CN110549188B - 基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化方法及及应用该方法的自动化去毛刺系统，由伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床完成阀芯自动装夹和工作棱边的同步精密磨削与去毛刺，通过工业上下料机器人来抓取并运送阀芯工件，在视觉CCD工业相机检测辅助下完成伺服阀滑副自动装配，由电液伺服阀计算机气动配磨测试台进行伺服阀滑副自动装夹和伺服阀叠合量自动检测，系统工控操作台实现系统完整工作流程实时控制及加工参量自适应控制。本发明实现伺服阀芯同步磨削去毛刺加工和叠合量检测的自动化和一体化，具有无需人工辅助加工、加工效率高、制造精度高、成品率高等优点；系统单元功能分工明确，组装和调试灵活，柔性化程度高，适合与实际伺服阀工业生产线相结合。

Description

基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化方法及系统

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工制造领域的技术，具体是一种基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化方法及应用该方法的自动化去毛刺系统。

背景技术

电液伺服阀在液压伺服系统中得到了广泛的应用，其中的伺服阀阀芯主要采用精密外圆磨床进行磨削加工，阀芯加工最后一道工序为靠磨(端面磨削)工作边，紧接着手工去毛刺，这种传统工艺存在工作边加工效率低下、手工去毛刺过程易破坏工作边完整性、工件报废率高等问题。同时，目前也有一些其他相关的工件去毛刺新型技术，比如数控去毛刺系统、基于机器人的去毛刺工作站等，大都是采用新型自动化设备替代传统磨床设备并取代人工完成工件的毛刺去除全过程，在一定程度上提升了去毛刺工艺的效率；但针对伺服阀芯的毛刺去除工艺，其未能同时结合对工件产品性能指标的检测与反馈，因而不适用于高精度伺服阀产品批量化加工的工业生产线，存在较大的应用局限性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化方法及及应用该方法的自动化去毛刺系统，采用伺服阀芯工件同步磨削去毛刺专用磨床和工业上下料机器人，结合电液伺服阀计算机气动配磨测试台，实现了伺服阀芯同步磨削去毛刺加工和叠合量检测的自动化和一体化，具有无需人工辅助加工、加工效率高、制造精度高、成品率高等优点；系统单元功能分工明确，组装和调试灵活，柔性化程度高，适合与实际伺服阀工业生产线相结合。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化加工方法，由伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床完成阀芯自动装夹和工作棱边的同步精密磨削与去毛刺，通过工业上下料机器人来抓取并运送阀芯工件，在视觉CCD工业相机检测辅助下完成伺服阀滑副自动装配，由电液伺服阀计算机气动配磨测试台进行伺服阀滑副自动装夹和伺服阀叠合量自动检测，系统工控操作台实现系统完整工作流程实时控制及加工参量自适应控制。

所述的伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床中集成有：阀芯工件自动装夹机构、工件装夹检测系统、阀芯磨削加工系统和阀芯自动去毛刺系统，该伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床在同一设备上实现伺服阀芯的同步磨削加工和自动化去毛刺，能够配合外部工业机器人进行阀芯工件的自动装夹，并检测装夹过程是否完成，反馈输出装夹完成信号。

所述的阀芯自动装夹是指：机器人抓取待加工工件运送至同步磨削去毛刺磨床卡爪处，磨床上的自动装夹机构打开卡爪并卡紧阀芯工件，机构自动闭合稳定装夹阀芯工件，工件装夹检测系统检测到工件装夹到位后向系统工控操作台输出工件装夹完成信号。

所述的阀芯工件工作棱边的同步精密磨削与去毛刺是指：伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床工作，驱动阀芯工件旋转，阀芯磨削加工系统对阀芯工件进行轴向靠磨；同时，阀芯自动去毛刺系统对阀芯工件进行径向进给的去毛刺加工。

