CN112935965A - 一种实时测量磨削压力的平面磨削装置及其压力调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实时测量磨削压力的平面磨削装置及其压力调控方法，包括：纵向移动结构，包括横梁、滑轨电机以及机床架，机床架的顶部凹槽内通过支撑块固定安装有滑轨电机，滑轨电机的滑动块侧壁之间固定连接有横梁；横向移动结构；磨削结构；实时测量结构。本发明的一种实时测量磨削压力的平面磨削装置及其压力调控方法，在不需要破坏工件和砂轮的前提下，利用测力仪可以在磨削的过程中实时测量磨削力的大小，同时，当所测得磨削力大于所标定值，工控机可以控制磨头两侧的液压缸减小砂轮与工件之间的压力，防止磨削力过高造成工艺系统变形，提高大尺度零件的平面磨削加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及磨削加工技术领域，具体涉及一种实时测量磨削压力的平面磨削装置及其压力调控方法。
背景技术
随着先进制造技术的发展，对产品表面质量和精度提出了更高的要求。磨削作为一种重要的精加工和超精密加工方法，在零件制造中发挥着关键作用，其加工质量及稳定性决定着零件的服役性能与产品的可靠性。磨削力是磨削过程中的一个重要的物理量，它直接影响着磨削过程中的各种物理现象，其大小决定了磨削生产率的高低和工件表面是否被烧伤。在对大尺度零件平面磨削时，由于零件尺寸较大，很容易因在零件各个地方磨削力的不同造成零件表面各个地方的表面粗糙度值差异较大，加工精度难以控制。而在现有的研究中，大多数是针对外圆切削的切削力大小的研究，对大尺度零件平面磨削缺少实时测量磨削力并能快速响应的加工装置。因此，对一种实时测量磨削压力的平面磨削装置及其压力调控方法的研究具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种实时测量磨削压力的平面磨削装置及其压力调控方法，在不需要破坏工件和砂轮的前提下，利用所述测力仪可以在磨削的过程中实时测量磨削力的大小。同时，当所测得磨削力大于所标定值，工控机可以控制所述磨头两侧的液压缸减小砂轮与工件之间的压力，防止磨削力过高造成工艺系统变形，提高大尺度零件的平面磨削加工精度。
为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
一种实时测量磨削压力的平面磨削装置，包括：
纵向移动结构，包括横梁、滑轨电机以及机床架，所述机床架的顶部凹槽内通过支撑块固定安装有滑轨电机，所述滑轨电机的滑动块侧壁之间固定连接有横梁；
横向移动结构，包括横移套、丝杆以及丝杆电机，右侧的所述滑轨电机的滑动块通过安装架固定安装有丝杆电机，所述横梁的内壁开设有凹槽，所述横梁的凹槽侧壁通过固定连接的轴承与丝杆转动连接，所述丝杆通过螺纹槽与横移套螺纹连接，且横移套的底部与横梁的凹槽底部贴合滑动连接；
磨削结构，包括带轮电机和磨头，所述带轮电机固定安装在横移套的后端，所述磨头固定安装在横移套的前端，所述带轮电机与磨头的尾部连接；
实时测量结构，包括磨削台、工作台、机床底座、测力仪、机床架、传输导线以及电荷放大器，所述机床底座的顶部摆放有工作台，所述工作台的顶部均匀连接有用于压力检测的测力仪，所述测力仪的顶部与磨削台的底部连接，所述磨削台摆放工件，所述测力仪连接有传输导线，所述传输导线与电荷放大器连接。
进一步地，所述测力仪为两组相同的Y0°型单元晶组，一组所述Y0°型单元晶组测量横向荷载，另一组所述Y0°型单元晶组测量纵向荷载，所述Y0°型单元晶组包括两组相同的Y0°型石英晶片和一组金属电极片，所述Y0°型石英晶片对装组成，且金属电极片位于Y0°型石英晶片之间。
进一步地，所述Y0°型石英晶片同旋向的对装安装，Y0°型石英晶片的最大灵敏度方向X轴在一条直线上且方向相差180°，所述Y0°型单元晶组的最大灵敏度方向成90°直角。
