CN108356614A - 一种工件外圆磨非接触式监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了工件外圆磨非接触式监测装置，属于无心磨床加工技术领域，包括竖直设置的支撑柱，在支撑柱的顶部上下并排设有两个横导向杆，所述两个横导向杆与支撑柱左右滑动连接，在两个横导向杆右端之间固定有支撑底座，在支撑底座上固定有活塞杆竖直向上设置的驱动油缸，在活塞杆的顶部固定有连接架，在连接架的右端固定有竖杆，在竖杆的底端固定有第一气动量仪气测头；在支撑柱上滑动连接有横支撑杆，在横支撑杆的右端固定有用于校准砂轮位置的第二气动量仪气测头；还公开了一种利用如上所述的工件外圆磨非接触式监测装置进行的工件外圆磨非接触式监测方法，提高了修整砂轮后位置的一致性，保证外圆测量的准确度，提高了工件外圆的加工质量。
Description
技术领域
本发明属于无心磨床加工技术领域，特别涉及一种工件外圆磨非接触式监测装置及方法。
背景技术
无心磨床就是应用无心磨削法磨削工件旋转表面的磨床，通常指无心外圆磨床。在无心外圆磨床上，工件不用顶尖定心和支承，而是放在砂轮和导轮之间,由托板和导轮支承。砂轮一般装在主轴端部,宽度大于250毫米的砂轮则装在主轴中部,砂轮最大宽度可达900毫米。砂轮高速旋转进行磨削,导轮则以较慢速度同向旋转，带动工件旋转作圆周进给。无心磨床磨削精度一般为：圆度2微米，尺寸精度4微米，高精度无心磨床可分别达到0.5微米和2微米，同时无心磨床能自动修整和自动补偿。导轮进给导轨为双V型滚针导轮，采用伺服电机进给，能与砂轮修整相互补偿，机床配有自动上下料机构，能进行自动循环磨削，相比传统磨床，大大的提高了工作效率。
目前在无心磨床上对缸套外圆进行加工时主要凭借经验进行加工，主要步骤如下：将缸套放在无心磨床的加工位置上，操作人员凭经验估计需要的加工时间，时间到后将缸套取出来用专门的检测工具进行检定，如果缸套外圆未达到需要的尺寸，将继续加工，操作人员至少分3次缸套外圆磨才能达到合格要求；如果待加工缸套留磨量比较小，第一次就有可能把缸套外圆磨小了，造成残次品。即在缸套外圆的加工过程中操作人员需要反复多次试测加工才能达到合格要求，加工效率低，而且出现残次品的几率较大，造成资源的浪费；同时操作人员不能离开无心磨床，机械化程度低，造成人员的浪费。
发明内容
本发明目的是为解决上述现有技术中存在的问题而提出了一种工件外圆磨非接触式监测装置及方法，应用在大批量磨削套、轴、销等工件；为达到上述目的所采取的技术方案是：
工件外圆磨非接触式监测装置，包括竖直设置的支撑柱，在支撑柱的顶部上下并排设有两个横导向杆，所述两个横导向杆与支撑柱左右滑动连接，在支撑柱上设有用于固定两个横导向杆的第一紧锁机构，在两个横导向杆右端之间固定有支撑底座，在支撑底座上固定有活塞杆竖直向上设置的驱动油缸，在活塞杆的顶部固定有连接架，在连接架的右端固定有竖直设置的竖杆，在竖杆的底端固定有第一气动量仪气测头，第一气动量仪气测头用于监测工件的外圆尺寸变化；在支撑柱上滑动连接有横支撑杆，横支撑杆与支撑柱之间上下滑动连接，在支撑柱上设有用于固定横支撑杆的第二紧锁机构，横支撑杆位于横导向杆的下方且在横支撑杆的右端固定有用于校准砂轮位置的第二气动量仪气测头。
优选的，包括与第一气动量仪气测头连接的第一气动量仪、与第二气动量仪气测头连接的第二气动量仪，所述第一气动量仪和第二气动量仪均为电子式气动量仪，第一气动量仪的信号输出端与无心磨床控制系统的信号输入端连接，第一气动量仪和第二气动量仪的测量结果实时显示在控制台的显示器上。
优选的，在连接架上设有用于竖杆上下方向微调的第一微调机构；在支撑柱上设有用于横支撑杆左右方向微调的第二微调机构。