所述的伺服阀滑副自动装配是指：机器人抓取阀芯工件至电液伺服阀计算机气动配磨测试台的伺服阀自动装夹机构处，移动工件靠近伺服阀自动装夹机构所夹持的阀套，同时机构位置上方的视觉CCD工业相机实时检测机器人末端工件位姿，将位姿数据传输至系统工控操作台，系统软件根据预标定的装配所需的位姿数据，控制工业机器人调节末端位姿以达到工件装配要求，进而机器人末端控制阀芯进行轴向运动从而完成伺服阀滑副完全装配。

所述的电液伺服阀计算机气动配磨测试台中集成有：伺服阀叠合量检测系统、伺服阀自动装夹机构、叠合量数据处理专用计算机，该电液伺服阀计算机气动配磨测试台能够配合外部工业机器人实现阀芯-阀套滑副的自动装配，实现伺服阀的自动装夹，检测伺服阀叠合量并初步处理所测数据，而后将其输出。

所述的伺服阀滑副自动装夹是指：在上述的伺服阀滑副自动装配过程中，当视觉CCD工业相机检测到阀芯工件位姿与阀套一致即装配完成后，系统工控操作台进行工作流程控制，控制电液伺服阀计算机气动配磨测试台的伺服阀自动装夹机构行使功能，进行伺服阀整体装夹到位。

所述的伺服阀叠合量自动检测是指：伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床的伺服阀叠合量检测系统对伺服阀滑副进行叠合量自动检测，同时与叠合量数据处理专用计算机实时通信，由叠合量数据处理专用计算机处理原始测量数据，输出测试结果数据至系统工控操作台。

所述的系统工控操作台包括：中央控制模块以及分别与之相连的磨床控制模块、机器人控制模块、测试台控制模块和视觉检测模块，其中：磨床控制模块与伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床相连并监测磨床工作状态、传输磨床工作控制信号，机器人控制模块与上下料工业机器人相连并监测机器人工作状态传输机器人运动控制信号，测试台控制模块与电液伺服阀计算机气动配磨测试台相连并监测测试台工作状态、传输测试台工作控制信号，视觉检测模块与视觉CCD工业相机相联并监测伺服阀滑副装配时工件位姿信号，具有面向用户的工作流程操作面板和控制接口的中央控制模块处理来自其他模块的状态数据得到系统实时工作流程控制指令数据。

所述的系统完整工作流程实时控制及加工参量自适应控制是指：系统软件判断当前阀芯与配磨测试台所组成的伺服阀叠合量是否能达到预设要求，若未达到，根据工件当前所测得的叠合量数据进行处理运算，确定出下一次磨削加工所需的进给量，而后机器人运送阀芯至磨床，再次进行同步磨削与自动去毛刺加工工序流程；若已达到预设要求，自动装夹机构打开，协同机器人卸下已加工工件，完成本工件加工作业，可进行下一件待加工工件的磨削与去毛刺加工。

本发明涉及一种基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化加工系统，包括：系统工控操作台和分别与之相连的伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床、工业上下料机器人、电液伺服阀计算机气动配磨测试台和视觉CCD工业相机，其中：伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床输出阀芯实时加工状态信号并接收工作流程控制信号，工业上下料机器人输出工件运送过程中机器人末端实时位置信号并接收工作流程控制信号，电液伺服阀计算机气动配磨测试台输出伺服阀叠合量检测数据并接收工作流程控制信号，视觉CCD工业相机输出所测得工件实时位姿数据并接收工作流程控制信号；由系统工控操作台接收来自其他各工作单元的工作状态信号与测量数据并处理，再按照既定工作流程输出各工作单元的工作流程控制信号，根据传感系统的反馈信号数据进行处理从而调整加工参量，实现同步磨削去毛刺和叠合量检测工作过程中对各系统单元的实时通信与控制，以及加工参量自适应控制。

