CN201040357Y - 用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置，包括安装板(1)、锁紧板(2)、支架(4)、转臂(5)、可调顶杆(6)和传感器(10)，转臂(5)通过铰链连接在支架(4)上，并用连接螺钉(8)固定，可调顶杆(6)固定在转臂(5)上，安装板(1)、锁紧板(2)、支架(4)、转臂(5)、可调顶杆(6)构成一体随砂轮架移动，传感器(10)通过角铁(9)固定在床身导轨的侧面，可调顶杆(6)与传感器(10)的测头(24)中心相对，传感器(10)与数字面板表(⑤)电连接；通过传感器测量砂轮架的位移变化，可在切削过程中对设定的切削终点自动定位和自动退刀，装置的最高分辨力为0.1μm。

Description

用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置

技术领域

本实用新型涉及一种定位装置，特别涉及用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置。

背景技术

公知的磨削加工过程获得最终尺寸的定位方法有多种：(1)机械定位，传统的方法是靠横进给手轮刻度和挡块确定砂轮架的切深位置，因机械传动误差大，尺寸分散带不小于0.01mm，如附以光栅尺可避免传动误差，提高定位精度；(2)数控装置定位，目前只是加工效率高，不能提高定位精度；(3)自动定寸装置，在磨削过程中直接测量工件尺寸变化，其定位精度高，但仅适用于如轴承行业的大批量生产，且由于需在工作台上安装一个测量架，对经常变化品种的成批生产不适用，我国中原量仪厂和意大利马波斯(MARPOSS)公司生产的“外磨主动测量装置”均属于该类；(4)用传感器位移信号定位，见中国专利87215571，它避免了机械传动误差，提高了定位精度，但在切削终点未能实现自动定位和自动退刀。

发明内容

为了克服现有技术中定位精度低，切削终点不能实现自动定位和自动退刀的不足，本实用新型提供一种用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置，包括传感器10，其特征在于：还包括安装板1、锁紧板2、支架4、转臂5和可调顶杆6，在砂轮架导轨侧面同方向上固定安装板1，安装板1有导向槽，支架4底部有与安装板1导向槽相配的导向键，支架4可在安装板1上滑动，定位后由锁紧板2上的两个螺钉7锁紧，转臂5通过铰链连接在支架4上，并用连接螺钉8固定，可调顶杆6固定在转臂5上，装板1、锁紧板2、支架4、转臂5、可调顶杆6构成一体随砂轮架移动，传感器10通过角铁9固定在床身导轨的侧面，可调顶杆6与传感器10的测头24中心相对，传感器10与数字面板表⑤电连接。

所述的传感器10为双向对称测头，两个相同的测头24与铁心17组装压入，在测头24与铁心17外围顺次套入初级骨架16、次级骨架15和套筒14，两测头24上分别装有锥形螺旋弹簧18，穿入连接在左端盖12和右端盖19的轴承20孔中，并用六个螺钉25将左端盖12和右端盖19锁紧在次级骨架15的左右端面上，放入外壳13左端孔中，外壳13左端孔由螺盖11封口，外壳13右端面由两个平端紧定螺钉21顶紧右端盖19，使左端盖12与螺盖11的右端面贴牢，圆形插座22放在外壳13右端的安装孔中，由四个螺钉23锁紧。

所述的数字面板表⑤设定定位“粗磨”、“粗转精”、“尺寸到”信号，三个定位切换信号由数字的横笔划a、横笔划d和横笔划g表示，切削终点固定在数字面板表⑤的零点，横笔划g控制“尺寸到”的自动定位和自动退刀。

所述的测头24、轴承20以及锥形螺旋弹簧18采用不导磁材料。

本实用新型的有益效果是：由于采用的面板表最高分辨力为0.1μm，比现有生产量具高出一个数量级，因此提高了磨床的定位和加工精度。由于采用了传感器和可调顶杆设定“尺寸到”的切换信号，可实现切削终点自动定位和自动退刀。

