CN1672871A - 数字化曲线磨床 - Google Patents

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本发明公开了一种数字化曲线磨床，它由主机和辅机站两部分组成，主机为全封闭结构，床身上右边设有多功能的工作台，左边设有砂轮架和滑座，上部为CCD检测装置，电柜位于主机后侧，并与主机组成一体；所述辅机站上集有吸尘装置、冷却装置、空气平衡及刹车控制站平组成一体。本发明是应用图像识别技术，集机床在线检测、在线补偿、砂轮在线修整及开放式多轴数字化控制的多功能精密磨削加工机床。把多轴数字化控制与图像识别处理进行集成，最多可控制八根轴，其中包括七个伺服旋转电机和一个伺服直线电机，最多可实现六轴联动，并能对控制轴进行不同的组合。本发明具有外形美观大方，人机适宜性强的特点，适用于各种精密复杂轮廓零件的加工。

Description

数字化曲线磨床
                    技术领域
本发明涉及一种曲线磨床，特别涉及一种集在线检测、在线补偿、砂轮在线修整及开放式多轴数字化控制的多功能精密磨削加工的数字化曲线磨床。
                    背景技术
目前，用于各种精密复杂轮廓，如凹凸模具、成型刀具、卡规、滚轮等的加工机床主要有光学曲线磨床。如国内有上海第三机床厂生产的MK9025数控光学曲线磨床等，该类磨床已广泛应用，然而其有不足之处：1、在工件加工过程中的在线检测是通过几何光学检测，对被加工精度只能作定性判别，不能量化；2、磨削刀具砂轮采用曲柄连杆作往复运动，行程位置不能被控制；3、对工件加工需分段加工，则需调整砂轮角度，产生根切现象，不能一次成形；4、由于在线检测是通过几何光学检测，又无在线补偿，因此，精度较低，不能满足生产需要。
                    发明内容
本发明是要克服现有技术的不足，提供一种集在线检测、在线补偿、砂轮在线修整及开放式多轴数字化控制的多功能精密磨削加工的数字化曲线磨床。
本发明的技术方案是：一种数字化曲线磨床，由主机和辅机站两部分组成，主机为全封闭结构，床身上右边设有多功能的工作台，左边设有砂轮架和滑座，上部为CCD检测装置，电柜位于主机后侧，并与主机组成一体；所述辅机站上集有吸尘装置、冷却装置、空气平衡及刹车控制站平组成一体。
全封闭结构是采用拼接式全封闭罩，各罩壳拼板之间相互连接并与主机固定连接；全封闭罩前侧装有外开式拉门、左右两侧均装有可向外打开的观察窗。
多功能的工作台由回转座及十字拖板组成，其中十字拖板位于回转座上并与回转座固定连接。其中，回转座是由回转机座及回转拖板组成，回转机座与回转拖板之间设有一个回转连接轴；回转拖板下面设有伺服电机、蜗轮蜗杆付组成的进给机构。十字拖板是由下拖板、中拖板、上拖板(即工作台面)构成，下拖板与中拖板下导轨沿纵向X轴方向布置；中拖板上导轨与上拖板沿横向Y轴方向布置，下拖板与中拖板和中拖板与上拖板之间设有直线滚动导轨付和由伺服电机、联轴器、滚珠丝杠付组成的进给机构。
砂轮架由砂轮架体壳、底座、滑板回转座及往复滑板组成，其中底座固定连接在砂轮架滑座上；往复滑板位于滑板回转座的前端，滑板上装有砂轮托架，滑板内置有平衡气缸和气动刹车器，滑板与滑板回转座之间设有驱动滑板上下往复运动的直线伺服电机，砂轮体壳内滑板回转座上设有蜗轮蜗杆付。
砂轮架滑座位于砂轮架下，由下拖板、中拖板及上拖板组成十字拖板组，滑座的纵向轴为U轴，横向轴为V轴，下拖板与中拖板、中拖板与上拖板之间设有直线滚动导轨付和由伺服电机、联轴器、滚珠丝杠付组成的进给机构。
CCD检测装置是由CCD系统、物镜组、光源及Z向位置调节装置组成。
