CN115415929B - 一种用于球铰链球面组合研磨控制系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于球铰链球面组合研磨控制系统及使用方法，控制系统包括定位模块、驱动模块、冷却模块及控制模块；定位模块用于实现对球铰链工件的球座和球压盖的定位；所述驱动模块用于驱动球轴颈旋转，进行研磨作业；所述冷却模块用于在研磨的过程中冷却球铰链，所述控制模块用于控制其他模块的动作。使用方法为：1、启动主控板并输入控制信息，包括：推拉式电磁铁工作的相关信息、输入继电器工作的相关信息及输入伺服驱动器驱动伺服电机的信息；2、球座定位压紧结构和球压盖定位压紧结构对工件进行压紧定位；3、启动继电开启无刷水泵及启动伺服驱动器对工件研磨。采用本发明达到三件球心重合，球面接触率高、转动灵活的技术要求。

Description

一种用于球铰链球面组合研磨控制系统及使用方法

技术领域

本发明涉及机械制造的技术领域，尤其是一种用于球铰链球面组合研磨控制系统及使用方法。

背景技术

研磨技术通常是指利用硬度比被加工材料更高的微米级磨粒，在硬质研磨器具作用下产生的微切削和滚扎作用，实现被加工表面微量材料的去除，使工件的形状、尺寸精度达到要求值。球铰链作为球面运动机构，由球座、球轴颈、球压盖三部分组成，球轴颈在一定的范围内实现自由转动，无卡滞、无窜动现象，球面接触为60％-80％。现有的加工技术，是工人师傅纯手工刮研，且对操作者的技能水平要求较高，生产效率低，无法满足批量生产需求。开发自动研磨技术是解决当前存在的技术的不足，查阅相关文献和智力成果，大量的都是单件平面、曲面研磨技术比较成熟，球铰结构利用加调整垫进行调整，球面接触率不高，用于常见的机械设备，对船舶导航设备的使用，长时间的磨损影响导航输出精度。在此前提下，提出球铰链球面整体组合研磨技术，保证球面的接触率。为此，开发一种球铰链球面组合研磨技术控制系统，实现球面自动研磨，满足技术要求，提高生产效率，改进操作工艺方法，改善工作环境，减轻师傅的劳动强度。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种实现组合球面组合研磨，从而可提高生产效率和研磨质量的一种用于球铰链球面组合研磨控制系统及使用方法。

本发明的上述目的之一通过如下技术方案来实现：

一种球铰链球面组合研磨控制系统，其特征在于：包括定位模块、驱动模块、冷却模块、报警装置和控制模块；所述定位模块用于实现对球铰链工件的球座和球压盖的定位；所述驱动模块用于驱动球轴颈旋转，进行研磨作业；所述冷却模块用于在研磨的过程中冷却球铰链，所述报警装置将定位模块、驱动模块、冷却模块的错误信息反馈给控制模块，所述控制模块用于控制其他模块的动作；

所述定位模块主要包括球压盖定位压紧结构、球座定位压紧结构、推拉式电磁铁；球座定位压紧结构与推拉式电磁铁相连接；推拉式电磁铁将作用力传输给球座定位压紧结构，通过球座定位压紧结构压紧球座，通过压力感应器与球座的接触状态将工作中产生错误的状态信息传输给报警装置；球压盖定位压紧通过其重量压盖于球压盖上，实现球压盖的自由压紧导向；

所述的驱动模块包括传动轴系、齿轮组件、伺服电机；传动轴系、齿轮组件、伺服电机依次串联连接，伺服电机和报警装置相连接；传动轴系的输出端用于与球轴颈驱动连接；

所述的冷却模块包括继电器、无刷水泵；继电器和无刷水泵相连接，继电器将输出信息传给无刷水泵，控制无刷水泵工作，无刷水泵将冷却研磨液通过管路传输给球铰链，在无刷水泵不工作或者冷却研磨液不足时生成报警信息，该信息传输给报警装置；

所述控制模块包括主控板、伺服驱动器、触摸屏、按键；伺服驱动器、触摸屏、按键分别与主控板相连接，主控板接收按键和触摸屏信息，并对信息进行转化，将转化的信息相应传输给定位模块的推拉式电磁铁、冷却模块的继电器及伺服驱动器，伺服驱动器启动将信息输出给驱动模块的伺服电机。