附图说明

图1是本实用新型磨削过程自动定位装置示意图。

图2是本实用新型磨削过程自动定位装置与工件位置示意图。

图3是本实用新型磨削过程自动定位装置传感器结构示意图。

图4是本实用新型磨削过程自动定位装置电路图。

图中1.安装板，2.锁紧板，3.小螺钉，4.支架，5.转臂，6.可调顶杆，7.锁紧螺钉，8.连结螺钉，9.角铁，10.传感器，11.螺盖，12.左端盖，13.外壳，14.套筒，15次级骨架，16.初级骨架，17.铁心，18.锥形螺旋弹簧，19.右端盖，20.轴承，21平端紧定螺钉，22.圆形插座，23.锁紧螺钉，24.测头，25.锁紧螺钉，①.直流电源，②.多谐振荡器，③差动变压器，④差动整流电路，⑤.数字面板表，⑥.电压比较器，⑦、⑧、⑨.功率接口。

具体实施方式

参照图1～4，本实用新型包括支架4、转臂5、可调顶杆6和传感器10，支架4固定在砂轮架上，转臂5通过铰链连接在支架4上，可调顶杆6固定在转臂5上，支架4、转臂5、可调顶杆6可以随砂轮架移动，传感器10固定在床身上，恒定。工件的轴线为x坐标，砂轮进给方向为y坐标，合格样件的半径为r，可调顶杆6端面至工件回转中心的距离为y，最终磨削位置就可间接地表示为l_m，它是可调顶杆6端面至合格样件直径的距离，即l_m＝y-r。在一批零件加工中，如不考虑砂轮磨损和机床等原因带来的误差，该l_m应为定值，该值与传感器测头位移有关，可由数字面板表的显示数来模拟。故l_m的表头显示代表了合格样件的尺寸，是精密仿制零件的依据。如将该显示数定为零，被加工零件的尺寸偏差就可在零的上下变化。仪器的分辨力越高，零位偏差就可控制得越小，零件的制造精度也就必然提高。

在砂轮架导轨侧表面上固定一块其上制出导向槽的安装板1，与底部制出导向键的支架4相配，两者间可滑动，取任何位置，由锁紧板2上的两个锁紧螺钉7锁紧，构成与砂轮架为一体的移动件。在支架4的铰链孔中连接转臂5，其上安装可调顶杆6，可调顶杆6是刻度值为0.01mm测微头，支架4和可调顶杆6的位置改变，均可使加工直径增大或缩小，支架4用于大范围调整，顶杆6则用于小范围调整。另外，在砂轮架导轨的侧面通过角铁9安装传感器10，它与床身成为一体，是一个不动件。当砂轮架移动时，可调顶杆6碰触传感器测头24，其位移便产生电信号，显示在数字面板表上。调整加工直径尺寸前，应松开支架4，让开砂轮架快进的距离，一般为20mm，调整好后必须用锁紧螺钉7锁紧支架4，用连接螺钉8锁紧转臂5，以防加工时松动。小螺钉3调整转臂5，使可调顶杆6与测头24对中。机床停止工作后，应将转臂5从水平位置转到垂直位置，以防他人动用机床的快进时碰伤传感器。

传感器10的行程从对称中心算为±1mm，是一个不放大位移信号可分辨0.1μm的差动变压器。其结构特征是：双向对称测头，两个相同的测头24与铁心17是组装压入件，它由两端的锥形螺旋弹簧18支承、定心并产生测力。差动变压器初级与次级由初级骨架16和次级骨架15绕制，初级骨架16用Φ0.13漆包线双线并绕约500匝，次级骨架15上的两个次级，用Φ0.07漆包线各自乱绕1400匝。当初级线圈通电后，在铁心17中产生磁束，经气隙、左端盖12、套筒14、右端盖19、气隙构成闭合磁路，以上各构件的材料均为工业纯铁TD5。为防止磁束向壳外散发，在左端盖12与右端盖19的中心采取了防漏磁措施，其方法是两个测头24与支承它的两个轴承20都采用不导磁材料，本传感器采用防磁不锈钢1Cr18Ni9Ti。在左端盖12和右端盖19各被六个螺钉25锁紧后，两锥形螺旋弹簧18被压缩，铁心17就只能移动而不会转动，锥形螺旋弹簧18采用不导磁弹性材料，本传感器采用磷青铜丝。传感器的外部由螺盖11与外壳13包容，它也起屏蔽作用。传感器经装配试验达到要求后，放入外壳13的孔中，然后将螺盖11旋入外壳13的螺孔中，直至两螺纹对齐为止，此后使传感器下垂，由重力造成左端盖12贴在螺盖11的右端面，这时从外壳13的右端面旋入两个平端紧定螺钉21，使其顶紧在右端盖19的表面，传感器与外壳就固牢为一体，然后再将圆形插座22放入外壳13的安装孔中，并由4个螺钉23锁紧。