技术效果

与现有技术相比，本发明基于对电液伺服阀批量生产所需要的一系列制造设备的集成化应用，根据工艺过程需求对工作模块进行合理改进，能够实现电液伺服阀阀芯同步磨削加工、去毛刺加工和叠合量检测的自动化和一体化，提高阀芯工件加工效率和成品率；阀芯工件制造过程自动化水平高，无需人工辅助加工，降低了产品制造的人力成本，提高了制造过程的安全性和可靠性；系统单元分工明确，组装调试灵活，柔性化程度高，适用于工业大批量伺服阀生产线。

附图说明

图1为本发明阀芯同步磨削去毛刺一体化加工系统示意图；

图2为本发明阀芯同步磨削去毛刺一体化加工方法流程图。

具体实施方式

本实施例主要针对有高精度工作棱边要求的伺服阀芯工件进行同步磨削去毛刺，同时需进行叠合量检测，具体为伺服阀阀芯工作边磨削和微小毛刺去除并自动检测、输出伺服阀叠合量数据等工作流程的一体化实现。

如图1所示，为本实施例涉及一种基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化系统，包括：伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床、工业上下料机器人、电液伺服阀计算机气动配磨测试台、视觉CCD工业相机和系统工控操作台，其中：系统工控操作台与伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床、工业上下料机器人、电液伺服阀计算机气动配磨测试台、视觉CCD工业相机等系统单元之间有电气连接，实现同步磨削去毛刺和叠合量检测过程中对各系统工作单元的实时通信和控制，及加工参量自适应控制。

所述的伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床结构中集成：阀芯磨削加工系统、阀芯工件自动装夹机构和工件装夹检测系统，该阀芯自动去毛刺系统能够在此单一设备上实现伺服阀芯的同步磨削加工和自动化去毛刺，能够配合外部工业机器人进行阀芯工件的自动装夹，并检测装夹过程是否完成，反馈输出装夹完成信号至系统工控操作台，同时接收工作控制信号。

所述的阀芯磨削加工系统包括：用于支撑工件磨头架和磨尾架、用于驱动磨削工件的砂轮及用于磨削进给的砂轮架，其中：磨头架和磨尾架上对应设有用于夹紧固定工件卡盘和顶尖。

所述的阀芯工件自动装夹机构包括：滚珠丝杠滑台、伺服电机、电机驱动及控制器，其中：滚珠丝杠滑台与阀芯磨削加工系统的磨尾架相连，由电机驱动及控制器控制伺服电机输出角位移和转矩，进而驱动滚珠丝杠滑台沿工件轴向运动，控制磨尾架整体的传动，实现磨头架与磨尾架相互配合，夹紧工件；电机驱动及控制器与系统工控操作台相连以实现电机拖动控制。

所述的工件装夹检测系统包括：嵌入式压力传感器和嵌入式控制器，其中：嵌入式压力传感器设置于滚珠丝杠滑台与磨床的磨尾架之间的机械连接处内部，测量进行工件夹紧工作时磨尾架所受压力值并输出所测模拟量至嵌入式控制器；嵌入式控制器将压力模拟量转换为数字量存储经初步数据处理并输出至系统工控操作台。

所述的工业上下料机器人与系统工控操作台电气连接以反馈输出机器人运动及末端位置信号至系统工控操作台的同时接收工作控制信号。

所述的电液伺服阀计算机气动配磨测试台的结构中集成：伺服阀叠合量检测系统、伺服阀自动装夹机构和叠合量数据处理专用计算机，该电液伺服阀计算机气动配磨测试台能够配合外部工业机器人实现阀芯-阀套滑副的自动装配，实现伺服阀的自动装夹，检测伺服阀叠合量并初步处理所测数据，而后将其输出。

