CN113211209B - 一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置及对刀方法 - Google Patents
一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置及对刀方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113211209B CN113211209B CN202110468081.8A CN202110468081A CN113211209B CN 113211209 B CN113211209 B CN 113211209B CN 202110468081 A CN202110468081 A CN 202110468081A CN 113211209 B CN113211209 B CN 113211209B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grinding head
- grinding
- grinding wheel
- connecting plate
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000227 grinding Methods 0.000 title claims abstract description 201
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 14
- 230000009191 jumping Effects 0.000 claims description 13
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001651 emery Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 8
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 26
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 26
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 26
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
- B24B7/10—Single-purpose machines or devices
- B24B7/16—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
- B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
- B23Q15/22—Control or regulation of position of tool or workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
- B24B47/22—Equipment for exact control of the position of the grinding tool or work at the start of the grinding operation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
- B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
Abstract
本发明涉及一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置及对刀方法，基于砂轮与待加工工件在接触过程中产生的振动对光学反射成像产生影响的原理，将固定出射角的激光斜射入砂轮磨头外侧的平面反射镜组中，通过激光的多次反射将砂轮与待加工工件接触产生的振动放大，再由外部光屏上的感光元件接收多次反射后的激光，根据接收信号的位置区域的变化，来判断砂轮是否已全面接触工件，完成端面磨削砂轮初始自动对刀。本申请能够及时发现磨削过程中突变的物理量，具有精度高、响应速度快的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置及对刀方法，属于磨削加工领域。
背景技术
随着当今制造业的发展，对于磨削加工精度的要求越来越高。对刀是确定磨削起点即磨削深度为零位置的工作，对刀的精度对于整个磨削的精度有着巨大的影响。传统的磨削对刀主要依靠人工看火花、听声音等，这些方法效率低、精度差且严重依赖操作人员的技术经验，很多时候无法满足当下的加工需求。
近几年涌现了许多自动对刀的新方法，例如检测主轴功率、检测声发射信号等，这些方法主要着眼于检测砂轮与工件接触瞬间磨削系统中某些物理量的改变，它们精度好，效率高。而在激光对刀领域，很少涉及实时检测突变量的，例如公开号为CN208246415U的专利运用类似光电开关的原理对刀具位置进行校准；再例如公开号为CN201815922U的专利使用激光投影法测量刀具参数，由此生成对刀参数，等等。它们虽然在很大程度上实现了自动化和较高的精度，但难以克服刀具实际运动过程中产生的误差，同时它们的设计多基于车刀，难以应用于砂轮，尤其是端面磨削砂轮，所以，就激光对刀而言，为提高端面磨削对刀精度，亟需一种可以通过实时检测磨削过程中的突变物理量来进行自动对刀的装置及方法。
发明内容
