WO2012126378A1 - 珩磨机主轴往复随动控制装置 - Google Patents

Description

说 明 书 珩磨机主轴往复随动控制装置

所属技术领域

本发明涉及一种珩磨机床， 特别是珩磨机主轴往复随动控制装置。 背景技术

珩磨机床主轴的在珩磨过程中需要做来回往复运动， 珩磨机床主轴往 复数字控制的技术是珩磨机床的核心制造技术， 它决定了珩磨机床的性能 以及珩磨工艺水平的高低。

目前， 高档的珩磨机床的主轴往复运动已经实现数控， 其主轴往复运 动液压缸的换向控制系统的控制驱动方法有两种， 其一是采用电液伺服比 例阀和主轴位移传感器组成的电液位置换向闭环控制驱动系统， 实现主轴 换向的数控； 其二是采用特殊的珩磨专用转阀， 将机床主轴的往复直线运 动转换成阀内控制部件的旋转运动， 阀的先导控制部分在电机驱动下转动， 与主轴往复产生的转动通过特殊的机构构成旋转机液位置闭环， 再由转阀 控制器的电器接口， 实现主轴换向的数控。

上述两种主轴换向控制系统中， 电液伺服比例阀和主轴位移传感器组 成的电液位置换向闭环控制系统， 其电液伺服比例阀昂贵且对使用条件较 苛刻； 而采用特殊的珩磨专用转阀的换向控制系统， 其需要将主轴的线性 运动转变成旋转运动和复杂的旋转机液位置闭环系统， 使换向控制系统的 生产成本大大提高， 同时也使得系统的调试、 维护保养非常繁琐。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷， 提供一种利用数控装置控 制机械液压伺服阀的动作， 实现珩磨机床的主轴往复运动的速度、 位置、 换向的随动控制， 即采用数控机械位置闭环和线性机械液压伺服阀组成的 液压位置闭环， 组成珩磨机床的主轴往复运动的速度、 位置、 换向可控的 珩磨机主轴往复随动控制装置。

本发明的技术方案： 包括床身、 安装在床身上的珩磨机主轴系统、 液 压换向系统和控制系统， 其特征在于珩磨机的液压换向系统包括主轴液压 缸和控制主轴液压缸往复移动的机械液压伺服阀， 机械液压伺服阀中的阀 体通过连接机构与主轴液压缸中的活塞杆相连， 机械液压伺服阀中的阀芯 与连接件相连， 连接件固定安装在转换机构上， 转换机构通过带位置检测 的伺服电机驱动控制系统进行控制。

在上述床身上安装有直线导轨， 连接件或转换机构安装在直线导轨上。 上述机械液压伺服阀中的阀体与主轴液压缸中的活塞杆相连的连接机 构是由随主轴移动的移动件和安装在移动件上的连接件组成， 连接件与机 械液压伺服阀中的阀体相连。

上述机械液压伺服阀中的阀体与主轴液压缸中的活塞杆相连的连接机 构是由安装在主轴液压缸中的活塞杆顶端的主轴箱和安装在主轴箱上的连 接件组成， 连接件与机械液压伺服阀中的阀体相连。

上述转换机构是由固定安装在床身上的伺服电机、 安装在伺服电机输 出端的主动齿形带轮、 安装在床身上的与主动齿形带轮相对应的被动齿形 带轮及安装在主动齿形带轮、 被动齿形带轮之间的齿形皮带组成， 连接件 的一端与机械液压伺服阀中的阀芯相连， 另一端固定在齿形皮带上， 连接 件与直线导轨相配连接， 且可沿直线导轨滑动， 伺服电机通过控制系统进 行控制。

上述转换机构也可以是由固定安装在床身上的伺服电机、 安装在伺服 电机输出端的主动链轮、 安装在床身上的与主动链轮相对应的被动链轮及 安装在主动链轮、 被动链轮之间的链条组成， 连接件的一端与机械液压伺 服阀中的阀芯相连， 另一端固定在链条上， 连接件与直线导轨相配连接， 且可沿直线导轨滑动， 伺服电机通过控制系统进行控制。

上述转换机构还可以是由固定安装在床身上的伺服电机、 安装在伺服 电机输出端的丝杠和与丝杠相配的螺母组成， 连接件的一端与机械液压伺 服阀中的阀芯相连， 另一端与螺母相连， 连接件与直线导轨相配连接， 且 可沿直线导轨滑动， 伺服电机通过控制系统进行控制。

上述转换机构甚至还可以是由安装在床身上的直线电机组成， 连接件 的一端与机械液压伺服阀中的阀芯相连， 另一端与直线电机中的直线移动 件相连， 直线电机通过控制系统进行控制。。 本发明的特点是：

1、本发明利用数控驱动装置控制机械液压伺服阀阀芯的移动，可实现 主轴液压缸的速度、 位置、 换向的随动控制， 即采用数控机械位置闭环和 线性机械液压伺服阀组成的液压位置闭环， 实现液压缸的速度、 位置、 换 向的数字控制功能。