进一步地，所述测力仪的空隙中填充高阻绝缘胶。
进一步地，所述磨头包括磨头主轴、花键套、电机带轮、法兰盘、磨头架、液压缸、螺柱连接块、套筒、液压缸连接板、磨头主轴连接盘、砂轮连接盘、挡板、砂轮、砂轮固定块和双头螺柱，所述磨头主轴的顶部固定连接有花键套，所述磨头主轴通过花键套固定连接有电机带轮，所述电机带轮的底部固定连接有法兰盘，所述法兰盘的底部固定连接有磨头架，所述磨头架的两端均固定连接有液压缸，所述液压缸的伸缩端底部固定连接有液压缸连接板，所述磨头架与横移套固定连接，所述磨头架通过固定连接的轴承与法兰盘转动连接，所述磨头架的前后两端均固定连接有螺柱连接块，所述螺柱连接块通过设置的限位螺母与双头螺柱螺纹连接，所述双头螺柱的底部贯穿螺柱连接块后与液压缸连接板连接，所述液压缸连接板内固定安装有套筒，所述套筒与磨头主轴连接，所述磨头主轴底部固定连接有磨头主轴连接盘，所述磨头主轴连接盘通过螺栓与磨头主轴连接盘固定连接，所述砂轮连接盘通过螺栓连接有砂轮固定块，所述砂轮固定块底部通过均匀开设的燕尾槽与砂轮插接，且砂轮固定块的顶部通过螺纹连接的螺栓与砂轮的顶部固定连接，所述砂轮环形阵列排布，所述砂轮固定块在砂轮外侧处固定连接有挡板。
进一步地，所述带轮电机的输出端固定连接有皮带轮，所述带轮电机连接的皮带轮活动连接有皮带，所述带轮电机通过活动连接的皮带与电机带轮活动连接，实现带动磨头主轴转动。
进一步地，所述液压缸连接板固定连接的螺纹套与双头螺柱的底部螺纹连接。
进一步地，所述套筒套接在所述磨头主轴外，所述套筒通过滚动轴承与所述磨头主轴活动连接。
进一步地，左右两侧所述滑轨电机的驱动方向一致。
实时测量磨削压力的平面磨削装置的压力调控方法，压力调控方法具体如下：
步骤一、纵向移动结构的滑轨电机驱动滑动块移动，滑轨电机通过滑动块带动磨头在工件上进行纵向移动，然后横向移动的丝杆电机带动丝杆转动，丝杆驱动横移套移动，横移套带动磨头在工件进行横向移动，实现对大尺度工件表面全方位磨削；
步骤二、磨头移动时多组测力仪进行压力检测，并通过传输导线将电信号传输于电荷放大器，再经数据采集卡将信号传输于工控机，当所测得磨削力大于所标定值，工控机可以控制磨头两侧的液压缸的伸缩端向上移动，液压缸带动砂轮移动，控制砂轮与工件之间的压力低于标定值。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的一种实时测量磨削压力的平面磨削装置，通过纵向移动结构的滑轨电机驱动滑动块移动，滑轨电机通过滑动块带动磨头在工件上进行纵向移动，然后横向移动的丝杆电机带动丝杆转动，丝杆驱动横移套移动，横移套带动磨头在工件进行横向移动，实现对大尺度工件表面全方位磨削。
(2)本发明的一种实时测量磨削压力的平面磨削装置的压力调控方法，在不需要破坏工件和砂轮的前提下，利用测力仪可以在磨削的过程中实时测量磨削力的大小，同时，当所测得磨削力大于所标定值，工控机可以控制所述磨头两侧的液压缸减小砂轮与工件之间的压力，防止磨削力过高造成工艺系统变形，提高大尺度零件的平面磨削加工精度。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1所示为本发明整体结构图；
图2所示为本发明实施例二的磨削装置结构图；
图3所示为本发明实施例二的磨削装置结构仰视图；
图4所示为本发明实施例三的测力仪结构图；
图5所示为本发明实施例三的测力仪剖视图；
图6所示为本发明实施例三的测力仪连接结构图。
图中附图标记：