本发明是应用图像识别技术，集机床在线检测、在线补偿、砂轮在线修整及开放式多轴数字化控制的多功能精密磨削加工机床。该机床将图像识别技术用于精密曲线磨削的在线检测中，实现了精密检测和补偿的数字化控制；把直线电机用于砂轮往复运动，实现了往复行程、速度的精密控制。采用多功能复合运动数控工作台，使砂轮切削具有近似法向跟踪功能，实现了工件曲线轮廓加工一次成型的要求。
采用带有回转功能的精密十字工作台及多自由度的砂轮架等结构；配置精密CCD数码投影成像仪做在线检测；以及采用开放式多轴数字化控制。使该机床能实现数字化六轴控制，其中二轴插补，并可按加工需要扩至八轴。
采用直线电机，在使用中无磨损，无需进行传动件的维修；且直线电机采用线性位移反馈，全闭环控制，定位精度高，稳定性好，传动机构简单。
应用CCD检测系统，替代光学投影检测系统，使检测结果定量化，避免了人为辨别的偏差，提高了对工件的检测精度。
该机床充分利用开放式数控系统的优势，把多轴数字化控制与图像识别处理进行集成。因此，最多可控制八根轴，其中包括七个伺服旋转电机和一个伺服直线电机，最多可实现六轴联动，并能对控制轴进行不同的组合。
该机床为封闭结构，具有外形美观大方，人机适宜性强的特点。适用于各种精密复杂轮廓的加工，如凹凸模具、成型刀具、卡规、滚轮等。
                        附图说明
图1是本发明的立体示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是图2的右视图；
图4是工作台结构示意图；
图5是工作台回转座结构示意图；
图6是图5的左剖视图；
图7是砂轮架结构示意图；
图8是图7俯剖视图；
图9是滑座结构示意图.
                      具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至3所示，数字化曲线磨床由主机和辅机站两部分组成。主机为全封闭结构，床身1上右边为多功能的工作台6，左边为砂轮架3和滑座2，上部为CCD检测系统4，电柜9位于主机后侧，并与主机组成一体；辅机站上有吸尘装置、冷却装置、空气平衡及刹车控制站等，平组成一体。方便运输与安装调试。
全封闭罩8采用拼接式，各罩壳拼版既相互连接又与主机固定连接；全封闭罩8前右边设有电器操作控制箱10；前侧装外开式拉门12、左右两侧都有可向外打开的观察窗11，以便于工件安装与加工监测；封闭罩的顶部开有天窗，以便于主机吊运。
如图1，4，5，6所示，多功能的工作台6由回转座7、十字拖板13组成，其中十字拖板13位于回转座7上并与回转座7固定连接。其中，回转座7由回转机座29及回转拖板27组成，回转机座29与回转拖板27之间设有一个回转连接轴28；回转拖板27采用滑动式镶钢导轨结构，回转拖板27下面设有由伺服电机30、蜗轮蜗杆副31组成的进给机构。十字拖板13是由下拖板20、中拖板22、上拖板24(即工作台面)构成，下拖板20与中拖板22下导轨沿纵向X轴方向布置；中拖板22上导轨与上拖板24沿横向Y轴方向布置，下拖板20与中拖板22和中拖板22与上拖板24之间设有直线滚动导轨付23和由伺服电机25、联轴器26、滚珠丝杠付21组成的进给机构，回转导轨面用滑动拉罩加以保护。
台面的前部安装工件及附件。工作台纵(X轴)横(Y轴)向运动由CNC控制，作两轴插补运动，实现工件表面轮廓曲线的轨迹运动。
        X轴最大移动量        400mm
        Y轴最大移动量        100mm
        X、Y轴进给速度       0.1～1000mm/min、
        X、Y轴最小进给当量   0.0001mm/脉冲
        C轴移动量            ±30°
        C轴回转速度          0.1～1r/min
      C轴最小回转当量          0.001°/脉冲
工作台回转拖板27运动由CNC控制，为数控联动轴，实现加工的过程中砂轮跟部可被控制地避让，即加工的近似法向加工功能。