本发明提供一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置及对刀方法，基于砂轮与待加工工件在接触过程中产生的振动对光学反射成像产生影响的原理，及时发现磨削过程中突变的物理量，实现端面磨削砂轮的初始自动对刀。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置，包括对刀系统、磨头、导轨以及横梁组，横梁组包括平行布设的两个横梁，分别为第一横梁和第二横梁，且两个横梁均可滑行安装在导轨上；对刀系统包括投射接收装置和反射装置，投射接收装置通过第一滑台安装在第一横梁上，磨头通过第二滑台安装在第二横梁上，且反射装置安装在靠近磨头底部的位置，反射装置与投射接收装置相对匹配布设；
前述的投射接收装置包括固定在第一滑台上的减震台，在减震台台面上并列布设光屏和激光器；
反射装置包括固定在靠近磨头底部的气缸联接板，气缸联接板呈圆形状设置，在气缸联接板板面沿着圆周边分布至少两面平面反射镜，每面平面反射镜可旋转，激光器发射激光至其中一面平面反射镜上，形成入射光线，入射光线通过若干平面反射镜后形成出射光线至光屏上，且入射光线与出射光线平行；
作为本发明的进一步优选，每面平面反射镜均通过旋转装置实现在气缸联接板位置上的旋转，前述的旋转装置包括第一滚动轴承、第一套筒、推力球轴承、第一垫圈、弹簧垫圈、联轴器以及第一电机，在气缸联接板安装平面反射镜的位置开设轴承孔，平面反射镜镜面的底端为旋转轴，第一套筒的一端由气缸联接板底面嵌入轴承孔内，旋转轴由气缸联接板表面穿设第一套筒，旋转轴与轴承孔接触位置安装第一滚动轴承，实现旋转轴定位；
第一套筒伸出轴承孔的另一端套设第一垫圈，在第一垫圈与气缸联接板底面之间的第一套筒部分安装推力球轴承，旋转轴穿设第一套筒后伸出轴承孔的端部顺次套设第一垫圈、弹簧垫圈，同时在旋转轴端部套设压紧螺母实现锁紧；
第一电机安装在电机固定套筒内部封闭端位置，电机固定套筒的开口端固定在气缸联接板的底面，同时前述的旋转装置均置于电机固定套筒内，第一电机的电机轴通过联轴器与旋转轴的端部固定连接，联轴器通过紧定螺钉实现与第一电机电机轴的固定；
作为本发明的进一步优选，平面反射镜设置三面，将气缸联接板的板面通过分隔线均匀分成两部分，分隔线穿过板面圆心，且与第一横梁平行，三面平面反射镜的初始位置均布设在气缸联接板远离第一横梁的部分， 沿着气缸联接板板面圆周两两之间形成60度夹角进行等距分布；
初始状态下，匹配激光器的平面反射镜接收的入射光线与第一横梁垂直，匹配光屏的平面反射镜发出的出射光线同样与第一横梁垂直；
激光器启动后，出射光线在光屏上形成光斑，以光屏的中心作为圆心，定义接触振动区，实际运行时，光斑跳动形成的区域为基础振动区，且基础振动区的直径小于接触振动区的直径；
作为本发明的进一步优选，前述的磨头包括主轴、磨头主轴联接盘、中间联接盘（221）、从动带轮以及主动轮，在气缸联接板的中心开设气缸联接板孔，磨头主轴联接盘的中心开设联接盘孔，主轴顺次垂直穿设气缸联接板孔、联接盘孔，且气缸联接板与磨头主轴联接盘平行设置，磨头主轴联接盘的底面中心通过导管与中间联接盘（221）表面中心固定；
在主轴靠近气缸联接板的部分套设第二套筒，即第二套筒的底端通过第二滚动轴承固定在气缸联接板板面，主轴上还套设磨头架，磨头架靠近底端的部分与第二套筒靠近顶端的部分重合，且重合部分为磨头架套设在第二套筒外部；
在磨头架顶端的主轴上套设花键套，法兰盘通过螺钉固定在磨头架顶端，法兰盘与磨头架接触部分布设挡圈，花键套与法兰盘之间通过第二滚动轴承连接，从动带轮通过圆螺母套设在花键套的外部，圆螺母与花键套之间嵌设第二垫圈，在从动带轮与花键套外壁接触位置安装平键；
磨头架的外部对称安装两个气缸，每个气缸的顶端通过气缸支架与磨头架固定连接，气缸的推杆端垂直固定在气缸联接板板面；
在磨头架的外壁上垂直壁面安装导向支架，导向双头螺柱的底端穿过导向支架垂直固定在气缸联接板上，在磨头架的外壁上还垂直壁面插设导向螺钉，导向螺钉的端部与导向双头螺柱的顶端相对设置；
磨头还包括磨头座，其包括底座和支杆，支杆垂直穿设底座中心，且在支杆的两端分别设置螺纹，中间联接盘与磨头主轴联接盘平行布设，支杆的两端通过螺纹分别与中间联接盘、磨头主轴联接盘连接，同时在支杆的顶端通过弹簧座与磨头主轴联接盘垂直连接，在磨头座的支杆上还套设弹簧；
在中间联接盘的底面固定砂轮固定盘，砂轮固定盘上开设若干燕尾槽，燕尾槽内安装砂轮块；
磨头架固定在第二滑台相对第一滑台的一侧，在第二滑台的另一侧固定第二电机，第二电机的电机轴上套设主动轮，且主动轮通过圆螺母与第二电机固定，从动带轮与主动轮均高于第二滑台，且两者位于同一平面，通过皮带传动；
作为本发明的进一步优选，沿着中间联接盘的底面四周环设护板；
作为本发明的进一步优选，平面反射镜由钢整体制成，在旋转轴端部布设螺纹段，螺纹段上套设压紧螺母实现锁紧；
平面反射镜的镜面精磨后镀设Al或Ag反射膜；
作为本发明的进一步优选，激光器的激光发射功率为400mW-1400mW，波长为500nm-600nm，光束直径为0.5mm-1mm；
平面反射镜的中心点与光屏之间的距离为1000mm-2000mm；
一种基于任一所述的端面磨削砂轮初始自动对刀装置的对刀方法，具体包括以下步骤：
第一步，以第一横梁的端部为坐标系原点建立三维坐标系，第一横梁位于y轴正方向，第二横梁位于y轴正方向与x轴负方向形成的空间内，且第二横梁可以沿着x轴负方向移动，从而带动第二滑台在x轴负方向滑移，第二滑台同时可以在第二横梁上沿着y轴正方向移动；
第二步，将待加工工件安装在工作台上，调整磨头的砂轮块位置，设定磨头在三维坐标系内x轴方向以及y轴方向的磨削起点；
第三步，调节气缸，将砂轮固定盘向z轴负方向下降，直至砂轮块端面距离待加工工件表面10mm；
