CN113263375A - 一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，包括内设PLC控制系统的操作台，以及设于操作台上的高硼硅玻璃管夹持组件和打磨组件，高硼硅玻璃管夹持组件包括主轴、动力机构和对高硼硅玻璃管一端进行气动夹持的第一夹持机构，打磨组件包括纵向进给机构、横向进给机构以及安装于横向进给机构上的第二夹持机构和打磨机构，打磨机构包括打磨杆体以及打磨头，打磨头呈球形设置、外表面电镀有超硬材料层，在PLC控制系统的控制下，纵向进给机构和横向进给机构联合动作，而带动打磨头运动以完成高硼硅玻璃管内壁的圆弧路径的绘制与打磨。本发明能够实现高硼硅玻璃管内壁的自动高效、高精度打磨。本发明还涉及一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨方法。

Description

一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置及其方法
技术领域
本发明涉及打磨装置技术领域，尤其涉及一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，还涉及一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨方法。
背景技术
水平仪是一种用于测量平面水平度和垂直度的仪器，除了完成一般的检测任务以外，有些水平仪还能够测量平面与水平面或者铅垂面之间的夹角是否在合理的误差范围内，因此其在各行各业有着较为广泛的应用。水平仪的种类有很多，其中气泡式水平仪因其结构简单，运行可靠、价格低廉等优点，应用最为广泛。
气泡式水平仪的架座一般用高级钢料制造，经精密加工后，其架座底部必须平整，座面中央装有纵长圆曲形状的玻璃管，通过一些常用的加工方法，将玻璃管的内部工作面(上内表面)研磨成一定曲率半径的球面或旋转圆弧面，然后在里面充满液体(醚、酒精或二者混合物)，并留有一个空隙即所谓的气泡，而决定水平仪精度的主要因素是玻璃管内表面曲率半径，曲率半径越大，分辨率就越高，并且，该曲率对应的弧线越光滑，玻璃管的品质就越高。
而气泡式水平仪的高硼硅玻璃管因其材料硬度高、脆性大、表面光滑度高、不易研磨等特点，常规的磨削工艺并不适用。目前，常用的方法为人工磨削，即将高硼硅玻璃管套在一根具有固定圆弧角度的圆柱形钢棍上，工人手持木棍等工具，将玻璃管按压在钢棍上，通过不停的前后、左右运行，最终实现高硼硅玻璃管内壁的磨削加工，由于人工磨削存在很多不稳定的因素，磨削极易产生误差，无法保证磨削精度以及产品的均匀性、一致性，满足不了产品国际化、高标准需求。
发明内容
本发明提供了一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，能够实现高硼硅玻璃管内壁的自动高效、高精度打磨，而具有较好的使用效果。
本发明采用的技术方案是：一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，包括内设PLC控制系统的操作台，以及相对设置于所述操作台上的高硼硅玻璃管夹持组件和打磨组件，所述高硼硅玻璃管夹持组件包括经由安装架安装于所述操作台上的主轴，以及设于所述主轴一端而驱动所述主轴转动的动力机构和安装于所述主轴另一端而对高硼硅玻璃管一端进行气动夹持的第一夹持机构，所述打磨组件包括安装于所述操作台上的纵向进给机构，以及垂直安装于所述纵向进给机构上的横向进给机构，还包括安装于所述横向进给机构上的第二夹持机构以及夹持于所述第二夹持机构上的打磨机构，所述打磨机构包括打磨杆体以及与所述打磨杆体一体成型的打磨头，所述打磨头呈球形设置、外表面电镀有超硬材料层，在所述PLC控制系统的控制下，所述纵向进给机构和所述横向进给机构联合动作，而带动所述打磨头运动以完成高硼硅玻璃管内壁的圆弧的绘制与打磨。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述超硬材料层为金刚石颗粒层。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述打磨头半径为3～5mm。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述动力机构包括安装于所述操作台内的电机，以及安装于所述主轴上的同步轮；还包括传动连接于所述电机和所述同步轮间的同步带。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述第一夹持机构包括与所述主轴连接的座体，以及形成于所述座体上的、在气缸的驱动下往复运动的气动卡爪；还包括设于所述操作台内的驱动所述气缸动作的气动阀，所述气动阀连接有气动开关。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述第二夹持机构包括高速主轴电机，以及形成于所述高速主轴电机上的安装筒，还包括安装于所述安装筒内的夹持头，以及将所述打磨机构安装于所述夹持头上而将所述夹持头卡置于所述安装筒内的锁紧螺。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述横向进给机构包括X轴丝杠模组、第一伺服电机以及设于所述操作台内的第一伺服驱动器，所述纵向进给机构包括Y轴丝杠模组、第二伺服电机以及设于所述操作台内的第二伺服驱动器，于所述X轴丝杠模组和所述Y轴丝杠模组上均安装有风琴罩。