如图7至9所示，砂轮架3由砂轮架体壳53、底座46、滑板回转座51及往复滑板47组成，其中底座46固定连接在砂轮架滑座2上；往复滑板47位于滑板回转座51的前端，滑板47上装有砂轮托架49，滑板47内置有平衡气缸48和气动刹车器54，滑板47与滑板回转座51之间设有驱动滑板47上下往复运动的直线伺服电机50，砂轮体壳53内滑板回转座51上设有蜗轮蜗杆付52，用于调整砂轮往复回转角。
砂轮架3位于滑座2上，砂轮架滑板47上安装磨具。砂轮架滑板47的上下运动带动磨轮5作往复运动，由滑座2来带动磨轮作进给运动或对刀定位。
砂轮架3为多自由度体，可实现滑板47的上下往复(Z轴)运动，及分别绕两水平轴(X、Y轴)回转。
滑板47上下往复(Z轴)运动由CNC控制，为数控联动轴。
滑板47带动磨具作上下往复运动，实现对工件的侧平面的加工。绕两水平轴回转可实现工件的主后角及两侧后角的加工。
滑板47采用直线滚动式导轨结构，通过线性伺服电机直接带动滑板运动。
       Z轴往复行程              0～120mm
         Z轴往复次数            30～250次/mm
         Z轴最小进给当量        0.001mm/脉冲
         绕X轴回转量            -2～30°
         绕Y轴回转量            ±6°
砂轮架滑座2位于砂轮架3下，由下拖板40、中拖板41及上拖板43组成十字拖板，滑座2的纵向轴为U轴，横向轴为V轴，下拖板40与中拖板41、中拖板41与上拖板43之间设有直线滚动导轨付45和由伺服电机44、联轴器42、滚珠丝杠付55组成的进给机构。
滑座2纵(U轴)横(V轴)向运动由CNC控制，为数控联动轴，作砂轮5的对刀定位及补偿运动。
      U轴移动量               60mm
      V轴移动量               80mm。
      U、V轴进给速度          1～1000mm/min
      U轴最小进给当量         0.001mm/脉冲
CCD检测装置4是由CCD系统、物镜组、光源及Z向位置调节装置组成。
应用数码成像技术对加工过程进行采样分析，物镜组、CCD系统及反射光源装置组合成一体，为一独立结构。CCD系统及物镜位于机床上部，工件位于物镜下。反射光路采用直接反射法。通过细分技术使检测图像的最小鉴别率为0.001。
应用计算机技术，对CCD采集的图像进行数字化处理，将实际数据与计算机中的理论数据进行分析比较，得出误差结果，为自动补偿提供依据。在工件的加工过程中，实时对工件进行监控，同时计算机运用图像处理软件对其采集的图像进行处理分析，将工件实际采样图像与理论图像进行比较，小于或缺损时(即：过线)，则说明砂轮已被磨损，工件仍有余量，通知控制系统进行自动补偿，实现了在线精密检测和在线补偿的功能。应用CCD检测系统，替代光学投影检测系统，使检测结果定量化，避免了人为辨别的偏差，提高了对工件的检测精度。
本发明采用集图像识别技术的开放式多轴数字化控制系统。其核心是开放式，即系统各模块与运行平台的无关性、系统中各模块之间的互操作性和人机界面及通信接口的统一性。充分利用开放式数控系统的优势，把多轴数字化控制与图像识别处理进行集成。最多可控制八根轴，其中包括七个伺服旋转电机和一个伺服直线电机，最多可实现六轴联动，并能对控制轴进行不同的组合。
组合一：平面曲线加工
X、Y互为插补轴，执行工件加工轨迹运动；
C为联动轴，执行磨削近似法向跟踪运动；
U、V为联动轴，执行磨削加工补偿功能；
Z为联动轴，执行滑板上下往复运动；
组合二：磨圆加工
X、Y互为插补轴，执行工件加工轨迹运动；
C为联动轴，执行磨削近似法向跟踪运动；
U、V为联动轴，执行磨削加工补偿功能；
A为联动轴，执行工件旋转运动。
组合三：封闭曲线加工