第四步，启动激光器，入射光线经过三面平面反射镜反射后，出射光线在光屏上形成光斑，由于运动和平面反射镜角度的误差，初始光斑未处于光屏中心位置，此时启动第一电机，调整每台第一电机匹配的平面反射镜角度，将光斑置于光屏中心；
第五步，启动第二电机，将砂轮固定盘的转速达到1000r/min，由于砂轮块对待加工工件进行磨削会产生振动，此时位于光屏上的光斑跳动，记录设定转速下光斑跳动的幅度，跳动幅度形成的最大半径设定为基础振动区；
第六步，控制气缸，调整砂轮固定盘在z轴上的位置，实时监测光斑在光屏上的位置，若光斑跳动幅度发生突变，或者跳动幅度进入预先定义的接触振动区，此时记录砂轮块在z轴上的位置，或者将此位置定义为z轴方向的磨削起点，接着控制气缸，将砂轮固定盘向z轴正方向抬起，重复第四步步骤，经过多次重复调整，将光斑再次重新置于光屏中心，完成对刀操作，继续进行磨削处理。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的装置通过检测对刀接触时振动的突变，能够实时检测到磨削过程中的突变物理量，及时消除刀具在运动过程中产生的误差，精度高，响应速度快；
2、本发明提供的对刀装置的检测原理可以在车削、铣削等多种机加工类型中均可使用，具有广泛的应用前景；
3、本发明提供的对刀装置对整个磨削过程实时检测，通过磨削砂轮的振动情况，可以作为判断磨削砂轮是否磨钝的辅助手段。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明提供的优选实施例关于端面磨削砂轮激光初始自动对刀装置的总体结构示意图；
图2是本发明提供的优选实施例关于对刀系统的结构示意图；
图3是本发明提供的优选实施例关于平面反射镜的安装结构剖视图；
图4是本发明提供的优选实施例关于平面反射镜的整体结构示意图；
图5是本发明提供的优选实施例中关于激光光路原理图；
图6是本发明提供的优选实施例中关于光屏的示意图；
图7是本发明提供的优选实施例中关于磨头结构的剖视图；
图8是本发明提供的优选实施例中关于磨头的结构示意图；
图9是本发明提供的优选实施例中关于磨头座与弹簧座的结构关系示意图；
图10是本发明提供的优选实施例中关于磨头座的结构示意图；
图11是本发明提供的优选实施例中关于砂轮块的安装示意图。
图中：1为对刀系统，11为平面反射镜，12为第一滚动轴承，13为第一套筒，14为推力球轴承，15为第一垫圈，16为弹簧垫圈，17为联轴器，18为紧定螺钉，19为第一电机，110为电机固定套筒，111为激光器，112为光屏，113为减震台，114为第一滑台，115为压紧螺母，116为镜面，117为旋转轴，2为磨头，21为主轴，22为花键套，23为从动带轮，24为圆螺母，25为第二垫圈，26为平键，27为法兰盘，28为第二滚动轴承，29为挡圈，210为磨头架，211为第二套筒，212为导向螺钉，213为导向双头螺柱，214为导向支架，215为气缸联接板，216为磨头主轴联接盘，217为磨头座，218为导管，219为弹簧，220为弹簧座，221为中间联接盘，222为护板，223为砂轮固定盘，224为砂轮块，225为气缸，226为气缸支架，227为主动轮，228为皮带，229为第二电机，230为第二滑台，231为平面反射镜组，3为导轨，41为第一横梁，42为第二横梁，5为燕尾槽，6为接触振动区，7为光斑，8为基础振动区，9为光路。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
现有技术中，关于激光对刀的装置，大都难以克服刀具实际运动过程中产生的误差，同时它们的设计多基于车刀，难以应用于砂轮，尤其是端面磨削砂轮；基于此，本申请旨在提供一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置，其主要原理是利用砂轮与待磨削工件接触产生的振动对光学反射成像的影响，将固定出射角的激光斜射入位于磨头部分的放大光路中，通过激光的多次反射将砂轮与待磨削工件接触产生的振动放大，再经过外部的光屏通过感光元件接收多次反射后的激光，根据接收信号的位置区域的变化，来判断磨削砂轮是否已全面接触工件，进而调整完成端面磨削砂轮的初始自动对刀。
具体的，本申请给出了一种优选实施例，如图1所示，整体来说本申请的自动对刀装置包括四个部分，对刀系统1、磨头2、导轨3以及横梁组，横梁组包括平行布设的两个横梁，分别为第一横梁41和第二横梁42，且两个横梁均可滑行安装在导轨上；将对刀系统分成两个部分，投射接收装置和反射装置，投射接收装置通过第一滑台114安装在第一横梁上，磨头通过第二滑台230安装在第二横梁上，且反射装置安装在靠近磨头底部的位置，反射装置与投射接收装置相对匹配布设；投射接收装置进行激光发射，通过反射装置的反射，形成光路9最终回到投射接收装置处；
我们先从对刀系统进行具体阐述，首先是投射接收装置，图2所示，其包括固定在第一滑台上的减震台113，在减震台台面上并列布设光屏112和激光器111；减震台自带减震效果，可以保持光屏以及激光器的稳固，保证对刀过程中的精确度。
图2还可以看出，反射装置包括固定在靠近磨头底部的气缸联接板215，气缸联接板呈圆形状设置，在气缸联接板板面沿着圆周边分布平面反射镜组231，至少两面平面反射镜11，每面平面反射镜可旋转，激光器发射激光至其中一面平面反射镜上，形成入射光线，入射光线通过若干平面反射镜后形成出射光线至光屏上，为了保证感光元件监测信号的准确性，对至少两面平面反射镜的排布仅需保证入射光线与出射光线平行即可；