优选的，所述第一气动量仪气测头通过第一旋转夹具与竖杆底端固定连接，第二气动量仪气测头通过第二旋转夹具与横支撑杆的右端固定连接。
利用如上所述的工件外圆磨非接触式监测装置进行的工件外圆磨非接触式监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：将支撑柱安装在无心磨床上，左右滑动调整两个横导向杆，让第一气动量仪气测头位于待磨削工件中心的正上方；上下移动、转动调整第二气动量仪气测头，让第二气动量仪气测头垂直于砂轮工作区域外圆；
B：将校准用的标准工件放在合金托板上，在合金托板和导轮的支撑作用下将标准工件固定在合金托板上，然后手动操作无心磨床让砂轮以静止状态给进到工作位置压紧标准工件，启动驱动油缸带动第一气动量仪气测头沿着标准工件的径向竖直向下运动，对标准工件的外圆表面进行测量，测量值作为第一气动量仪气测头测量的基准零位；
C：手动操作无心磨床让校准用的砂轮以静止状态给进到工作位置，然后用第二气动量仪气测头对砂轮的外圆进行测量，测量值作为第二气动量仪气测头测量的基准零位；
D：启动驱动油缸带动第一气动量仪气测头沿着标准工件的径向竖直向上运动以让出空间，然后将待磨削工件放在合金托板上，再次启动驱动油缸带动第一气动量仪气测头向下运动到测量范围之内，此时开始对待磨削工件进行外圆磨削，同时第一气动量仪气测头对待磨削工件的外圆尺寸变化进行实时监测，监测到基准零位尺寸时，将此信号传输给无心磨床系统作为砂轮退刀的开关信号，控制砂轮退刀停止磨削，从而完成一个工件外圆的加工；
E：重复步骤D以对批量待磨削工件进行外圆加工；当砂轮出现磨损影响磨削质量时，进入步骤F；
F：将出现磨损的砂轮重新修整，在第二气动量仪气测头的监测下，操作无心磨床将砂轮的工作位置调整在砂轮基准零位处。
优选的，在步骤B中第一气动量仪气测头沿着标准工件的径向竖直向下运动达到测量范围后，再通过第一微调机构进行微调定位，最后通过第一旋转夹具找到最大外圆的拐点。
优选的，在步骤C中用第二气动量仪气测头对砂轮的外圆进行测量中，可以通过第二微调机构进行微调定位，最后通过第二旋转夹具找到最大外圆的拐点。
本发明所具有的有益效果为：（1）采用气动量仪的非接触式方式进行测量，对工件无损伤，保证了工件外圆的清洁度；
（2）第一气动量仪气测头将外圆磨削过程中工件外圆尺寸实时监测，待磨削工件的外圆尺寸达到基准零位尺寸后，控制仪将开关信号传输给无心磨床系统，无心磨床系统控制砂轮退刀停止磨削，达到了一次自动化加工成型的目的，操作工只需更换工件即可，基本不会出现残次品，大大提高了工作效率；
（3）对工件一次成型加工，这样在对外圆加工后的检验测量时，很容易插入气测检具内，这样大大降低了对气测检具的磨损，延长了气测检具的使用寿命；
（4）在砂轮磨损后修整砂轮，采用第二气动量仪气测头对砂轮的工作位置进行测量定位，从而提高了砂轮工作位置的准确度，提高了修整砂轮后位置的一致性，保证外圆测量的准确度，从而提高了工件外圆的加工质量。
基于上述监测装置进行的外圆磨非接触式监测方法，由于采用了上述监测装置，在具有上述优点的基础上，简化了工件外圆加工步骤，对操作员的要求也从技术工变成了熟练工，特别适合大批量工件的外圆加工。