由ZL1整流的直流电源①，先经集成稳压器7909稳压成-9V供给多谐振荡器②，再经集成稳压器7905稳压成-5V供给数字面板表⑤与电压比较器⑥。多谐振荡器②产生约2000Hz的近似方波，提供给差动变压器③的初级线圈激磁，其两次级产生的脉动感应电压，经差动整流电路④变成直流差动电压信号，不经放大直接供给数字面板表⑤，显示出传感器的位移量变化。数字面板表⑤选用UP311型3¹/₂位数字面板表，最大显示值为±199.9mv，只显“-”号，省略“+”号。¹/₂位的a、g、d三横笔全部利用，上下两横笔即a笔与d笔由电压比较器⑥的输出电平控制其通断，中间一横笔g为面板表原有的负极性显示符号，由表内的逻辑电平控制。改变两个锥形螺旋弹簧18的长度，使铁心17在自由状态下，面板表⑤数字不超出量程199.9mv，例如99.8mv，通电后则出现

的亮笔画。电压比较器⑥选用LM339，工作电压为5V，芯片内部有4个电压比较器，其输出标以1_out～4_out，每个电压比较器可设定一个参考电压，当传感器连续位移的信号电压超越参考电压时，便产生开关动作，因此，参考电压就起到了自动定位的作用。电压比较器1_out～4_out输出和负极性显示输出的信号电平都很小，需通过功率接口⑦、⑧、⑨转换才能控制高电压、大电流的感性负载KM。信号转换利用光电隔离器MOC3081，高电压、大电流的控制使用晶闸管。

UP311数字面板表⑤的最大显示值为±199.9mv，其小数点后的末位变化一字为0.1mv，如将传感器10从对称中心向两端位移调整成±199.9μm与±199.9mv相对应，其小数点后末位变化一字为0.1μm。本控制仪采用中原量仪厂生产的BCT-5C微动测量台分高低两档校准。高档分辨力为0.1μm，小数点在末位前亮，由电位器W₃调出，开关K₂断开；低档分辨力为0.5μm，小数点在1/2位后亮，由电位器w₂调出，开关K₂合上。高档在±1000字(±100μm)变化范围内各有1字(0.1μm)示值误差；低档在±200字(±100μm)变化范围内极少出现1字(0.5μm)示值误差。将传感器测头接触测量台面，反复抬起落下测头10次，高档的重复误差为±0.1μm，低档无变化。利用高档将传感器预热30分钟后，移动测头使其停在面板表显示数为

位置，仪器与传感器各部综合的4小时零漂小于1μm。将校准后的控制装置装在机床上，其仪器电箱面对操作者放在机床外或砂轮架上都可正常工作，不会因机床运转出现数字面板表⑤数字闪动，电机启动和停止瞬间除外。

外圆磨床大多设置切入磨半自动循环，该加工循环一般由粗磨→粗转精→尺寸到三个切削阶段所组成，各段的切换都是由行程开关控制的。手动切入磨靠手轮进给，定位靠刻度和挡块，粗精加工没有严格的分段，靠人为控制。本实用新型也按手动进给或自动进给的加工方式，设置了“粗磨”、“粗转精”、“尺寸到”三个切换点的控制信号，用以代替行程开关，以及手轮刻度和挡块的定位功能。这三个切换点由数字面板表⑤¹/₂位a、g、d三个横笔划的亮(通电)、灭(断电)来表示，其中横笔划a代表“粗磨”，横笔划d代表“粗转精”，横笔划g代表“尺寸到”。