因为在对刀过程中，需要对平面反射镜的位置进行在地旋转调整，本申请给出了一种优选实施例，即每面平面反射镜均通过旋转装置实现在气缸联接板位置上的旋转，优选的，图3所示，旋转装置包括第一滚动轴承12、第一套筒13、推力球轴承14、第一垫圈15、弹簧垫圈16、联轴器17以及第一电机19，在气缸联接板安装平面反射镜的位置开设轴承孔，图4可以看出平面反射镜包括镜面116以及镜面底端为旋转轴117，第一套筒的一端由气缸联接板底面嵌入轴承孔内，旋转轴由气缸联接板表面穿设第一套筒，旋转轴与轴承孔接触位置安装第一滚动轴承，实现旋转轴定位；
同时，第一套筒伸出轴承孔的另一端套设第一垫圈，在第一垫圈与气缸联接板底面之间的第一套筒部分安装推力球轴承，旋转轴穿设第一套筒后伸出轴承孔的端部顺次套设第一垫圈、弹簧垫圈，同时在旋转轴端部套设压紧螺母115实现锁紧；
第一电机安装在电机固定套筒110内部封闭端位置，电机固定套筒的开口端固定在气缸联接板的底面，同时前述的旋转装置均置于电机固定套筒内，第一电机的电机轴通过联轴器与旋转轴的端部固定连接，联轴器通过紧定螺钉18实现与第一电机电机轴的固定；启动第一电机，第一电机的电机轴即刻旋转，通过联轴器、第一套筒的连带作用，即可实现平面反射镜旋转轴的转动，最终实现镜面的旋转，达到位置调整的目的；当平面反射镜的位置调整到预定位置时，只需旋紧压紧螺母，为了保证压紧螺母的限位效果，在旋转轴端部布设螺纹段，压紧螺母旋设在螺纹段。
前述申请人也有提到，至于平面反射镜的个数，仅需保证入射光线与出射光线平行即可，这是考虑到光屏的摆放位置以及测量的方便，那么本申请给出了一个经过试验后较优的选择，图2的示意图中可以看出，平面反射镜设置三面，将气缸联接板的板面通过分隔线均匀分成两部分，分隔线穿过板面圆心，且与第一横梁平行，三面平面反射镜的初始位置均布设在气缸联接板远离第一横梁的部分， 沿着气缸联接板板面圆周两两之间形成60度夹角进行等距分布；
图5是激光器发出激光后产生的光路原理图，初始状态下，匹配激光器的平面反射镜接收的光路即入射光线与第一横梁垂直，匹配光屏的平面反射镜发出的出射光线同样与第一横梁垂直；
激光器启动后，出射光线在光屏上形成光斑7，即图6给出的光屏示意图，以光屏的中心作为圆心，定义接触振动区6，实际运行时，光斑跳动形成的区域为基础振动区8，且基础振动区的直径小于接触振动区的直径，这里的基础振动区以及接触振动区直径均为大致估算，具体的数值还是需要在对刀时进行实际测量；这里需要重点说明的是，如果按照理论推导，激光器发出的入射光线经过平面反射镜反射后出现的出射光线投射在光屏上，其光斑应该是位于整个光屏的中心位置的，这是因为理论上，激光器中心与光屏中心等高，那么光斑应与光屏中心重合，但是实际由于运动或者平面反射镜角度等各种误差，光斑可能并不处在光屏中心，那么就需要启动第一电机，即前述关于旋转装置使用的过程，完成平面反射镜的调整，即为调零过程。
上述阐明的是本申请最重要的部分，就是对刀系统，但是对刀系统最基础的依赖是磨头，只有当磨头对待磨削工件进行实际磨削时，才能通过对刀系统实现对刀操作，本申请同样给出了磨头的一个优选实施例，可以与对刀系统进行紧密配合，形成自动对刀装置；图7-图8即为磨头的结构，具体的，磨头包括主轴21、磨头主轴联接盘216、中间联接盘221、从动带轮23以及主动轮227，在气缸联接板的中心开设气缸联接板孔，磨头主轴联接盘的中心开设联接盘孔，主轴顺次垂直穿设气缸联接板孔、联接盘孔，且气缸联接板与磨头主轴联接盘平行设置，磨头主轴联接盘的底面中心通过导管218与中间联接盘（221）表面中心固定；在主轴靠近气缸联接板的部分套设第二套筒211，即第二套筒的底端通过第二滚动轴承28固定在气缸联接板板面，主轴上还套设磨头架210，磨头架靠近底端的部分与第二套筒靠近顶端的部分重合，且重合部分为磨头架套设在第二套筒外部；在磨头架顶端的主轴上套设花键套22，法兰盘27通过螺钉固定在磨头架顶端，法兰盘27与磨头架210接触部分布设挡圈29，花键套与法兰盘之间通过第二滚动轴承连接，从动带轮通过圆螺母24套设在花键套的外部，圆螺母与花键套之间嵌设第二垫圈25，在从动带轮与花键套外壁接触位置安装平键26；磨头架的外部对称安装两个气缸225，每个气缸的顶端通过气缸支架226与磨头架固定连接，气缸的推杆端垂直固定在气缸联接板板面；
气缸的启动，可以满足对下面提到的砂轮位置的调整，但是在实际调整过程中，调整距离需要实时把控，因此本申请在磨头架的外壁上垂直壁面安装导向支架214，导向双头螺柱213的底端穿过导向支架垂直固定在气缸联接板上，在磨头架的外壁上还垂直壁面插设导向螺钉212，导向螺钉的端部与导向双头螺柱的顶端相对设置；
磨头还包括磨头座217，图10所示，其包括底座和支杆，支杆垂直穿设底座中心，且在支杆的两端分别设置螺纹，中间联接盘与磨头主轴联接盘平行布设，支杆的两端通过螺纹分别与中间联接盘、磨头主轴联接盘连接，同时图9所示，在支杆的顶端通过弹簧座220与磨头主轴联接盘垂直连接，在磨头座的支杆上还套设弹簧219；图11所示，在中间联接盘的底面固定砂轮固定盘223，砂轮固定盘上开设若干燕尾槽5，燕尾槽内安装砂轮块224；前述启动气缸，即可实现气缸联接板的上下移动，最终实现砂轮块的上下移动，满足相对待磨削工件的加工距离；
磨头架固定在第二滑台相对第一滑台的一侧，在第二滑台的另一侧固定第二电机229，第二电机的电机轴上套设主动轮，且主动轮通过圆螺母与第二电机固定，从动带轮与主动轮均高于第二滑台，且两者位于同一平面，通过皮带228传动，启动第二电机，主动轮转动，主动轮通过皮带将动力传递给从动带轮，从动带轮再将动力通过平键传递给花键套，完成一系列的动力传递。
砂轮块的个数按照实际需求可匹配设置，在其磨削过程中，为了保护磨头座等部件，沿着中间联接盘的底面四周环设护板222。
在本申请中，为了进一步保证平面反射镜的反射效果，要求镀膜对激光波长具有良好的反射率，平面反射镜的镜面精磨后镀设Al或Ag反射膜。激光器发射的激光也做了限定，其激光发射功率为400mW-1400mW，波长为500nm-600nm，光束直径为0.5mm-1mm；平面反射镜的中心点与光屏之间的距离为1000mm-2000mm。