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的使用状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1和图2所示，工件外圆磨非接触式监测装置，包括竖直设置的支撑柱8，在支撑柱8的顶部上下并排设有两个横导向杆1，所述两个横导向杆1与支撑柱8左右滑动连接，在支撑柱8上设有用于固定两个横导向杆1的第一紧锁机构，如紧固螺栓等，在两个横导向杆1右端之间固定有支撑底座2，在支撑底座2上固定有活塞杆竖直向上设置的驱动油缸（在内部未示出），在活塞杆的顶部固定有连接架3，在连接架3的右端固定有竖直设置的竖杆4，在竖杆4的底端通过第一旋转夹具固定有第一气动量仪气测头5，第一气动量仪气测头5用于监测工件的外圆尺寸变化；在支撑柱8上滑动连接有横支撑杆7，横支撑杆7与支撑柱8之间上下滑动连接，在支撑柱8上设有用于固定横支撑杆7的第二紧锁机构，横支撑杆7位于横导向杆1的下方且在横支撑杆7的右端通过第二旋转夹具固定有用于校准砂轮9位置的第二气动量仪气测头6。
其中，与第一气动量仪气测头5连接有第一气动量仪、与第二气动量仪气测头6连接有第二气动量仪，所述第一气动量仪和第二气动量仪均为电子式气动量仪，第一气动量仪的信号输出端与无心磨床控制系统的信号输入端连接，第一气动量仪和第二气动量仪的测量结果实时显示在控制台的显示器上。
为了达到对不同型号规格的砂轮都能够进行位置校准，所述横支撑杆7与支撑柱8之间上下滑动连接，在支撑柱8上设有用于固定横支撑杆7的第二紧锁机构，这种滑动连接方式属于现有技术，不再赘述，从而根据砂轮直径大小的变化可以很灵活地调节横支撑杆7的上下位置。
为了达到第一气动量仪气测头5和第二气动量仪气测头6更加准确地测量，在连接架3上设有用于竖杆4上下方向微调的第一微调机构；在支撑柱8上设有用于横支撑杆7左右方向微调的第二微调机构，这种微调机构可以为螺杆螺母方式、齿轮丝杠、燕尾导轨等方式进行。
如图2所示，一种利用如上所述的工件外圆磨非接触式监测装置进行的工件外圆磨非接触式监测方法，包括如下步骤：
A：将支撑柱8安装在无心磨床上，左右滑动调整两个横导向杆1，让第一气动量仪气测头5位于待磨削工件11中心的正上方；上下移动、转动调整第二气动量仪气测头6，让第二气动量仪气测头6垂直于砂轮工作区域外圆；
B：将校准用的标准工件放在合金托板10上，在合金托板10和导轮12的支撑作用下将标准工件固定在合金托板上，然后手动操作无心磨床让砂轮9以静止状态给进到工作位置压紧标准工件，启动驱动油缸带动第一气动量仪气测头5沿着标准工件的径向竖直向下运动，对标准工件的外圆表面进行测量，测量值作为第一气动量仪气测头5测量的基准零位；
C：手动操作无心磨床让校准用的砂轮以静止状态给进到工作位置，然后用第二气动量仪气测头6对砂轮的外圆进行测量，测量值作为第二气动量仪气测头6测量的基准零位；
D：启动驱动油缸带动第一气动量仪气测头5沿着标准工件的径向竖直向上运动以让出空间，然后将待磨削工件11放在合金托板10上，再次启动驱动油缸带动第一气动量仪气测头5向下运动到测量范围之内，此时开始对待磨削工件11进行外圆磨削，同时第一气动量仪气测头对待磨削工件11的外圆尺寸变化进行实时监测，监测到基准零位尺寸时，将此信号传输给无心磨床系统作为砂轮退刀的开关信号，控制砂轮退刀停止磨削，从而完成一个工件外圆的加工；
E：重复步骤D以对批量待磨削工件进行外圆加工；当砂轮出现磨损影响磨削质量时，进入步骤F；
F：将出现磨损的砂轮重新修整，在第二气动量仪气测头6的监测下，操作无心磨床将砂轮的工作位置调整在砂轮基准零位处。
其中，在步骤B中第一气动量仪气测头5沿着标准工件的径向竖直向下运动达到测量范围后，再通过第一微调机构进行微调定位，最后通过第一旋转夹具找到最大外圆的拐点。
在步骤C中用第二气动量仪气测头6对砂轮的外圆进行测量中，可以通过第二微调机构进行微调定位，最后通过第二旋转夹具找到最大外圆的拐点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
Claims (7)