1.带轮电机 2.横移套 3.横梁 4.滑轨电机 5.丝杆 6.磨头 7.磨削台 8.工作台9.机床底座 10.测力仪 11.机床架 12.传输导线 13.电荷放大器 14.丝杆电机 61.磨头主轴 62.花键套 63.电机带轮 64.螺柱连接块 65.套筒 66.液压缸连接板 67.法兰盘68.磨头架 69.液压缸 610.磨头主轴连接盘 611.砂轮连接盘 612.挡板 613.砂轮 614.砂轮固定块 615.双头螺柱 101.Y0°型单元晶组 1011.Y0°型石英晶片 1012.金属电极片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例一
如图1所示，一种实时测量磨削压力的平面磨削装置，包括：纵向移动结构、横向移动结构、磨削结构和实时测量结构；
纵向移动结构，包括横梁3、滑轨电机4以及机床架11，机床架11的顶部凹槽内通过支撑块固定安装有滑轨电机4，滑轨电机4的滑动块侧壁之间固定连接有横梁3，左右两侧滑轨电机4的驱动方向一致；
横向移动结构，包括横移套2、丝杆5以及丝杆电机14，右侧的滑轨电机 4的滑动块通过安装架固定安装有丝杆电机14，横梁3的内壁开设有凹槽，横梁3的凹槽侧壁通过固定连接的轴承与丝杆5转动连接，丝杆5通过螺纹槽与横移套2螺纹连接，且横移套2的底部与横梁3的凹槽底部贴合滑动连接；
磨削结构，包括带轮电机1和磨头6，带轮电机1固定安装在横移套2的后端，磨头6固定安装在横移套2的前端，带轮电机1与磨头6的尾部连接；
实时测量结构，包括磨削台7、工作台8、机床底座9、测力仪10、机床架11、传输导线12以及电荷放大器13，机床底座9的顶部摆放有工作台8，工作台8的顶部均匀连接有用于压力检测的测力仪10，测力仪10的顶部与磨削台7的底部连接，磨削台7摆放工件，测力仪10连接有传输导线12，传输导线12与电荷放大器13连接；
纵向移动结构的滑轨电机4驱动滑动块移动，滑轨电机4通过滑动块带动磨头6在工件上进行纵向移动，然后横向移动的丝杆电机14带动丝杆5转动，丝杆5驱动横移套2移动，横移套2带动磨头6在工件进行横向移动，实现对大尺度工件表面全方位磨削。
实施例二
如图2-3所示，磨头6包括磨头主轴61、花键套62、电机带轮63、法兰盘67、磨头架68、液压缸69、螺柱连接块64、套筒65、液压缸连接板66、磨头主轴连接盘610、砂轮连接盘611、挡板612、砂轮613、砂轮固定块614 和双头螺柱615，磨头主轴61的顶部固定连接有花键套62，磨头主轴61通过花键套62固定连接有电机带轮63，电机带轮63的底部固定连接有法兰盘67，法兰盘67的底部固定连接有磨头架68，磨头架68的两端均固定连接有液压缸69，液压缸69的伸缩端底部固定连接有液压缸连接板66，磨头架68与横移套 2固定连接，磨头架68通过固定连接的轴承与法兰盘67转动连接，磨头架68 的前后两端均固定连接有螺柱连接块64，螺柱连接块64通过设置的限位螺母与双头螺柱615螺纹连接，双头螺柱615的底部贯穿螺柱连接块64后与液压缸连接板66连接，液压缸连接板66内固定安装有套筒65，套筒65与磨头主轴61连接，磨头主轴61底部固定连接有磨头主轴连接盘610，磨头主轴连接盘610通过螺栓与磨头主轴连接盘610固定连接，砂轮连接盘611通过螺栓连接有砂轮固定块614，砂轮固定块614底部通过均匀开设的燕尾槽与砂轮613 插接，且砂轮固定块614的顶部通过螺纹连接的螺栓与砂轮613的顶部固定连接，砂轮613环形阵列排布，砂轮固定块614在砂轮613外侧处固定连接有挡板612，带轮电机1的输出端固定连接有皮带轮，带轮电机1连接的皮带轮活动连接有皮带，带轮电机1通过活动连接的皮带与电机带轮63活动连接，实现带动磨头主轴61转动，液压缸连接板66固定连接的螺纹套与双头螺柱615 的底部螺纹连接，套筒65套接在磨头主轴61外，套筒65通过滚动轴承与磨头主轴61活动连接，便于调节砂轮613的高度，根据实时监测压力进行调节位置，保证了磨削压力处于正常范围；
实施例三