所述的视觉CCD工业相机与系统工控操作台电气连接以反馈输出伺服阀滑副装配时机器人末端的工件位姿数据至系统工控操作台。

所述的系统工控操作台包括：磨床控制模块、机器人控制模块、测试台控制模块、视觉检测模块以及中央控制模块，其中：磨床控制模块与伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床相连并监测磨床工作状态、传输磨床工作控制信号，机器人控制模块与上下料工业机器人相连并监测机器人工作状态传输机器人运动控制信号，测试台控制模块与电液伺服阀计算机气动配磨测试台相连并监测测试台工作状态、传输测试台工作控制信号，视觉检测模块与视觉CCD工业相机相联并监测伺服阀滑副装配时工件位姿信号，中央控制模块处理其他模块的状态数据得到系统实时工作流程控制指令数据，并提供给用户相应的工作流程操作面板和控制接口。

如图2所示，本实施例涉及上述系统的一种基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化加工方法，包括以下步骤：

步骤1)磨床自动装夹工件：系统工控操作台的机器人控制模块与上下料机器人进行实时通信，机器人抓取待加工阀芯工件，放置工件至阀芯同步磨削去毛刺磨床的工件自动装夹系统处。阀芯同步磨削去毛刺磨床的工件装夹检测系统检测到工件放置到位后，系统工控操作台的磨床控制模块与阀芯同步磨削去毛刺磨床进行实时通信，阀芯工件自动装夹机构行使其功能，稳定装夹工件；

步骤2)阀芯同步磨削和棱边去除毛刺：工件装夹稳定后，阀芯同步磨削去毛刺磨床的阀芯磨削加工系统和阀芯自动去毛刺系统开始运行，磨床加工设备自动靠磨工件端面，进行轴向配磨，同时去毛刺系统进行棱边毛刺去除。同时，系统工控操作台的磨床控制模块与阀芯同步磨削去毛刺磨床进行实时通信，当加工结束时，系统工控操作台对阀芯同步磨削去毛刺磨床进行工作流程控制，阀芯磨削加工系统停止运转，自动去毛刺系统的工作部件退回至其工作原点，工件自动装夹机构自动打开；

步骤3)工件转移至电液伺服阀计算机气动配磨测试台：系统工控操作台的机器人控制模块与上下料工业机器人进行实时通信，机器人从磨床夹具上抓取工件，转移工件至电液伺服阀计算机气动配磨测试台的伺服阀滑副自动装配系统相应位置处，准备进行伺服阀滑副的装配；

步骤4)伺服阀滑副自动装配与装夹：视觉CCD工业相机自动检测机器人末端工件实时位姿数据，并传输至系统工控操作台的视觉检测模块，视觉检测模块与系统软件模块进行数据信息交换，系统软件根据预先标定的阀芯装配所需的位姿数据，处理得到工件位姿补偿量。同时机器人控制模块与上下料工业机器人进行实时通信，控制工业机器人调节末端位姿以达到工件滑副装配要求；进而机器人末端控制阀芯轴向运动完成阀套-阀芯滑副装配，而后伺服阀自动装夹机构行使其功能，以准备进行叠合量检测；

步骤5)伺服阀叠合量自动检测、加工流程与参数自适应控制：伺服阀计算机气动配磨测试台进行伺服阀叠合量检测，完成后输出检测数据至系统工控操作台的测试台控制模块，测试台控制模块与系统软件模块进行数据信息交换，系统软件判断当前滑阀配磨叠合量是否达到预设要求，若未达到，根据当前叠合量数据确定下一轮磨削加工的进给量。机器人运送阀芯至磨床，再次进行以上工序流程；若达到要求，工件自动装夹机构打开，协同机器人卸下已加工工件，完成本工件加工作业，可进行下一待加工工件的去毛刺加工，工作流程再次循环以上步骤。

本实施例针对电液伺服阀阀芯的自动化生产工艺过程，基于阀芯同步磨削去毛刺专用磨床，结合伺服阀计算机气动配磨测试台，通过工业上下料机器人运送工件，实现了伺服阀芯同步磨削去毛刺工艺过程和伺服阀产品叠合量检测过程的自动化和一体化；有效克服了现有工艺、技术方法的不足，取代了传统的人工辅助，降低了人力成本，有效提升了阀芯的加工效率和成品率；同时，系统设备之间相对独立，功能明确，具有很高的柔性化和智能化，适用于现代高精度伺服阀批量化加工生产线。