“粗磨”与“粗转精”的切换信号由电压比较器提供。电压比较器⑥选用LM339，其芯片内部有4个电压比较器，控制“粗磨”与“粗转精”取其中的任意两个。如将1_out与2_out按常闭(输出为“1”)接线，3_out与4_out按常开(输出为“0”)接线，就可根据实际控制需要选用两个常开、两个常闭，或一开一闭的组合。

1_out与2_out的参考电压，可通过外接电位器W₄与W₅调整成V_R1与V_R2，而输入电压则取自传感器位移变化的模拟信号in。电压比较器输出信号1_out和2_out的电流和电压都很小，必须通过功率接口⑦、⑧才能推动机床执行电器动作。

“尺寸到”的切换信号由数字面板表⑤的负极性显示笔划g表示，它能够直接与功率接口⑨耦合推动机床执行电器动作。笔划g由数字信号控制，出现在极性转变的过零点，只在0⁺与0^-之间变化，且该UP311数字面板表⑤内部设置了自动稳零线路，零点基本稳定，如用电压比较器⑥将参考电压调零就达不到上述效果。显然，笔划g的定位误差随仪表分辨力的提高而减少，例如，低档取0.5μm，其定位误差＜0.5μm，高档取0.1μm，其定位误差＜0.1μm。因此本实用新型设计的控制仪，其本身的定位误差可以小到不必考虑，据此，确实达到了亚微米级自动定位精度。

功率接口⑨输出端串接的常闭按钮SB，是原机床设置的砂轮快退按钮，横笔g在点亮时也是常闭的，即功率接口的输出为常闭状态，两个常闭状态的开关串接可各行其事，因而保留了原机床手按电钮的退刀功能。

磨削工序的半径留磨量通常小于0.15mm，粗磨切深约占0.14mm，精磨约占0.01mm。数字面板表⑤的显示数字为±1999，只利用-1999～0段，0～+1999段闲置。当分辨力为0.1μm时，显示数1999相当于0.2mm，分辨力为0.5μm时，相当于1mm，因此无论采用高档或低档，都可将留磨量包容并分摊在各切削段内。以低档分辨力0.5μm为例，如将“粗磨”开始安排在d^+0.300处，则可将数字面板表⑤的横笔a调成在切深至

时熄灭，另将“粗转精”设定在d^+0.020处，则可将数字面板表⑤的横笔划d调成在切深

时熄灭，再将“尺寸到”设定在d^0.000处，则数字面板表⑤的横笔划g，必在切深至后熄灭。如按以上设定，横笔a、g、d在通电后都是常闭的，在切换点断电。横笔a、d亦可按需要采用其它开闭组合，但g不能变，只能常闭在过零点熄灭。

半自动切入磨靠机床设置的半自动工作循环进给，本实用新型可代替原设行程开关推动执行电器动作。将控制仪接入220V电源，数字面板表⑤显示

量程以内的任何数。横笔划a、g、d全亮，但必须断开各功率接口，传感器测头24与顶杆6也要脱离。按快进电钮引进砂轮，用手轮操作试切一个合格样件，取中差，合格后径向不退出砂轮，但允许砂轮沿工件轴向移动或卸下工件，在此位置调整可调顶杆6，使传感器测头24移动，直至数字面板表⑤显示

时为止，然后接通功率接口⑦、⑧、⑨，就可代替行程开关实现切入磨半自动循环。在正式加工零件时，只要横笔a灭，就可启动“粗磨”进给，横笔d灭可启动“粗转精”进给，横笔g灭停止进给，经机床原设的无火花延时后砂轮自动退出。尺寸有偏差可重新调整。

手动切入磨靠手动进给，1_out与2_out的输出只与横笔a与横笔d连接，功率接口⑦与⑧断开，横笔a与横笔d的亮灭只作判断切削段的改变之用。横笔g与功率接口⑨连接，用以控制“尺寸到”的自动定位和自动退刀动作。原设机械定位挡块仍可用，用其限定手动进给的停止点，大约超越“尺寸到”2～3μm就可以了，因为在超越量前的零点砂轮已退出，故超越量不影响预定的切削尺寸。