如图4-6所示，测力仪10为两组相同的Y0°型单元晶组101，一组Y0°型单元晶组101测量横向荷载，另一组Y0°型单元晶组101测量纵向荷载，Y0°型单元晶组101包括两组相同的Y0°型石英晶片1011和一组金属电极片 1012，Y0°型石英晶片1011对装组成，且金属电极片1012位于Y0°型石英晶片1011之间，Y0°型石英晶片1011同旋向的对装安装，Y0°型石英晶片 1011的最大灵敏度方向X轴在一条直线上且方向相差180°，Y0°型单元晶组101的最大灵敏度方向成90°直角，测力仪10的空隙中填充高阻绝缘胶，在不需要破坏工件和砂轮的前提下，利用测力仪10可以在磨削的过程中实时测量磨削力的大小，实时掌握磨削力。
实时测量磨削压力的平面磨削装置的压力调控方法，压力调控方法具体如下：
步骤一、纵向移动结构的滑轨电机4驱动滑动块移动，滑轨电机4通过滑动块带动磨头6在工件上进行纵向移动，然后横向移动的丝杆电机14带动丝杆5转动，丝杆5驱动横移套2移动，横移套2带动磨头6在工件进行横向移动，实现对大尺度工件表面全方位磨削；
步骤二、磨头6移动时多组测力仪10进行压力检测，并通过传输导线12 将电信号传输于电荷放大器13，在不需要破坏工件和砂轮的前提下，利用测力仪10可以在磨削的过程中实时测量磨削力的大小，再经数据采集卡将信号传输于工控机，当所测得磨削力大于所标定值，工控机可以控制磨头6两侧的液压缸69的伸缩端向上移动，液压缸69带动砂轮613移动，控制砂轮613与工件之间的压力低于标定值，防止磨削力过高造成工艺系统变形，提高大尺度零件的平面磨削加工精度。
以上仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种实时测量磨削压力的平面磨削装置，其特征在于，包括：
纵向移动结构，包括横梁(3)、滑轨电机(4)以及机床架(11)，所述机床架(11)的顶部凹槽内通过支撑块固定安装有滑轨电机(4)，所述滑轨电机(4)的滑动块侧壁之间固定连接有横梁(3)；
横向移动结构，包括横移套(2)、丝杆(5)以及丝杆电机(14)，右侧的所述滑轨电机(4)的滑动块通过安装架固定安装有丝杆电机(14)，所述横梁(3)的内壁开设有凹槽，所述横梁(3)的凹槽侧壁通过固定连接的轴承与丝杆(5)转动连接，所述丝杆(5)通过螺纹槽与横移套(2)螺纹连接，且横移套(2)的底部与横梁(3)的凹槽底部贴合滑动连接；
磨削结构，包括带轮电机(1)和磨头(6)，所述带轮电机(1)固定安装在横移套(2)的后端，所述磨头(6)固定安装在横移套(2)的前端，所述带轮电机(1)与磨头(6)的尾部连接；
实时测量结构，包括磨削台(7)、工作台(8)、机床底座(9)、测力仪(10)、机床架(11)、传输导线(12)以及电荷放大器(13)，所述机床底座(9)的顶部摆放有工作台(8)，所述工作台(8)的顶部均匀连接有用于压力检测的测力仪(10)，所述测力仪(10)的顶部与磨削台(7)的底部连接，所述磨削台(7)摆放工件，所述测力仪(10)连接有传输导线(12)，所述传输导线(12)与电荷放大器(13)连接。
2.根据权利要求1所述的实时测量磨削压力的平面磨削装置，其特征在于，所述测力仪(10)为两组相同的Y0°型单元晶组(101)，一组所述Y0°型单元晶组(101)测量横向荷载，另一组所述Y0°型单元晶组(101)测量纵向荷载，所述Y0°型单元晶组(101)包括两组相同的Y0°型石英晶片(1011)和一组金属电极片(1012)，所述Y0°型石英晶片(1011)对装组成，且金属电极片(1012)位于Y0°型石英晶片(1011)之间。
3.根据权利要求2所述的实时测量磨削压力的平面磨削装置，其特征在于，所述Y0°型石英晶片(1011)同旋向的对装安装，Y0°型石英晶片(1011)的最大灵敏度方向X轴在一条直线上且方向相差180°，所述Y0°型单元晶组(101)的最大灵敏度方向成90°直角。