本实施例采用试验材料为440C不锈钢棒料，工件直径10mm，工件径向跳动0.18μm；磨床加工时，进给速度8μm/s，工件转速180rpm；加工件数为100件。对本次试验的100个试样全部进行检测后，结果表明，全部符合工作边保持直角锐边无毛刺的加工要求，去毛刺后工作边残余毛刺高度约为0.5μm左右，废品率为0。与现有技术相比，本方法的性能指标提升在于：相对于传统人力手工加工，工件加工效率提升了83％，成品率提升至99％以上。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种基于叠合量检测的阀芯同步磨削去毛刺一体化加工方法，其特征在于，由伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床完成阀芯自动装夹和工作棱边的同步精密磨削与去毛刺，通过工业上下料机器人来抓取并运送阀芯工件，在视觉CCD工业相机检测辅助下完成伺服阀滑副自动装配，由电液伺服阀计算机气动配磨测试台进行伺服阀滑副自动装夹和伺服阀叠合量自动检测，系统工控操作台实现系统完整工作流程实时控制及加工参量自适应控制；

所述的伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床中集成有：阀芯工件自动装夹机构、工件装夹检测系统、阀芯磨削加工系统和阀芯自动去毛刺系统，该伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床在同一设备上实现伺服阀芯的同步磨削加工和自动化去毛刺，能够配合外部工业机器人进行阀芯工件的自动装夹，并检测装夹过程是否完成，反馈输出装夹完成信号；

所述的阀芯自动装夹是指：机器人抓取待加工工件运送至同步磨削去毛刺磨床卡爪处，磨床上的自动装夹机构打开卡爪并卡紧阀芯工件，机构自动闭合稳定装夹阀芯工件，工件装夹检测系统检测到工件装夹到位后向系统工控操作台输出工件装夹完成信号；

所述的阀芯工件工作棱边的同步精密磨削与去毛刺是指：伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床工作，驱动阀芯工件旋转，阀芯磨削加工系统对阀芯工件进行轴向靠磨；同时，阀芯自动去毛刺系统对阀芯工件进行径向进给的去毛刺加工；

所述的伺服阀滑副自动装配是指：机器人抓取阀芯工件至电液伺服阀计算机气动配磨测试台的伺服阀自动装夹机构处，移动工件靠近伺服阀自动装夹机构所夹持的阀套，同时机构位置上方的视觉CCD工业相机实时检测机器人末端工件位姿，将位姿数据传输至系统工控操作台，系统软件根据预标定的装配所需的位姿数据，控制工业机器人调节末端位姿以达到工件装配要求，进而机器人末端控制阀芯进行轴向运动从而完成伺服阀滑副完全装配；

所述的电液伺服阀计算机气动配磨测试台中集成有：伺服阀叠合量检测系统、伺服阀自动装夹机构、叠合量数据处理专用计算机，该电液伺服阀计算机气动配磨测试台能够配合外部工业机器人实现阀芯-阀套滑副的自动装配，实现伺服阀的自动装夹，检测伺服阀叠合量并初步处理所测数据，而后将其输出；

所述的伺服阀滑副自动装夹是指：在上述的伺服阀滑副自动装配过程中，当视觉CCD工业相机检测到阀芯工件位姿与阀套一致即装配完成后，系统工控操作台进行工作流程控制，控制电液伺服阀计算机气动配磨测试台的伺服阀自动装夹机构行使功能，进行伺服阀整体装夹到位；

所述的伺服阀叠合量自动检测是指：伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床的伺服阀叠合量检测系统对伺服阀滑副进行叠合量自动检测，同时与叠合量数据处理专用计算机实时通信，由叠合量数据处理专用计算机处理原始测量数据，输出测试结果数据至系统工控操作台；