接着，本申请基于上述阐述的关于自动对刀装置的优选实施例，给出了相应的对刀方法，为了方便描述，本申请以三维坐标的形式来限定各部件的位置以及运行方向，以第一横梁的端部为坐标系原点建立三维坐标系，第一横梁位于y轴正方向，第二横梁位于y轴正方向与x轴负方向形成的空间内，且第二横梁可以沿着x轴负方向移动，从而带动第二滑台在x轴负方向滑移，第二滑台同时可以在第二横梁上沿着y轴正方向移动；这里回到本申请的初始部分，关于导轨以及横梁组的设定，其目的是为了将待加工工件安装在工作台上后，调整磨头的砂轮块位置，设定磨头在三维坐标系内x轴方向以及y轴方向的磨削起点；
设定好磨削起点后，调节气缸，将砂轮固定盘向z轴负方向下降，直至砂轮块端面距离待加工工件表面10mm，即使砂轮快速到达工作位置附近，同时需要保证平面反射镜处于激光光路上；
前序工作做完后，进行调零工作，启动激光器，入射光线经过三面平面反射镜反射后，出射光线在光屏上形成光斑，由于运动和平面反射镜角度的误差，初始光斑未处于光屏中心位置，此时启动第一电机，调整每台第一电机匹配的平面反射镜角度，将光斑置于光屏中心；
正式进行磨削时，启动第二电机，将砂轮固定盘的转速达到1000r/min，由于砂轮块对待加工工件进行磨削会产生振动，此时位于光屏上的光斑跳动，记录设定转速下光斑跳动的幅度，跳动幅度形成的最大半径设定为基础振动区；
控制气缸，调整砂轮固定盘在z轴上的位置，实时监测光斑在光屏上的位置，若光斑跳动幅度发生突变，或者跳动幅度进入预先定义的接触振动区，这里需要设定接触振动区是因为针对不同的磨削加工需求，接触振动区的范围也是不同的，此时记录砂轮块在z轴上的位置，或者将此位置定义为z轴方向的磨削起点，接着控制气缸，将砂轮固定盘向z轴正方向抬起，重复第四步步骤，经过多次重复调整，将光斑再次重新置于光屏中心，完成对刀操作，继续进行磨削处理。
在整个磨削过程中，第一滑台可以不跟着磨头在y轴方向上进行移动，此时激光器是关闭的，也可以跟随磨头进行运动，此时激光器打开，实时检测砂轮的振动，及时发现振动的异常，也可作为判定是否磨钝的标准。
综上可知，本申请可以通过实时检测磨削过程中的突变物理量，来实现自动对刀，以及提高对刀的精确度，从而更优的适用于端面磨削砂轮。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置，其特征在于：包括对刀系统（1）、磨头（2）、导轨（3）以及横梁组，横梁组包括平行布设的两个横梁，分别为第一横梁（41）和第二横梁（42），且两个横梁均可滑行安装在导轨上；对刀系统（1）包括投射接收装置和反射装置，投射接收装置通过第一滑台（114）安装在第一横梁上，磨头通过第二滑台（230）安装在第二横梁上，且反射装置安装在靠近磨头（2）底部的位置，反射装置与投射接收装置相对匹配布设；
前述的投射接收装置包括固定在第一滑台（114）上的减震台（113），在减震台（113）台面上并列布设光屏（112）和激光器（111）；
反射装置包括固定在靠近磨头（2）底部的气缸联接板（215），气缸联接板（215）呈圆形状设置，在气缸联接板（215）板面沿着圆周边分布至少两面平面反射镜（11），每面平面反射镜（11）可旋转，激光器（111）发射激光至其中一面平面反射镜（11）上，形成入射光线，入射光线通过若干平面反射镜（11）后形成出射光线至光屏（112）上，且入射光线与出射光线平行。
2.根据权利要求1所述的端面磨削砂轮初始自动对刀装置，其特征在于：每面平面反射镜均通过旋转装置实现在气缸联接板（215）位置上的旋转，前述的旋转装置包括第一滚动轴承（12）、第一套筒（13）、推力球轴承（14）、第一垫圈（15）、弹簧垫圈（16）、联轴器（17）以及第一电机（19），在气缸联接板（215）安装平面反射镜（11）的位置开设轴承孔，平面反射镜镜面（116）的底端为旋转轴，第一套筒（13）的一端由气缸联接板（215）底面嵌入轴承孔内，旋转轴由气缸联接板（215）表面穿设第一套筒，旋转轴与轴承孔接触位置安装第一滚动轴承（12），实现旋转轴定位；
第一套筒（13）伸出轴承孔的另一端套设第一垫圈（15），在第一垫圈与气缸联接板底面（215）之间的第一套筒（13）部分安装推力球轴承（14），旋转轴穿设第一套筒后伸出轴承孔的端部顺次套设第一垫圈（15）、弹簧垫圈（16），同时在旋转轴端部套设压紧螺母（115）实现锁紧；
第一电机（19）安装在电机固定套筒（110）内部封闭端位置，电机固定套筒（110）的开口端固定在气缸联接板（215）的底面，同时前述的旋转装置均置于电机固定套筒（110）内，第一电机（19）的电机轴通过联轴器（17）与旋转轴的端部固定连接，联轴器通过紧定螺钉（18）实现与第一电机（19）电机轴的固定。
3.根据权利要求2所述的端面磨削砂轮初始自动对刀装置，其特征在于：平面反射镜（11）设置三面，将气缸联接板（215）的板面通过分隔线均匀分成两部分，分隔线穿过板面圆心，且与第一横梁（41）平行，三面平面反射镜（11）的初始位置均布设在气缸联接板（215）远离第一横梁（41）的部分， 沿着气缸联接板（215）板面圆周两两之间形成60度夹角进行等距分布；
初始状态下，匹配激光器（111）的平面反射镜（11）接收的入射光线与第一横梁（41）垂直，匹配光屏（112）的平面反射镜（11）发出的出射光线同样与第一横梁（41）垂直；
激光器（111）启动后，出射光线在光屏（112）上形成光斑（7），以光屏（112）的中心作为圆心，定义接触振动区（6），实际运行时，光斑（7）跳动形成的区域为基础振动区（8），且基础振动区（8）的直径小于接触振动区（6）的直径。