进一步的：所述定位模块包括底座、导向压杆、球座锁紧执行机构、所述推拉式电磁铁、导向件、竖向支撑轴、所述压盖定位压紧结构；底座和球座锁紧执行机构组合成所述球座定位压紧结构，底座上设有对球座底面和圆弧侧面分别定位的底部定位平面和侧部定位平面；推拉式电磁铁与导向压杆驱动连接；导向压杆下端与球座锁紧执行机构左端部楔形驱动配合，驱动球座锁紧执行机构左移；球座锁紧执行机构右端具有对球座侧平面压紧的锁紧压紧块，在锁紧压紧块的端面设置安装孔，安装孔内安装所述压力感应器，在锁紧压紧块与球座侧平面压紧接触时，压力传感器同步与球座侧平面接触，用于采集压紧力的大小；导向件安装于底座左端上部，设有导向通孔；竖向支撑轴套设于导向压杆外，固装在导向件上方；压盖定位压紧结构左端部套设在竖向支撑轴外，其右端具有与球压盖上的两个销位导向孔能分别配合的两个定位销。

进一步的：所述传动轴系采用万向联轴器，万向联轴器的外端联轴节与球铰链的球轴颈连接；所述齿轮组件采用行星齿轮机构，包括行星轮、太阳轮、齿圈；所述太阳轮与伺服电机驱动连接，所述行星轮与万向联轴器的内端联轴节连接。

本发明的上述目的之二通过如下技术方案来实现：

一种球铰链球面组合研磨控制系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、启动主控板并输入控制信息，包括：

用按键启动主控板，利用触摸屏人机交互作用输入推拉式电磁铁工作的相关信息：行程、作用力、受力时间；输入继电器工作的相关信息：液体的流量、液体的流速、停流时间；输入伺服驱动器驱动伺服电机的信息：转速、转向、时间；

步骤2、对工件进行压紧定位：

启动推拉式电磁体工作，推动球座定位压紧结构工作，压紧球座，手动安装球轴颈和球压盖，利用球压盖定位压紧结构导向定位，完成工件的压紧定位；

步骤3、进行研磨作业：

先启动继电开启无刷水泵，将冷却研磨液输入球铰链到球轴颈的上方位置，继续输送液体，通过定位模块预留的回流孔回流到冷却模块；然后启动伺服驱动器，驱动伺服电机工作，伺服电机将转速和转矩传输给齿轮组件，通过传动轴系将转动轨迹和转速传输给球轴颈，球轴颈转动实现三个配合球面的研磨。

本发明具有的优点和积极效果：

1、本发明利用球面研磨技术，通过定位模块、驱动模块、冷却模块和控制模块四个模块的组合，构成球铰链球面组合研磨控制系统，采用该控制系统可开展三件组合研磨，实现球铰链定位夹紧，球轴颈沿轴线自转和绕轴线旋转，利用伺服驱动控制实现自动研磨，达到三件球心重合，球面接触率高、转动灵活的技术要求。

2、本发明可一次实现球座、球轴颈、球压盖三个配合件的球面的研磨，大幅度提高了生产效率，保证了产品的研磨质量，研磨后，球面接触可达到整个球面的80％。

附图说明

图1a是球座的结构示意图；

图1b是球轴颈的结构示意图；

图1c是球压盖的结构示意图；

图2是球铰链的整体组装图；

图3是本发明球铰链球面组合研磨控制系统的构成框图；

图4是本发明定位模块的结构示意图；

图5是本发明驱动模块的结构示意图；

图6是图5的仰视图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

本发明是为了实现：由球座、球轴颈、球压盖组成的球铰链，在机加工不能满足三件球心重合前提下，利用球面研磨技术，开展三件组合研磨，实现球铰链定位夹紧，球轴颈沿轴线自转和绕轴线旋转，利用伺服驱动控制实现自动研磨技术，达到三件球心重合，球面接触率高、转动灵活的技术要求，开发该球铰链球面组合研磨技术控制系统。

一种球铰链球面组合研磨控制系统，如附图3所示，包括定位模块、驱动模块、冷却模块、报警装置、控制模块。定位模块、驱动模块、冷却模块、报警装置和控制模块相互连接在一起组成研磨控制系统。所述定位模块用于实现对球铰链工件的球座和球压盖的进行压紧定位；所述驱动模块用于驱动球轴颈旋转，进行研磨作业；所述冷却模块用于在研磨的过程中冷却球铰链，所述报警装置将定位模块、驱动模块、冷却模块的错误信息反馈给控制模块，所述控制模块用于控制其他模块的动作。