2、 采用机床中广泛使用的检测和设定直线位移的数控装置作为先导控 制单元， 将具有线性机械特性的机械液压伺服阀作为随动单元， 形成完全 独立的两套位置闭环单元， 前者采用电信号位置闭环， 后者通过机械液压 伺服阀的随动特性， 对系统的调试可以采用将电气和液压分别进行调试的 方法， 降低了调试工作的难度， 也便于出现问题时迅速找到问题的所在。

与现有高档的往复运动数控装置相比， 本发明不需要昂贵、 对使用条 件较苛刻的电液伺服比例阀， 而且能将目前一个电液位置闭环拆分成数控 机械位置闭环与线性机液伺服阀组成的液压位置闭环， 即将一个复杂的位 置闭环拆分成两个相对简单的位置闭环， 使系统的调试变得简单， 提高了 系统工作的可靠性， 降低了对使用人员的技术要求以及系统的组成成本。

与采用特殊的珩磨专用转阀的数控方法相比， 由于采用较常用的线性 机械液压伺服阀代替了珩磨专用转阀， 珩磨主轴的线性运动直接与阀芯的 线性运动构成随动位置闭环， 不需要将主轴的线性运动转变成旋转运动， 更不需要复杂的旋转机液位置闭环， 其工作原理、 驱动和反馈方式、 机械 结构等完全不同， 并且由于机械液压伺服阀的结构简单， 降低了构成系统 的成本， 并提高了系统维护的方便性。

3、 本发明中采用线性性能好的机械液压伺服阀作为机械力的放大机 构， 可以驱动较大负载， 应用范围也不仅仅局限于珩磨机床的主轴往复驱 动控制， 还适用于其他需要数控和液压驱动的各种场合。 配用的机械液压 伺服阀可以是双边滑阀也可以是四边滑阀。

4、 本发明所用的电控和机械液压伺服元件已在机床控制领域广泛使 用， 因此价格低廉、 可靠性高， 在同样的位置控制精度和换向响应速度等 技术条件下， 其价格只有进口的电液伺服比例阀和专用换向转阀的 1/3— 1/5， 同时为位置控制精度和换向响应速度等技术条件要求高的高档液压换 向数控驱动装置， 提供了一种结构简单、 控制可靠、 价格低廉、 便于调整、 操作和维护的珩磨机液压往复运动随动控制装置。 本装置通过实验证明， 可满足高档珩磨机床对主轴往复驱动控制的要 求， 是替代进口电液伺服比例阀和专用转阀的理想装置， 对我国珩磨机床 的发展具有重大实用意义。

附图说明

附图 1为本发明实施例 1的结构示意图；

附图 2为本发明实施例 2的结构示意图；

附图 3为本发明实施例 3的结构示意图；

附图 4为本发明实施例 4的结构示意图。

具体实施方式

实施例 1：

如图 1所示， 带动珩磨机主轴往复移动的主轴液压缸 10、 伺服电机和 保证连接件 5上下移动稳定性的直线导轨 6，直线导轨 6安装在珩磨机的床 身上， 连接件 5安装在直线导轨上， 珩磨头 15安装在连接机构 13的下端。 图中所示的 1为数字控制器、 2为伺服驱动器、 8为伺服电机， 数字控制器、 伺服驱动器和伺服电机通过电缆相连， 根据液压缸 10的位移需要， 通过数 字控制器进行设定， 液压系统的压力是通过液压泵 9提供。

工作时， 根据所设定的程序， 伺服驱动器发出指令使伺服电机顺时针 旋转， 通过安装在伺服电机输出轴上的主动齿形带轮 7、与主动齿形带轮配 套的被动齿形带轮 3 和安装在主动齿形带轮、 被动齿形带轮之间的齿形皮 带 4组成的往复驱动机构和固定在齿形带上的连接件 5，将伺服电机的旋转 运动转变为连接件 5 的直线运动， 从而带动与连接件相连的机械液压伺服 阀中的阀芯 14向下移动， 接通液压缸的向下通路， 使液压缸中的活塞杆 11 向下移动， 带动珩磨机主轴及安装在主轴上的珩磨头 15向下移动。 在活塞 杆 11 向下移动的同时， 通过连接活塞杆和机械液压伺服阀中的阀体 12的 连接机构 13， 带动机械液压伺服阀中的阀体 12向下移动， 带动阀体跟随阀 芯向下移动。 当珩磨头移动到设定位置时， 数字控制器发出指令， 同样通 过伺服驱动器使伺服电机逆时针转动， 带动机械液压伺服阀中的阀芯 14向 上移动， 接通液压缸的向上通路， 使活塞杆换向向上移动， 带动阀体跟随 阀芯向上移动， 从而构成了由伺服电机、 阀芯、 活塞杆、 阀体和连接件组 成的液压往复随动系统。 上述液压往复随动系统循环往复上下移动时， 就带动珩磨头 15对被加 工工件进行珩磨加工。

实施例 2 :