4.根据权利要求2所述的端面磨削砂轮初始自动对刀装置，其特征在于：前述的磨头（2）包括主轴（21）、磨头主轴联接盘（216）、中间联接盘（221）、从动带轮（23）以及主动轮（227），在气缸联接板（215）的中心开设气缸联接板孔，磨头主轴联接盘（216）的中心开设联接盘孔，主轴（21）顺次垂直穿设气缸联接板孔、联接盘孔，且气缸联接板（215）与磨头主轴联接盘（216）平行设置，磨头主轴联接盘（216）的底面中心通过导管（218）与中间联接盘（221）表面中心固定；
在主轴（21）靠近气缸联接板（215）的部分套设第二套筒（211），即第二套筒（211）的底端通过第二滚动轴承（28）固定在气缸联接板（215）板面，主轴（21）上还套设磨头架（210），磨头架（210）靠近底端的部分与第二套筒（211）靠近顶端的部分重合，且重合部分为磨头架（210）套设在第二套筒（211）外部；
在磨头架（210）顶端的主轴（21）上套设花键套（22），法兰盘（27）通过螺钉固定在磨头架（210）顶端，法兰盘（27）与磨头架（210）接触部分布设挡圈（29），花键套（22）与法兰盘（27）之间通过第二滚动轴承（28）连接，从动带轮（23）通过圆螺母（24）套设在花键套（22）的外部，圆螺母（24）与花键套（22）之间嵌设第二垫圈（25），在从动带轮（23）与花键套（22）外壁接触位置安装平键（26）；
磨头架（210）的外部对称安装两个气缸（225），每个气缸（225）的顶端通过气缸支架（226）与磨头架（210）固定连接，气缸（225）的推杆端垂直固定在气缸联接板（215）板面；
在磨头架（210）的外壁上垂直壁面安装导向支架（214），导向双头螺柱（213）的底端穿过导向支架（214）垂直固定在气缸联接板（215）上，在磨头架（210）的外壁上还垂直壁面插设导向螺钉（212），导向螺钉（212）的端部与导向双头螺柱（213）的顶端相对设置；
磨头（2）还包括磨头座（217），其包括底座和支杆，支杆垂直穿设底座中心，且在支杆的两端分别设置螺纹，中间联接盘（221）与磨头主轴联接盘（216）平行布设，支杆的两端通过螺纹分别与中间联接盘（221）、磨头主轴联接盘（216）连接，同时在支杆的顶端通过弹簧座（220）与磨头主轴联接盘（216）垂直连接，在磨头座（217）的支杆上还套设弹簧（219）；
在中间联接盘（221）的底面固定砂轮固定盘（223），砂轮固定盘（223）上开设若干燕尾槽（5），燕尾槽（5）内安装砂轮块（224）；
磨头架（210）固定在第二滑台（230）相对第一滑台（114）的一侧，在第二滑台（230）的另一侧固定第二电机（229），第二电机（229）的电机轴上套设主动轮（227），且主动轮（227）通过圆螺母（24）与第二电机（229）固定，从动带轮（23）与主动轮（227）均高于第二滑台（230），且两者位于同一平面，通过皮带（228）传动。
5.根据权利要求4所述的端面磨削砂轮初始自动对刀装置，其特征在于：沿着中间联接盘（221）的底面四周环设护板（222）。
6.根据权利要求2所述的端面磨削砂轮初始自动对刀装置，其特征在于：平面反射镜（11）由钢整体制成，在旋转轴（117）端部布设螺纹段，螺纹段上套设压紧螺母（115）实现锁紧；
平面反射镜（11）的镜面（116）精磨后镀设Al或Ag反射膜。
7.根据权利要求2所述的端面磨削砂轮初始自动对刀装置，其特征在于：激光器（111）的激光发射功率为400mW-1400mW，波长为500nm-600nm，光束直径为0.5mm-1mm；
平面反射镜（11）的中心点与光屏（112）之间的距离为1000mm-2000mm。
8.一种基于权利要求1至权利要求7任一权利要求所述的端面磨削砂轮初始自动对刀装置的对刀方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
第一步，以第一横梁（41）的端部为坐标系原点建立三维坐标系，第一横梁（41）位于y轴正方向，第二横梁（42）位于y轴正方向与x轴负方向形成的空间内，且第二横梁（42）可以沿着x轴负方向移动，从而带动第二滑台（230）在x轴负方向滑移，第二滑台（230）同时可以在第二横梁（42）上沿着y轴正方向移动；
第二步，将待加工工件安装在工作台上，调整磨头（2）的砂轮块（224）位置，设定磨头（2）在三维坐标系内x轴方向以及y轴方向的磨削起点；
第三步，调节气缸（225），将砂轮固定盘（223）向z轴负方向下降，直至砂轮块（224）端面距离待加工工件表面10mm；
第四步，启动激光器（111），入射光线经过三面平面反射镜（11）反射后，出射光线在光屏（112）上形成光斑（7），由于运动和平面反射镜（11）角度的误差，初始光斑（7）未处于光屏（112）中心位置，此时启动第一电机（19），调整每台第一电机（19）匹配的平面反射镜（11）角度，将光斑（7）置于光屏（112）中心；
第五步，启动第二电机（229），将砂轮固定盘（223）的转速达到1000r/min，由于砂轮块（224）对待加工工件进行磨削会产生振动，此时位于光屏（112）上的光斑（7）跳动，记录设定转速下光斑（7）跳动的幅度，跳动幅度形成的最大半径设定为基础振动区（8）；