所述定位模块主要包括球压盖定位压紧结构、球座定位压紧结构、推拉式电磁铁。球座定位压紧结构与推拉式电磁铁相连接，推拉式电磁铁将作用力传输给球座定位压紧结构，通过球座定位压紧结构压紧球座，通过压力感应器与球座的接触状态将工作中产生错误的状态信息(包括压紧力不足、电磁铁的推拉杆的位置移动不到位等)传输给报警装置，报警装置工作。球压盖定位压紧结构依据球铰链研磨时，球面摩擦产生的摩擦力而设定垂向向下移动的重量力，将该重量的力传输给球压盖，实现自由压紧导向。定位模块的结构参见图4主要由装置包括底座9、导向压杆5、球座锁紧执行机构8、推拉式电磁铁4、导向件10、竖向支撑轴6、压盖定位压紧结构7。其中，底座和球座锁紧执行机构组合成球座定位压紧结构，底座上设有对球座底面和圆弧侧面分别定位的底部定位平面和侧部定位平面；推拉式电磁铁与导向压杆驱动连接；导向压杆下端与球座锁紧执行机构左端部楔形驱动配合，驱动球座锁紧执行机构左移；球座锁紧执行机构右端具有对球座侧平面压紧的锁紧压紧块8.1，并设置有使球座锁紧执行机构右移复位的复位弹簧8.2。在锁紧压紧块的端面设置安装孔，安装孔内安装上述压力感应器，在锁紧压紧块与球座侧平面压紧接触时，压力传感器也与球座侧平面接触，用于采集压紧力的大小。导向件安装于底座左端上部，设有导向通孔；竖向支撑轴套设于导向压杆外，固装在导向件上方；压盖定位压紧结构左端部套设在竖向支撑轴外，其右端具有与球压盖上的两个销位导向孔能分别配合的两个定位销7.1。本定位模块实现了对球铰链的定位压紧。

所述驱动模块参见图5和6，主要包括依次串联的传动轴系、齿轮组件和伺服电机11，伺服电机和报警装置相连接，传动轴系采用万向联轴器15，万向联轴器的外端联轴节15.1与球铰链的球轴颈连接，实现对球轴颈的驱动；齿轮组件采用行星齿轮机构，包括行星轮12、太阳轮13、齿圈14。伺服电机将相关信息传输给齿轮组件，齿轮组件输出自转和旋转信息，齿轮组件将自转和旋转信息传输给传动轴系，通过传动轴系将信息传输给球轴颈，实现研磨过程中球轴颈的不规则转动路径，保证磨削质量，避免局部高温产生卡顿现象。如果在研磨过程中产生卡死现象信息，该信息通过传动轴系传输给齿轮组件到伺服电机，伺服电机停止转动伺服系统程序控制将信息传输给报警装置，报警装置工作。

所述冷却模块包括采用继电器、无刷水泵。继电器、无刷水泵依次相连接，继电器控制将输出信息传给无刷水泵，启动无刷水泵工作，将冷却研磨液通过管路传输给球铰链，如果无刷水泵不工作或者冷却研磨液不足(通过检测冷却研磨液的流量大小来实现)生成报警信息，该信息传输给报警装置，报警装置工作。

所述控制模块包括主控板、伺服驱动器、触摸屏、按键。伺服驱动器、触摸屏、按键分别与主控板相连接，主控板接收按键和触摸屏信息，主控板信息转化，将转化的信息传输给定位模块的推拉式电磁铁、冷却模块的继电器和伺服驱动器，伺服驱动器启动将信息输出给驱动模块的伺服电机。操作者还可以通过按键或触摸屏进行人机交互操作。

本球铰链球面组合研磨控制系统的作用对象球铰链，如附图1、2所示，1是球座、2是球铰链、3是球压盖。将球座、球铰链、球压盖组装在一起就是球铰链。实现球轴颈在球座和球压盖组成的球形腔内转动灵活、无卡点和无窜动现象并确保球面接触率。利用它的结构特点和运动轨迹，创新开发球铰链球面组合研磨控制系统。

本球铰链球面组合研磨控制系统的使用方法为：

用按键启动主控板，利用触摸屏人机交互作用输入推拉式电磁铁工作的相关信息：行程、作用力、受力时间；输入继电器工作的相关信息：液体的流量、液体的流速、停流时间；输入伺服驱动器驱动伺服电机的信息：转速、转向、时间。主控板通过输入的信息，首先启动推拉式电磁体工作，推动球座定位压紧结构工作，压紧球座，手动安装球轴颈和球压盖，利用球压盖定位压紧结构导向定位，定位模块工作。接着启动继电器工作，使无刷水泵控制工作，将冷却研磨液输入球铰链到球轴颈的上方位置，继续输送液体，通过定位模块预留的回流孔回流到冷却模块，冷却模块工作。最后启动伺服驱动器，驱动伺服电机工作，伺服电机将转速和转矩传输给齿轮组件，通过传动轴系将转动轨迹和转速传输给球轴颈，球轴颈转动实现磨削动作，驱动模块工作。整个工作工艺流程所用时间可设定更改。