所述的系统工控操作台包括：中央控制模块以及分别与之相连的磨床控制模块、机器人控制模块、测试台控制模块和视觉检测模块，其中：磨床控制模块与伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床相连并监测磨床工作状态、传输磨床工作控制信号，机器人控制模块与上下料工业机器人相连并监测机器人工作状态传输机器人运动控制信号，测试台控制模块与电液伺服阀计算机气动配磨测试台相连并监测测试台工作状态、传输测试台工作控制信号，视觉检测模块与视觉CCD工业相机相联并监测伺服阀滑副装配时工件位姿信号，具有面向用户的工作流程操作面板和控制接口的中央控制模块处理来自其他模块的状态数据得到系统实时工作流程控制指令数据；

所述的系统完整工作流程实时控制及加工参量自适应控制是指：系统软件判断当前阀芯与配磨测试台所组成的伺服阀叠合量是否能达到预设要求，若未达到，根据工件当前所测得的叠合量数据进行处理运算，确定出下一次磨削加工所需的进给量，而后机器人运送阀芯至磨床，再次进行同步磨削与自动去毛刺加工工序流程；若已达到预设要求，自动装夹机构打开，协同机器人卸下已加工工件，完成本工件加工作业，可进行下一件待加工工件的磨削与去毛刺加工。

2.一种实现权利要求1所述方法的阀芯同步磨削去毛刺一体化加工系统，其特征在于，包括：系统工控操作台和分别与之相连的伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床、工业上下料机器人、电液伺服阀计算机气动配磨测试台和视觉CCD工业相机，其中：伺服阀芯同步磨削去毛刺磨床输出阀芯实时加工状态信号并接收工作流程控制信号，工业上下料机器人输出工件运送过程中机器人末端实时位置信号并接收工作流程控制信号，电液伺服阀计算机气动配磨测试台输出伺服阀叠合量检测数据并接收工作流程控制信号，视觉CCD工业相机输出所测得工件实时位姿数据并接收工作流程控制信号；由系统工控操作台接收来自其他各工作单元的工作状态信号与测量数据并处理，再按照既定工作流程输出各工作单元的工作流程控制信号，根据传感系统的反馈信号数据进行处理从而调整加工参量，实现同步磨削去毛刺和叠合量检测工作过程中对各系统单元的实时通信与控制，以及加工参量自适应控制。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的工业上下料机器人与系统工控操作台电气连接以反馈输出机器人运动及末端位置信号至系统工控操作台的同时接收工作控制信号；

所述的视觉CCD工业相机与系统工控操作台电气连接以反馈输出伺服阀滑副装配时机器人末端的工件位姿数据至系统工控操作台。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的阀芯磨削加工系统包括：用于支撑工件磨头架和磨尾架、用于驱动磨削工件的砂轮及用于磨削进给的砂轮架，其中：磨头架和磨尾架上对应设有用于夹紧固定工件卡盘和顶尖。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的阀芯工件自动装夹机构包括：滚珠丝杠滑台、伺服电机、电机驱动及控制器，其中：滚珠丝杠滑台与阀芯磨削加工系统的磨尾架相连，由电机驱动及控制器控制伺服电机输出角位移和转矩，进而驱动滚珠丝杠滑台沿工件轴向运动，控制磨尾架整体的传动，实现磨头架与磨尾架相互配合，夹紧工件；电机驱动及控制器与系统工控操作台相连以实现电机拖动控制。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的工件装夹检测系统包括：嵌入式压力传感器和嵌入式控制器，其中：嵌入式压力传感器设置于滚珠丝杠滑台与磨床的磨尾架之间的机械连接处内部，测量进行工件夹紧工作时磨尾架所受压力值并输出所测模拟量至嵌入式控制器；嵌入式控制器将压力模拟量转换为数字量存储经初步数据处理并输出至系统工控操作台。

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