第六步，控制气缸（225），调整砂轮固定盘（223）在z轴上的位置，实时监测光斑（7）在光屏（112）上的位置，若光斑（7）跳动幅度发生突变，或者跳动幅度进入预先定义的接触振动区（6），此时记录砂轮块（224）在z轴上的位置，或者将此位置定义为z轴方向的磨削起点，接着控制气缸（225），将砂轮固定盘（223）向z轴正方向抬起，重复第四步步骤，经过多次重复调整，将光斑（7）再次重新置于光屏（112）中心，完成对刀操作，继续进行磨削处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110468081.8A CN113211209B (zh) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | 一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置及对刀方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110468081.8A CN113211209B (zh) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | 一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置及对刀方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113211209A CN113211209A (zh) | 2021-08-06 |
| CN113211209B true CN113211209B (zh) | 2021-12-14 |
Family
ID=77089747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110468081.8A Active CN113211209B (zh) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | 一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置及对刀方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113211209B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115476255B (zh) * | 2022-08-15 | 2023-09-22 | 河南博鸿新材料有限公司 | 一种金刚石复合材料抛光装置 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3395283A (en) * | 1964-10-08 | 1968-07-30 | Atomic Energy Authority Uk | Tool-setting gauges using photoelectric cells for controlling the tool position |
| BG106004A (en) * | 2001-10-10 | 2003-04-30 | Кънчо ХЪНТОВ | Device for the orientation of operating tools/parts |
| CN101954621A (zh) * | 2009-07-16 | 2011-01-26 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械研磨制程的研磨终点判断方法 |
| CN102699359A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-10-03 | 长春理工大学 | 微小车床对刀装置及方法 |
| CN103029004A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-10 | 长春理工大学 | 微小型数控铣床对刀装置及其方法 |
| CN103419212A (zh) * | 2013-05-20 | 2013-12-04 | 北京航天金宇电子技术有限公司 | 一种任意曲面法向找正方法及装置 |
| CN105983881A (zh) * | 2015-02-09 | 2016-10-05 | 宁夏巨能机器人系统有限公司 | 一种数控机床的快速对刀装置及其方法 |
| CN106444306A (zh) * | 2016-08-09 | 2017-02-22 | 电子科技大学 | 一种对称弹性夹持结构下轴线的高精度找正装置及方法 |
| JP2020093383A (ja) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | アガトン・アクチエンゲゼルシャフト・マシーネンファブリーク | 工具装置及び加工工具の状態を測定するための方法 |
-
2021
- 2021-04-28 CN CN202110468081.8A patent/CN113211209B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3395283A (en) * | 1964-10-08 | 1968-07-30 | Atomic Energy Authority Uk | Tool-setting gauges using photoelectric cells for controlling the tool position |
| BG106004A (en) * | 2001-10-10 | 2003-04-30 | Кънчо ХЪНТОВ | Device for the orientation of operating tools/parts |
| CN101954621A (zh) * | 2009-07-16 | 2011-01-26 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 化学机械研磨制程的研磨终点判断方法 |