本发明的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，通过内设PLC控制系统的操作台、高硼硅玻璃管夹持组件和打磨组件的设置，能够在设计的基于PLC控制系统的高精度微小圆弧插补算法下，控制打磨组件对旋转的高硼硅玻璃管自动、高精度打磨，而具有较好的使用效果。
本发明提供了一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨方法，所采用的技术方案是：基于前述的高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，包括如下步骤：
a、通电，所述横向进给机构和所述纵向进给机构自动回到原点；
b、将待打磨的高硼硅玻璃管置于所述高硼硅玻璃管夹持组件上，经由所述第一夹持机构给定一夹持气压，并保证夹持长度为8～10mm，将所述打磨机构夹持于所述第二夹持机构上，所述高硼硅玻璃管和所述打磨机构夹持后的同心度均不大于0.05mm；
c、对所述高硼硅玻璃管灌水，启动高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，所述主轴带动所述高硼硅玻璃管旋转，所述高硼硅玻璃管的转速控制于1800～2000r/min，在设计的基于所述PLC控制系统的高精度微小圆弧插补算法下，所述纵向进给机构和所述横向进给机构联合动作，而带动所述打磨头运动，所述打磨头的转速控制于20000～24000r/min，完成所述高硼硅玻璃管内壁的圆弧的绘制与打磨；
d、打磨完成后，所述纵向进给机构和所述横向进给机构停止运行，所述高硼硅玻璃管夹持组件和所述打磨组件停止旋转，所述横向进给机构和所述纵向进给机构自动回到原点。
作为对上述技术方案的进一步限定，打磨的所述高硼硅玻璃管内壁的圆弧的半径为600～700mm，所述圆弧对应的弦长长度为20mm。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述夹持气压为0.25～0.3MPa。
附图说明
图1为本发明一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置的装配结构示意图；
图2为本发明主轴的结构示意图；
图3为本发明第一夹持机构的结构示意图；
图4为本发明第二夹持机构的结构示意图；
图5为本发明打磨组件的装配结构示意图；
图6为本发明打磨机构的结构示意图；
图7为本发明高硼硅玻璃管的结构示意图；
图8为本发明高精度微小圆弧绘制原理图。
图中：
1-操作台，2-PLC控制系统，3-高硼硅玻璃管夹持组件，31-安装架，32-主轴，331-电机，332-同步轮，333-同步带，34-第一夹持机构，341-座体，342-气动卡爪，343-气动阀，4-打磨组件，41-纵向进给机构，42-横向进给机构，421-风琴罩，43-第二夹持机构，431-高速主轴电机，432-夹持头，433-锁紧螺，441-打磨杆体，442-打磨头，5-高硼硅玻璃管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
本实施例涉及一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，适用于对高硼硅玻璃管5内壁进行圆弧的打磨，由图1中所示，其整体结构包括内设PLC控制系统2的操作台1，以及相对设置于操作台1上的高硼硅玻璃管夹持组件3和打磨组件4，具体的，由图1至图6中所示，高硼硅玻璃管夹持组件3包括经由安装架31安装于操作台1上的主轴32，以及设于主轴32一端而驱动主轴32转动的动力机构和安装于主轴32另一端而对高硼硅玻璃管5一端进行气动夹持的第一夹持机构34，打磨组件4包括安装于操作台1上的纵向进给机构41，以及垂直安装于纵向进给机构41上的横向进给机构42，还包括安装于横向进给机构42上的第二夹持机构43以及夹持于第二夹持机构43上的打磨机构，具体的，由图6中所示，打磨机构包括打磨杆体441以及与打磨杆体441一体成型的打磨头442，打磨头442呈球形设置、外表面电镀有超硬材料层，通过在打磨头442外表面电镀超硬材料层，可实现对高硼硅玻璃管5进行打磨，本实施例中，超硬材料层为金刚石颗粒层，为便于加工及打磨，打磨头442半径为3～5mm，在PLC控制系统2的控制下，纵向进给机构41和横向进给机构42联合动作，而带动打磨头442运动以完成高硼硅玻璃管5内壁的圆弧的绘制与打磨，本实施例中，打磨头442还可以为鼓形。