本发明的创新之处在于通过主控板控制推拉式电磁铁来实现定位模块对球座的定位压紧作用；再通过主控板控制伺服电机来实现驱动模块输出给球铰链的动作、轨迹，相结合产生的球铰链自动研磨技术的实现。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种球铰链球面组合研磨控制系统，其特征在于：包括定位模块、驱动模块、冷却模块、报警装置和控制模块；所述定位模块用于实现对球铰链工件的球座和球压盖的定位；所述驱动模块用于驱动球轴颈旋转，进行研磨作业；所述冷却模块用于在研磨的过程中冷却球铰链，所述报警装置将定位模块、驱动模块、冷却模块的错误信息反馈给控制模块，所述控制模块用于控制其他模块的动作；

所述定位模块主要包括球压盖定位压紧结构、球座定位压紧结构、推拉式电磁铁；球座定位压紧结构与推拉式电磁铁相连接；推拉式电磁铁将作用力传输给球座定位压紧结构，通过球座定位压紧结构压紧球座，通过压力感应器与球座的接触状态将工作中产生错误的状态信息传输给报警装置；球压盖定位压紧通过其重量压盖于球压盖上，实现球压盖的自由压紧导向；

所述的驱动模块包括传动轴系、齿轮组件、伺服电机；传动轴系、齿轮组件、伺服电机依次串联连接，伺服电机和报警装置相连接；传动轴系的输出端用于与球轴颈驱动连接；

所述的冷却模块包括继电器、无刷水泵；继电器和无刷水泵相连接，继电器将输出信息传给无刷水泵，控制无刷水泵工作，无刷水泵将冷却研磨液通过管路传输给球铰链，在无刷水泵不工作或者冷却研磨液不足时生成报警信息，该信息传输给报警装置；

所述控制模块包括主控板、伺服驱动器、触摸屏、按键；伺服驱动器、触摸屏、按键分别与主控板相连接，主控板接收按键和触摸屏信息，并对信息进行转化，将转化的信息相应传输给定位模块的推拉式电磁铁、冷却模块的继电器及伺服驱动器，伺服驱动器启动将信息输出给驱动模块的伺服电机；

所述定位模块包括底座、导向压杆、球座锁紧执行机构、所述推拉式电磁铁、导向件、竖向支撑轴、所述压盖定位压紧结构；底座和球座锁紧执行机构组合成所述球座定位压紧结构，底座上设有对球座底面和圆弧侧面分别定位的底部定位平面和侧部定位平面；推拉式电磁铁与导向压杆驱动连接；导向压杆下端与球座锁紧执行机构左端部楔形驱动配合，驱动球座锁紧执行机构左移；球座锁紧执行机构右端具有对球座侧平面压紧的锁紧压紧块，在锁紧压紧块的端面设置安装孔，安装孔内安装所述压力感应器，在锁紧压紧块与球座侧平面压紧接触时，压力传感器同步与球座侧平面接触，用于采集压紧力的大小；导向件安装于底座左端上部，设有导向通孔；竖向支撑轴套设于导向压杆外，固装在导向件上方；压盖定位压紧结构左端部套设在竖向支撑轴外，其右端具有与球压盖上的两个销位导向孔能分别配合的两个定位销。

2.根据权利要求1所述的球铰链球面组合研磨控制系统，其特征在于：所述传动轴系采用万向联轴器，万向联轴器的外端联轴节与球铰链的球轴颈连接；所述齿轮组件采用行星齿轮机构，包括行星轮、太阳轮、齿圈；所述太阳轮与伺服电机驱动连接，所述行星轮与万向联轴器的内端联轴节连接。

3.一种基于权利要求1-2任一所述的球铰链球面组合研磨控制系统的使用方法，其特征在于：

步骤1、启动主控板并输入控制信息，包括：

用按键启动主控板，利用触摸屏人机交互作用输入推拉式电磁铁工作的相关信息：行程、作用力、受力时间；输入继电器工作的相关信息：液体的流量、液体的流速、停流时间；输入伺服驱动器驱动伺服电机的信息：转速、转向、时间；

步骤2、对工件进行压紧定位：

启动推拉式电磁体工作，推动球座定位压紧结构工作，压紧球座，手动安装球轴颈和球压盖，利用球压盖定位压紧结构导向定位，完成工件的压紧定位；

步骤3、进行研磨作业：

先启动继电开启无刷水泵，将冷却研磨液输入球铰链到球轴颈的上方位置，继续输送液体，通过定位模块预留的回流孔回流到冷却模块；然后启动伺服驱动器，驱动伺服电机工作，伺服电机将转速和转矩传输给齿轮组件，通过传动轴系将转动轨迹和转速传输给球轴颈，球轴颈转动实现三个配合球面的研磨。