4.根据权利要求2所述的实时测量磨削压力的平面磨削装置，其特征在于，所述测力仪(10)的空隙中填充高阻绝缘胶。
5.根据权利要求1所述的实时测量磨削压力的平面磨削装置，其特征在于，所述磨头(6)包括磨头主轴(61)、花键套(62)、电机带轮(63)、法兰盘(67)、磨头架(68)、液压缸(69)、螺柱连接块(64)、套筒(65)、液压缸连接板(66)、磨头主轴连接盘(610)、砂轮连接盘(611)、挡板(612)、砂轮(613)、砂轮固定块(614)和双头螺柱(615)，所述磨头主轴(61)的顶部固定连接有花键套(62)，所述磨头主轴(61)通过花键套(62)固定连接有电机带轮(63)，所述电机带轮(63)的底部固定连接有法兰盘(67)，所述法兰盘(67)的底部固定连接有磨头架(68)，所述磨头架(68)的两端均固定连接有液压缸(69)，所述液压缸(69)的伸缩端底部固定连接有液压缸连接板(66)，所述磨头架(68)与横移套(2)固定连接，所述磨头架(68)通过固定连接的轴承与法兰盘(67)转动连接，所述磨头架(68)的前后两端均固定连接有螺柱连接块(64)，所述螺柱连接块(64)通过设置的限位螺母与双头螺柱(615)螺纹连接，所述双头螺柱(615)的底部贯穿螺柱连接块(64)后与液压缸连接板(66)连接，所述液压缸连接板(66)内固定安装有套筒(65)，所述套筒(65)与磨头主轴(61)连接，所述磨头主轴(61)底部固定连接有磨头主轴连接盘(610)，所述磨头主轴连接盘(610)通过螺栓与磨头主轴连接盘(610)固定连接，所述砂轮连接盘(611)通过螺栓连接有砂轮固定块(614)，所述砂轮固定块(614)底部通过均匀开设的燕尾槽与砂轮(613)插接，且砂轮固定块(614)的顶部通过螺纹连接的螺栓与砂轮(613)的顶部固定连接，所述砂轮(613)环形阵列排布，所述砂轮固定块(614)在砂轮(613)外侧处固定连接有挡板(612)。
6.根据权利要求5所述的实时测量磨削压力的平面磨削装置，其特征在于，所述带轮电机(1)的输出端固定连接有皮带轮，所述带轮电机(1)连接的皮带轮活动连接有皮带，所述带轮电机(1)通过活动连接的皮带与电机带轮(63)活动连接，实现带动磨头主轴(61)转动。
7.根据权利要求5所述的实时测量磨削压力的平面磨削装置，其特征在于，所述液压缸连接板(66)固定连接的螺纹套与双头螺柱(615)的底部螺纹连接。
8.根据权利要求5所述的实时测量磨削压力的平面磨削装置，其特征在于，所述套筒(65)套接在所述磨头主轴(61)外，所述套筒(65)通过滚动轴承与所述磨头主轴(61)活动连接。
9.根据权利要求1所述的实时测量磨削压力的平面磨削装置，其特征在于，左右两侧所述滑轨电机(4)的驱动方向一致。
10.根据权利要求1-9任一所述的实时测量磨削压力的平面磨削装置的压力调控方法，其特征在于，压力调控方法具体如下：
步骤一、纵向移动结构的滑轨电机(4)驱动滑动块移动，滑轨电机(4)通过滑动块带动磨头(6)在工件上进行纵向移动，然后横向移动的丝杆电机(14)带动丝杆(5)转动，丝杆(5)驱动横移套(2)移动，横移套(2)带动磨头(6)在工件进行横向移动，实现对大尺度工件表面全方位磨削；
步骤二、磨头(6)移动时多组测力仪(10)进行压力检测，并通过传输导线(12)将电信号传输于电荷放大器(13)，再经数据采集卡将信号传输于工控机，当所测得磨削力大于所标定值，工控机可以控制磨头(6)两侧的液压缸(69)的伸缩端向上移动，液压缸(69)带动砂轮(613)移动，控制砂轮(613)与工件之间的压力低于标定值。
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