由图1至图4中所示，动力机构包括安装于操作台1内的电机331，以及安装于主轴32上的同步轮332，还包括传动连接于电机331和同步轮332间的同步带333，第一夹持机构34包括与主轴32连接的座体341，以及形成于座体341上的、在气缸的驱动下往复运动的气动卡爪342，还包括设于操作台1内的、驱动气缸动作的气动阀343，气动阀343连接有气动开关，通过启动电机331转动，而使同步带333带动同步轮332转动，进而带动主轴32、气动卡爪342以及夹持于启动卡爪上的高硼硅玻璃管5转动，本实施例中，高硼硅玻璃管5转速控制于1800～2000r/min。
由图1及图5中所示，第二夹持机构43包括高速主轴电机431，以及形成于高速主轴电机431上的安装筒，还包括安装于安装筒内的夹持头432，以及将打磨机构安装于夹持头432上而将夹持头432卡置于安装筒内的锁紧螺433，打磨机构安装于夹持头432上，打磨机构的打磨头442转速控制于20000～24000r/min，本实施例中，横向进给机构42包括X轴丝杠模组、第一伺服电机以及设于操作台1内的第一伺服驱动器，纵向进给机构41包括Y轴丝杠模组、第二伺服电机以及设于操作台1内的第二伺服驱动器，于X轴丝杠模组和Y轴丝杠模组上均安装有风琴罩421，风琴罩421用于防止尘土进入X轴丝杠模组和Y轴丝杠模组。
本实施例的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，通过内设PLC控制系统2的操作台1、高硼硅玻璃管夹持组件3和打磨组件4的设置，能够在设计的基于PLC控制系统2的高精度微小圆弧插补算法下，控制打磨组件4对旋转的高硼硅玻璃管5自动、高精度打磨，而具有较好的使用效果。
实施例二
一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨方法，基于实施例一的高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，包括如下步骤：
a、通电，所述横向进给机构42和所述纵向进给机构41自动回到原点；
b、将待打磨的高硼硅玻璃管5置于高硼硅玻璃管夹持组件3上，经由所述第一夹持机构34给定一夹持气压，并保证夹持长度为8～10mm，将打磨机构夹持于第二夹持机构43上，高硼硅玻璃管5和打磨机构夹持后的同心度均不大于0.05mm；
c、对高硼硅玻璃管5灌水，启动高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，主轴32带动高硼硅玻璃管5旋转，高硼硅玻璃管5的转速控制于1800～2000r/min，在设计的基于PLC控制系统2的高精度微小圆弧插补算法下，纵向进给机构41和横向进给机构42联合动作，而带动打磨头442运动，打磨头442的转速控制于20000～24000r/min，完成高硼硅玻璃管5内壁的圆弧的绘制与打磨；
d、打磨完成后，纵向进给机构41和横向进给机构42停止运行，高硼硅玻璃管夹持组件3和打磨组件4停止旋转，横向进给机构42和纵向进给机构41自动回到原点。
具体的，由图7中所示，待加工的高硼硅玻璃管5的尺寸为长38mm、外径8mm、厚度1mm，在步骤b中，为避免高硼硅玻璃管5夹持以及打磨时破碎，夹持气压控制为0.25～0.3MPa，经大量计算及试验，夹持气压优选为0.3MPa，因下述高硼硅玻璃管5内壁的圆弧对应的弦长长度需要保证为20mm，故对高硼硅玻璃管5的夹持长度为8～10mm，且夹持区域不允许打磨，本实施例中，为保证超高打磨精度，高硼硅玻璃管5和打磨机构夹持后的同心度均不大于0.05mm。
在步骤c中，对高硼硅玻璃管5灌水以对打磨过程进行降温和对磨削下来的高硼硅粉末进行冲洗，本实施例中一次灌水足以满足加工需求，且为保证系统的精度，本实施例中，PLC控制系统2的控制器选用台达的DVP-50MC-06运动控制器，第一伺服驱动器和第二伺服驱动器均选用台达ASD-A2-0421-E，第一伺服电机和第二伺服电机均选用台达ECMA-C10804R7，控制器与第一伺服驱动器和第二伺服驱动器间通过EtherCAT总线连接，以提高系统的响应精度。为实现X轴丝杠模组和Y轴丝杠模组两轴联动绘制高精度微小圆弧路径的功能，需要调用PLC控制系统2的控制器的轴组运动控制功能块DMC_MoveCircularRelative，通过设置高硼硅玻璃管5内壁的圆弧(以下简称圆弧)的起点坐标、圆弧的半径、圆弧的终点坐标、圆弧的绘制方向以及X轴丝杠模组和Y轴丝杠模组运行的加速度和减速度等参数，实现两轴联动绘制高精度微小圆弧路径的功能。设计的基于PLC控制系统2的高精度微小圆弧插补算法为，在磨削过程中，打磨头442的运动轨迹就是在XY平面上绘制圆弧，圆弧的半径数值可调，根据打磨头442和高硼硅玻璃管5的空间位置关系，确定磨削圆弧的起点和终点的坐标，通过调用控制器的轴组运动控制功能块DMC_MoveCircularRelative，分别设置X轴丝杠模组和Y轴丝杠模组进给速度、加速度、减速度以及加速度变化率等参数，即可实现高精度微小圆弧插补绘制功能。圆弧绘制原理如图8所示，通过设置圆弧绘制平面的相关参数，可以选择用半径法在XY平面画圆。使用该方法时，需要设置XY平面上圆的半径值、设置绘制的圆弧为劣弧，定义圆弧的起点和终点的坐标值。