1.工件外圆磨非接触式监测装置，其特征在于，包括竖直设置的支撑柱，在支撑柱的顶部上下并排设有两个横导向杆，所述两个横导向杆与支撑柱左右滑动连接，在支撑柱上设有用于固定两个横导向杆的第一紧锁机构，在两个横导向杆右端之间固定有支撑底座，在支撑底座上固定有活塞杆竖直向上设置的驱动油缸，在活塞杆的顶部固定有连接架，在连接架的右端固定有竖直设置的竖杆，在竖杆的底端固定有第一气动量仪气测头，第一气动量仪气测头用于监测工件的外圆尺寸变化；在支撑柱上滑动连接有横支撑杆，横支撑杆与支撑柱之间上下滑动连接，在支撑柱上设有用于固定横支撑杆的第二紧锁机构，横支撑杆位于横导向杆的下方且在横支撑杆的右端固定有用于校准砂轮位置的第二气动量仪气测头。
2.根据权利要求1所述的工件外圆磨非接触式监测装置，其特征在于，包括与第一气动量仪气测头连接的第一气动量仪、与第二气动量仪气测头连接的第二气动量仪，所述第一气动量仪和第二气动量仪均为电子式气动量仪，第一气动量仪的信号输出端与无心磨床控制系统的信号输入端连接，第一气动量仪和第二气动量仪的测量结果实时显示在控制台的显示器上。
3.根据权利要求2所述的工件外圆磨非接触式监测装置，其特征在于，在连接架上设有用于竖杆上下方向微调的第一微调机构；在支撑柱上设有用于横支撑杆左右方向微调的第二微调机构。
4.根据权利要求1至3任一条所述的工件外圆磨非接触式监测装置，其特征在于，所述第一气动量仪气测头通过第一旋转夹具与竖杆底端固定连接，第二气动量仪气测头通过第二旋转夹具与横支撑杆的右端固定连接。
5.利用如权利要求4所述的工件外圆磨非接触式监测装置进行的工件外圆磨非接触式监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：将支撑柱安装在无心磨床上，左右滑动调整两个横导向杆，让第一气动量仪气测头位于待磨削工件中心的正上方；上下移动、转动调整第二气动量仪气测头，让第二气动量仪气测头垂直于砂轮工作区域外圆；
B：将校准用的标准工件放在合金托板上，在合金托板和导轮的支撑作用下将标准工件固定在合金托板上，然后手动操作无心磨床让砂轮以静止状态给进到工作位置压紧标准工件，启动驱动油缸带动第一气动量仪气测头沿着标准工件的径向竖直向下运动，对标准工件的外圆表面进行测量，测量值作为第一气动量仪气测头测量的基准零位；
C：手动操作无心磨床让修正好的砂轮以静止状态给进到工作位置，然后用第二气动量仪气测头对砂轮的外圆进行测量，测量值作为第二气动量仪气测头测量的基准零位；
D：启动驱动油缸带动第一气动量仪气测头沿着标准工件的径向竖直向上运动以让出空间，然后将待磨削工件放在合金托板上，再次启动驱动油缸带动第一气动量仪气测头向下运动到测量范围之内，此时开始对待磨削工件进行外圆磨削，同时第一气动量仪气测头对待磨削工件的外圆尺寸变化进行实时监测，监测到基准零位尺寸时，将此信号传输给无心磨床系统作为砂轮退刀的开关信号，控制砂轮退刀停止磨削，从而完成一个工件外圆的加工；
E：重复步骤D以对批量待磨削工件进行外圆加工；当砂轮出现磨损影响磨削质量时，进入步骤F；
F：将出现磨损的砂轮重新修整，在第二气动量仪气测头的监测下，操作无心磨床将砂轮的工作位置调整在砂轮基准零位处。
6.根据权利要求5所述的工件外圆磨非接触式监测方法，其特征在于，在步骤B中第一气动量仪气测头沿着标准工件的径向竖直向下运动达到测量范围后，再通过第一微调机构进行微调定位，最后通过第一旋转夹具找到最大外圆的拐点。
7.根据权利要求5或6所述的工件外圆磨非接触式监测方法，其特征在于，在步骤C中用第二气动量仪气测头对砂轮的外圆进行测量中，可以通过第二微调机构进行微调定位，最后通过第二旋转夹具找到最大外圆的拐点。
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