当“尺寸到”位置由试切的合格样件确定后，手动切入磨的加工操作是：安装工件→按快进电钮引进砂轮→手动连续进给横笔a灭→横笔d灭后减慢进给速度→切深显示时停进砂轮2～3秒后再进→手轮碰定位挡块，此前砂轮已退出→逆时针摇手轮一转角，让出一批零件的最大余量。

上述操作过程与习惯操作法完全相同。其中提到切深达

时暂停进给，其目的是消除工艺系统变形，利用这一时间磨掉不均匀余量。此时亦可将砂轮微微后退再前进，这种探戈式磨法其效果更好。

砂轮磨钝后工件尺寸增大的补偿。当工件加工到某一数量后，砂轮将开始变钝，出现工件尺寸逐渐增大的规律，如不及时采取措施纠正，个别零件就有可能超出尺寸分散带。以下措施可使增大的尺寸回落：不装工件，按快进电钮引进砂轮，手进给止于“粗转精”信号熄灭并记下面板表⑤的显示数，由该数退可调顶杆6一个半径尺寸增大量，再重新装工件加工，尺寸就会向分散带中间移动。如砂轮磨损严重，钝不可切，尺寸分散就无规律可循，这时只有重新修整砂轮。修整后重新试切一个合格样件，重新确定“尺寸到”位置，此后可按步骤继续加工零件。

综上所述，本实用新型所采取的提高加工精度措施，无论对工厂现役磨床还是新出厂的磨床都适用。

Claims (4)

1.一种用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置，包括传感器(10)，其特征在于：还包括安装板(1)、锁紧板(2)、支架(4)、转臂(5)和可调顶杆(6)，在砂轮架导轨侧面同方向上固定安装板(1)，安装板(1)有导向槽，支架(4)底部有与安装板(1)导向槽相配的导向键，支架(4)可在安装板(1)上滑动，定位后由锁紧板(2)上的两个螺钉(7)锁紧，转臂(5)通过铰链连接在支架(4)上，并用连接螺钉(8)固定，可调顶杆(6)固定在转臂(5)上，安装板(1)、锁紧板(2)、支架(4)、转臂(5)、可调顶杆(6)构成一体随砂轮架移动，传感器(10)通过角铁(9)固定在床身导轨的侧面，可调顶杆(6)与传感器(10)的测头(24)中心相对，传感器(10)与数字面板表(⑤)电连接。

2.根据权利要求1所述的用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置，其特征在于：所述的传感器(10)为双向对称测头，两个相同的测头(24)与铁心(17)组装压入，在测头(24)与铁心(17)外围顺次套入初级骨架(16)、次级骨架(15)和套筒(14)，两测头(24)上分别装有锥形螺旋弹簧(18)，穿入连接在左端盖(12)和右端盖(19)的轴承(20)孔中，并用六个螺钉(25)将左端盖(12)和右端盖(19)锁紧在次级骨架(15)的左右端面上，放入外壳(13)左端孔中，外壳(13)左端孔由螺盖(11)封口，外壳(13)右端面由两个平端紧定螺钉(21)顶紧右端盖(19)，使左端盖(12)与螺盖(11)的右端面贴牢，圆形插座(22)放在外壳(13)右端的安装孔中，由四个螺钉(23)锁紧。

3.根据权利要求1所述的用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置，其特征在于：所述的数字面板表(⑤)设定定位“粗磨”、“粗转精”、“尺寸到”信号，三个定位切换信号由数字的横笔划a、横笔划d和横笔划g表示，切削终点固定在数字面板表(⑤)的零点，横笔划g控制“尺寸到”的自动定位和自动退刀。

4.根据权利要求2所述的用于外圆磨床的磨削过程自动定位装置，其特征在于：所述的测头(24)、轴承(20)以及锥形螺旋弹簧(18)采用不导磁材料。

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