本实施例中，打磨高硼硅玻璃管5内壁的圆弧半径为600～700mm，高硼硅玻璃管5内壁圆弧对应的弦长长度为20mm，优选的圆弧半径为688mm，本实施例中，高硼硅玻璃管5打磨完成后，进行注液、烧结、封口后，采用高精度视觉测试仪进行检测，对比人工磨削的精度，自动打磨装置的磨削精度气泡偏移量2mm时，角度倾斜范围保持在9′～11′，达到了国际通用标准的水平，磨削效果良好，且能保证磨削的一致性。
以上所述仅为本发明较佳实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术构思加以等同替换或改变所得的技术方案，都应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，其特征在于：包括内设PLC控制系统的操作台，以及相对设置于所述操作台上的高硼硅玻璃管夹持组件和打磨组件，所述高硼硅玻璃管夹持组件包括经由安装架安装于所述操作台上的主轴，以及设于所述主轴一端而驱动所述主轴转动的动力机构和安装于所述主轴另一端而对高硼硅玻璃管一端进行气动夹持的第一夹持机构，所述打磨组件包括安装于所述操作台上的纵向进给机构，以及垂直安装于所述纵向进给机构上的横向进给机构，还包括安装于所述横向进给机构上的第二夹持机构以及夹持于所述第二夹持机构上的打磨机构，所述打磨机构包括打磨杆体以及与所述打磨杆体一体成型的打磨头，所述打磨头呈球形设置、外表面电镀有超硬材料层，在所述PLC控制系统的控制下，所述纵向进给机构和所述横向进给机构联合动作，而带动所述打磨头运动以完成高硼硅玻璃管内壁的圆弧的绘制与打磨。
2.根据权利要求1所述的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，其特征在于：所述超硬材料层为金刚石颗粒层。
3.根据权利要求1所述的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，其特征在于：所述打磨头半径为3～5mm。
4.根据权利要求1所述的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，其特征在于：所述动力机构包括安装于所述操作台内的电机，以及安装于所述主轴上的同步轮；还包括传动连接于所述电机和所述同步轮间的同步带。
5.根据权利要求1所述的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，其特征在于：所述第一夹持机构包括与所述主轴连接的座体，以及形成于所述座体上的、在气缸的驱动下往复运动的气动卡爪；还包括设于所述操作台内的驱动所述气缸动作的气动阀，所述气动阀连接有气动开关。
6.根据权利要求1所述的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，其特征在于：所述第二夹持机构包括高速主轴电机，以及形成于所述高速主轴电机上的安装筒，还包括安装于所述安装筒内的夹持头，以及将所述打磨机构安装于所述夹持头上而将所述夹持头卡置于所述安装筒内的锁紧螺。
7.根据权利要求1所述的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，其特征在于：所述横向进给机构包括X轴丝杠模组、第一伺服电机以及设于所述操作台内的第一伺服驱动器，所述纵向进给机构包括Y轴丝杠模组、第二伺服电机以及设于所述操作台内的第二伺服驱动器，于所述X轴丝杠模组和所述Y轴丝杠模组上均安装有风琴罩。
8.一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨方法，基于权利要求1至7中的高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，其特征在于包括如下步骤：
a、通电，所述横向进给机构和所述纵向进给机构自动回到原点；
b、将待打磨的高硼硅玻璃管置于所述高硼硅玻璃管夹持组件上，经由所述第一夹持机构给定一夹持气压，并保证夹持长度为8～10mm，将所述打磨机构夹持于所述第二夹持机构上，所述高硼硅玻璃管和所述打磨机构夹持后的同心度均不大于0.05mm；
c、对所述高硼硅玻璃管灌水，启动高硼硅玻璃管内壁自动打磨装置，所述主轴带动所述高硼硅玻璃管旋转，所述高硼硅玻璃管的转速控制于1800～2000r/min，在设计的基于所述PLC控制系统的高精度微小圆弧插补算法下，所述纵向进给机构和所述横向进给机构联合动作，而带动所述打磨头运动，所述打磨头的转速控制于20000～24000r/min，完成所述高硼硅玻璃管内壁的圆弧的绘制与打磨；
d、打磨完成后，所述纵向进给机构和所述横向进给机构停止运行，所述高硼硅玻璃管夹持组件和所述打磨组件停止旋转，所述横向进给机构和所述纵向进给机构自动回到原点。
9.根据权利要求8所述的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨方法，其特征在于：打磨的所述高硼硅玻璃管内壁的圆弧的半径为600～700mm，所述圆弧对应的弦长长度为20mm。
10.根据权利要求8所述的一种高硼硅玻璃管内壁自动打磨方法，其特征在于：所述夹持气压为0.25～0.3MPa。
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