如图 2所示， 在实施例 1 的基础上， 将安装在伺服电机输出轴上齿形 带组成的转换机构变为链条， 即在伺服电机输出轴上安装有主动链轮 18、 与主动链轮相对应的被动链轮 16及安装在主动链轮、 被动链轮之间的链条 17组成的转换机构， 连接件 5的一端与机械液压伺服阀中的阀芯 14相连， 另一端固定在链条上。 其他部分与实施例 1相同。

实施例 3 :

如图 3所示， 在实施例 1 的基础上， 将安装在伺服电机输出轴上齿形 带组成的转换机构变为丝杠、螺母， 即在伺服电机输出轴上安装有丝杠 19， 丝杠螺母 20与连接件 5相连， 连接件 5的一端与机械液压伺服阀中的阀芯 相连， 另一端与螺母相连， 其他部分与实施例 1相同。

实施例 4:

如图 4所示， 在实施例 1的基础上， 将安装在伺服电机输出轴上齿形 带组成的转换机构变为直线电机 21，连接件 5的一端与机械液压伺服阀中 的阀芯相连，另一端与直线电机中的直线移动件 22相连，其他部分与实施 例 1相同， 直线电机通过数字控制器 1和伺服驱动器 2进行控制。

Claims

权 利 要 求 书

1. 一种珩磨机主轴往复随动控制装置， 包括床身、 安装在床身上的 珩磨机主轴系统、 液压换向系统和控制系统， 其特征在于珩磨机的液压换 向系统包括主轴液压缸 （10 ) 和控制主轴液压缸往复移动的机械液压伺服 阀， 机械液压伺服阀中的阀体 （12 ) 通过连接机构与主轴液压缸中的活塞 杆 （11 ) 相连， 机械液压伺服阀中的阀芯 （14) 与连接件 （5) 相连， 连接 件 （5) 固定安装在转换机构上， 转换机构通过控制系统进行控制。

2. 根据权利要求 1所述的珩磨机主轴往复随动控制装置， 其特征在于 在上述床身上安装有直线导轨 （6 ) ， 连接件 （5 ) 或转换机构安装在直线 导轨上。

3. 根据权利要求 1所述的珩磨机主轴往复随动控制装置， 其特征在于 上述机械液压伺服阀中的阀体 （12 ) 与主轴液压缸中的活塞杆相连的连接 机构是由随主轴移动的移动件和安装在移动件上的连接件组成， 连接件与 机械液压伺服阀中的阀体相连。

4. 根据权利要求 1所述的珩磨机主轴往复随动控制装置， 其特征在于 上述机械液压伺服阀中的阀体 （12 ) 与主轴液压缸中的活塞杆相连的连接 机构是由安装在主轴液压缸中的活塞杆顶端的主轴箱和安装在主轴箱上的 连接件组成， 连接件与机械液压伺服阀中的阀体相连。

5. 根据权利要求 1或 2或 3所述的珩磨机主轴往复随动控制装置， 其 特征在于上述转换机构是由固定安装在床身上的伺服电机 （8) 、 安装在伺 服电机输出端的主动齿形带轮 （7) 、 安装在床身上的与主动齿形带轮相对 应的被动齿形带轮 （3 )及安装在主动齿形带轮、 被动齿形带轮之间的齿形 皮带 （4) 组成， 连接件 （5 ) 的一端与机械液压伺服阀中的阀芯 （14) 相 连， 另一端固定在齿形皮带上， 连接件 （5 ) 与直线导轨相配连接， 且可沿 直线导轨滑动， 伺服电机通过控制系统进行控制。

6. 根据权利要求 1或 2或 3所述的珩磨机主轴往复随动控制装置， 其 特征在于上述转换机构是由固定安装在床身上的伺服电机 （8) 、 安装在伺 服电机输出端的主动链轮 （18 ) 、 安装在床身上的与主动链轮相对应的被 动链轮 （16 ) 及安装在主动链轮、 被动链轮之间的链条 （17 ) 组成， 连接 件 （5) 的一端与机械液压伺服阀中的阀芯 （14) 相连， 另一端固定在链条 上， 连接件 （5) 与直线导轨相配连接， 且可沿直线导轨滑动， 伺服电机通 过控制系统进行控制。

7. 根据权利要求 1或 2或 3所述的珩磨机主轴往复随动控制装置， 其 特征在于上述转换机构是由固定安装在床身上的伺服电机 （8) 、 安装在伺 服电机输出端的丝杠 （19) 和与丝杠相配的螺母 （20) 组成， 连接件 （5 ) 的一端与机械液压伺服阀中的阀芯 （14) 相连， 另一端与螺母 （20) 相连， 连接件 （5 ) 与直线导轨相配连接， 且可沿直线导轨滑动， 伺服电机通过控 制系统进行控制。

8. 根据权利要求 2或 3所述的珩磨机主轴往复随动控制装置， 其特征 在于上述转换机构是由安装在床身上的直线电机 （21 ) 组成， 连接件 （5 ) 的一端与机械液压伺服阀中的阀芯 （14) 相连， 另一端与直线电机中的直 线移动件 （22 ) 相连， 直线电机通过控制系统进行控制。