| CN102699359A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-10-03 | 长春理工大学 | 微小车床对刀装置及方法 |
| CN103029004A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-10 | 长春理工大学 | 微小型数控铣床对刀装置及其方法 |
| CN103419212A (zh) * | 2013-05-20 | 2013-12-04 | 北京航天金宇电子技术有限公司 | 一种任意曲面法向找正方法及装置 |
| CN105983881A (zh) * | 2015-02-09 | 2016-10-05 | 宁夏巨能机器人系统有限公司 | 一种数控机床的快速对刀装置及其方法 |
| CN106444306A (zh) * | 2016-08-09 | 2017-02-22 | 电子科技大学 | 一种对称弹性夹持结构下轴线的高精度找正装置及方法 |
| JP2020093383A (ja) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | アガトン・アクチエンゲゼルシャフト・マシーネンファブリーク | 工具装置及び加工工具の状態を測定するための方法 |
| CN111300268A (zh) * | 2018-12-12 | 2020-06-19 | 阿加森机械制造股份有限公司 | 用于测量机加工工具的状态的工具装置以及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113211209A (zh) | 2021-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5831734A (en) | Method of measuring a reference position of a tool relative to a workpiece, and machine tool for carrying out said method | |
| CN110421486B (zh) | 一种沟道磨砂轮廓形自动检测与调控的修整装置及方法 | |
| JP2007313643A (ja) | 横方向の芯振れを自動的に補償するための装置と方法 | |
| CN113211209B (zh) | 一种端面磨削砂轮初始自动对刀装置及对刀方法 | |
| CN104759754B (zh) | 一种应用于圆管材料的激光加工设备 | |
| CN112775625B (zh) | 一种大型法兰的现场加工工艺及其加工装置 | |
| CN111412839B (zh) | 一种立铣刀线激光在机磨损状态检测实验台及检测方法 | |
| JPH06341804A (ja) | 平面度測定用治具 | |
| CN113670196B (zh) | 一种无标准棒的精密主轴径向跳动测量方法及装置 | |
| CN113305305B (zh) | 一种降低车削加工双面镜偏心量的方法 | |
| CN114608484A (zh) | 一种基于psd的主轴倾角误差测量方法及装置 | |
| CN117161424A (zh) | 一种镜头定心车时快速调整找像装置及其工作方法 | |
| CN110645893A (zh) | 激光跟踪仪靶球 | |
| CN112964211B (zh) | 一种球壳零件厚度及面形的检测方法及装置 | |
| CN106017373B (zh) | 一种飞轮壳盆口、端面跳动检测装置 | |
| EP0911947B1 (en) | Structure for centering between machine shaft and motor shaft | |
| CN109702588B (zh) | 一种夹具 | |
| CN220128505U (zh) | 一种光学镜片的夹具 | |
| CN205537562U (zh) | 一种飞轮壳盆口、端面跳动检测装置 | |
| CN111975067B (zh) | 一种水平双头竖直移动式铣削装置 | |
| CN114473778B (zh) | 非标零件加工用尺寸可变的切削磨具及实施方法 | |
| CN211439060U (zh) | 一种用于测距头内圆加工的装夹治具 | |
| CN110814363B (zh) | 一种曲轴平衡扇板的加工方法 | |
| US4092902A (en) | Lathe attachment for generating spherical surfaces | |
| CN110860949B (zh) | 数控刀架定位精度与重复定位精度的检测装置及检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240513 Address after: 230000 B-1015, wo Yuan Garden, 81 Ganquan Road, Shushan District, Hefei, Anhui. Patentee after: HEFEI MINGLONG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 226019 Jiangsu Province, Nantong City Chongchuan District sik Road No. 9 Patentee before: NANTONG University Country or region before: China |