子840Dsl数控系统中的其他模块，如OP、MCP、HT等为常规性通用模块，就不在一一介绍了。采用上述的测量控制系统主要是进行分度测量，即直接测出蜗轮各齿面的实际位置对其理论位置的角度偏差，然后计算出线性齿距偏差；并通过数控系统及软件计算，可全自动完成测量循环，速度快、效率高；从而自动完成对蜗轮fpt、Fp等项目的检测。结合附图5和6可以看出，由本测量控制系统补偿后精度等级可从原来的6级提高至4级，其精度明显提高。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床，包括设置在床身上能沿X轴滑动的大立柱和能绕C轴旋转的工作台，大立柱上设有能沿Z轴滑动的滑板（300），工作台上用于放置待加工蜗轮（400），其特征在于，还包括在线检测机构，由驱动装置（100）、测量装置（200）组成，驱动装置用于将测量装置装夹于滑板上并实现测量装置能沿X轴的小行程进给，驱动装置包括设置在安装座（8）上的滑座（9）、固定座（11）和行程开关，安装座固定于滑板底部，测量装置安装在滑座上，且滑座能沿测量装置的进给方向在安装座上作往复直线运动，固定座上设有活塞（12），滑座上还设有与活塞相适配的容置腔（10）、与行程开关相匹配的开关启动器（18）以及与容置腔在位于活塞两侧分别连通的后油口（19）和前油口（22）；所述行程开关为复位开关（20）和工作位开关（21），复位开关和工作位开关沿测量装置的进给方向依次间隔布置于滑座上方的安装座内侧；所述开关启动器为撞块或感应开关，撞块或感应开关通过接触或感应相对应地与复位开关和工作位开关中的控制开关形成结合与断开，以控制在复位和工作位的行程终端；还包括通过第一支承块（5）设于安装座上的至少两个横向支承结构以及通过第二支承块（25）设于滑座上的至少两个纵向支承结构，横向支承结构的支承方向与滑座运动方向呈水平垂直相交，纵向支承结构的支承方向与滑座运动方向呈竖向垂直相交，横向支承结构和纵向支承结构均由弹簧（6）和钢球（7）组成。
2.根据权利要求1所述的带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床，其特征在于，还包括过渡接盘（1），测量装置安装于过渡接盘上，过渡接盘安装在滑座上。
3.根据权利要求2所述的带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床，其特征在于，还包括保护罩（23），保护罩安装于过渡接盘上。
4.根据权利要求1所述的带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床，其特征在于，所述安装座上固接有直线导轨（16），所述滑座的底部设有与该直线导轨滑动配合的导轨滑块（17），所述直线导轨为双轨道结构，采用T型或燕尾形。
5.根据权利要求1所述的带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床，其特征在于，还包括限位机构，由定位螺钉（2）、螺母（3）、定位座（4）组成，定位座设于安装座的底部，定位螺钉穿设于定位座上并通过螺母与定位座锁紧。
6.根据权利要求1所述的带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床，其特征在于，还包括设于滑座上且位于容置腔两端的后盖板（14）和前盖板（24），滑座与后盖板和前盖板之间设有密封圈（15），密封圈为O型密封圈，活塞的杆部与后盖板之间设有回转密封垫（13）。
7.基于权利要求1-6任一项所述的带在线检测机构的高精度蜗轮加工机床的测量控制系统，包括西门子840Dsl数控伺服系统、计数卡和数据采集卡，所述西门子840Dsl数控伺服系统设有PCU模块、NCU模块、S120模块、SMC模块和ET模块，其特征在于，所述计数卡插入PCU模块的PCI插槽中，用于对工作台圆光栅数据的计数；所述数据采集卡插入PCU模块的PCI插槽中，用于对测量装置（200）数据的采集；所述PCU模块通过以太网与NCU模块通讯连接；所述NCU模块通过SMC模块连接于计数卡；所述NCU模块还通过ET模块对计数卡开关控制总量和机床开关量的输入采集和输出控制；所述NCU模块还通过S120模块对工作台绕C轴转动、大立柱沿X轴滑动、滑板（300）沿Z轴滑动和驱动装置（100）沿X轴进给运动的控制。
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