X、Y互为插补轴，执行工件加工轨迹运动；
C为联动轴，执行磨削近似法向跟踪运动；
U、V为联动轴，执行磨削加工补偿功能；
Z为联动轴，执行滑板上下往复运动；
B为控制轴，执行垂直分度头回转运动。
组合四：卧式非圆加工
Y、A互为插补轴，执行工件非圆轨迹加工运动；
C为联动轴，执行磨削近似法向跟踪运动；
U、V为联动轴，执行磨削加工补偿功能；
X为联动轴，执行工件轴向加工运动。
组合五：立式非圆加工
Y、B互为插补轴，执行工件非圆轨迹加工运动；
C为联动轴，执行磨削近似法向跟踪运动；
U、V为联动轴，执行磨削加工补偿功能；
Z为联动轴，执行滑板上下往复运动；
X为控制轴，执行工件移位运动。
在多轴控制的同时，可对CCD的图像进行识别处理，并作出补偿要求，实现在线检测和在线补偿的功能。该系统可以通过工业主机上的网络端口，实现对整个机床进行远程监控和控制。

Claims (8)

1.一种数字化曲线磨床，由主机和辅机站两部分组成，其特征在于，所述主机为全封闭结构，床身(1)上右边设有多功能的工作台(6)，左边设有砂轮架(3)和滑座(2)，上部为CCD检测装置(4)，电柜(9)位于主机后侧，并与主机组成一体；所述辅机站上集有吸尘装置、冷却装置、空气平衡及刹车控制站平组成一体。
2.根据权利要求1所述的数字化曲线磨床，其特征在于，所述全封闭结构是采用拼接式全封闭罩(8)，各罩壳拼板之间相互连接并与主机固定连接；全封闭罩(8)前侧装有外开式拉门(12)、左右两侧均装有可向外打开的观察窗(11)。
3.根据权利要求1所述的数字化曲线磨床，其特征在于，所述多功能的工作台(6)由回转座(7)、十字拖板(13)组成，其中十字拖板(13)位于回转座(7)上并与回转座(7)固定连接。
4.根据权利要求1或3所述的数字化曲线磨床，其特征在于，所述多功能的工作台(6)中的回转座(7)由回转机座(29)、回转拖板(27)组成，回转机座(29)与回转拖板(27)间设有一个回转连接轴(28)；回转拖扳(27)下面设有伺服电机(30)、蜗轮蜗杆付(31)组成的进给机构。
5.根据权利要求1或3所述的数字化曲线磨床，其特征在于，所述多功能的工作台(6)中的十字拖板(1)是由下拖板(20)、中拖板(22)、上拖板即工作台面(24)构成，下拖板(20)与中拖板(22)下导轨沿纵向X轴方向布置；中拖板(22)上导轨与上拖板(24)沿横向Y轴方向布置，下拖板(20)与中拖板(22)和中拖板(22)与上拖板(24)之间设有直线滚动导轨副(23)和由伺服电机(25)、联轴器(26)、滚珠丝杠付(21)组成的进给机构。
6.根据权利要求1所述的数字化曲线磨床，其特征在于，所述砂轮架(3)由砂轮架体壳(53)、底座(46)、滑板回转座(51)及往复滑板(47)组成，其中底座(46)固定连接在砂轮架滑座(2)上；往复滑板(47)位于滑板回转座(51)的前端，滑板(47)上装有砂轮托架(49)，滑板(47)内置有平衡气缸(48)和气动刹车器(54)，滑板(47)与滑板回转座(51)之间设有驱动滑板(47)上下往复运动的直线伺服电机(50)，砂轮体壳(53)内滑板回转座(51)上设有蜗轮蜗杆付(52)。
7.根据权利要求1所述的数字化曲线磨床，其特征在于，所述砂轮架滑座(2)位于砂轮架(3)下，由下拖板(40)、中拖板(41)及上拖板(43)组成十字拖板，滑座(2)的纵向轴为U轴，横向轴为V轴，下拖板(40)与中拖板(41)、中拖板(41)与上拖板(43)之间设有直线滚动导轨付(45)和由伺服电机(44)、联轴器(42)、滚珠丝杠付(55)组成的进给机构。
8.根据权利要求1所述的数字化曲线磨床，其特征在于，所述CCD检测装置(4)是由CCD系统、物镜组、光源及Z向位置调节装置组成。
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