专利名称：大螺距弧面螺杆棒的加工装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机床的零件、部件或附件，特别是指一种用于油船加油泵的大螺距弧面螺杆棒的加工装置。
背景技术：
油船在执行工农业以及多样化军事任务中，充当着后勤保障的重要角色一油料保障。由于油船的频繁使用，就使得油船加油泵的主要部件磨损严重。油船加油泵的主要部件是大螺距弧面螺杆棒，而大螺距弧面螺杆棒不仅螺距大(24 88mm)，而且螺纹的壁面是由正反两个弧面形成。在加工大螺距弧面螺杆棒的过程中，传统的方法是通过铸造出大体的螺杆形状，然后采用手工切削和磨，从而达到要求的精度和光洁度。虽然采用手工加工工序能够完成对工件的加工，但手工加工工序存在着加工精度和光洁度难以保证，而且效率低下的缺陷。 发明内容本实用新型所要解决的技术问题就在于针对现有大螺距弧面螺杆棒加工存在的缺陷，提供一种对经济型数控机床进行改进采用由机床拖板带动运行的铣刀和弧面砂轮对由夹具固定的螺杆棒进行大螺距弧面机械加工并配备位置检测反馈的闭环控制系统装置结构的大螺距弧面螺杆棒的加工装置。本实用新型的大螺距弧面螺杆棒的加工装置对经济型数控机床进行改进，由夹具、主轴电机、弧面砂轮、顶针、光电盘、机床拖板、齿轮箱、机床丝杠、单片机、接口电路和步进电机组成，夹具的一端与主轴电机连接另一端与装在光电盘上的顶针相对，夹具与顶针之间为螺杆棒放置位置，机床丝杠设置于夹具与顶针中心连线的平行线上，在机床丝杠上设置垂直于夹具与顶针中心连线位于机床丝杠与螺杆棒之间的可伸缩的机床拖板，机床拖板的顶端安装有弧面砂轮，光电盘通过线路与单片机连接，单片机再通过接口电路与步进电机连接，步进电机带动齿轮箱连接到机床丝杠。主轴电机选用IPH5137型号的异步电机，电机额定功率15KW，额定转速40 6300r/min ;步进电机选用型号为130BF05A，最高空载启动频率3000HZ，有载启动频率1500HZ，最大静转矩1.8Kg . m;齿轮箱的变速比为I : I ;单片机选用型号为MCS-51系列8031 ;光电盘作为位置监测装置型号选用为SLEC ;弧面砂轮的弧面应与螺杆棒的壁面相吻合，如果弧面砂轮发生磨损可以用金刚笔对砂轮进行自动修整；车床拖板的顶端既可以安装弧面砂轮，也可以直接安装切削加工的铣刀。当本实用新型的大螺距弧面螺杆棒的加工装置进行工作时，先将螺杆棒装入夹具，夹紧固定的同时将光电盘上的顶针顶紧，启动主轴电机通过夹具带动螺杆棒转动，顶针和光电盘随螺杆棒同步转动。光电盘的内部结构主要是由光电盘、光栏板、光源和光电管组成，光栏板上有几百 几千条透光的狭缝，内部的光电盘置于光源和光电管之间，当光电盘装置旋转时，光电管把射过光电盘和光栏板的光信号转换为电脉冲信号，经整形、放大、分频、计数和译码后输出。由于光电盘每转发生的脉冲数不变，因此根据脉冲数即可测出被测轴的转角。光电盘装置每转发出5000个连续脉冲序列，脉冲序列被单片机采集并经软件处理后，转换成沿主轴方向的进给脉冲，通过接口电路，输出给步进电机，步进电机的旋转经过齿轮箱带动机床丝杠转动，从而推动装有切削加工铣刀和弧面砂轮的机床拖板沿主轴方向运动，完成螺纹插补加工。在本实用新型的大螺距弧面螺杆棒加工装置的加工过程中，采用数字式闭环控制系统。在闭环控制系统中，输入信号和反馈信号在可逆计数器中进行比较，得出误差信号，然后误差信号加到控制器上，促使系统的误差减小，从而输出量逐渐趋近于所希望的稳定值。单片机程序使用MCS-51指令系统编程。单片机主要工作程序过程如下开机一启动自检程序一放入大螺距弧面螺杆棒加工工件后夹紧定位并启动主轴电机一根据工件型号设置初值，即给定刀具的起点位置、螺纹长度和螺距一启动加工程序，单片机根据设置的初值发出脉冲信号给步进电机一步进电机运转并通过齿轮箱、机床丝杠带动刀具定位于左旋螺纹加工起点位置一单片机采集光电盘的脉冲序列并经处理后，转换成沿主轴方向的进给脉冲一步进电机运转并通过齿轮箱、机床丝杠带动刀具完成左旋螺纹的加工一步进电机运转并通过齿轮箱、机床丝杠带动刀具退刀并定位于右旋螺纹加工起点位置一单片机采集光电盘的脉冲序列并经处理后，转换成沿主轴方向的进给脉冲一步-进电机运转并通过齿轮箱、机床丝杠带动刀具完成右旋螺纹的加工。根据螺杆棒工件精度和光洁度要求，可重复上述过程。砂轮磨损变形，可通过弧面砂轮自动修整装置修形，砂轮修形后，单片机控制程序能根据修形后的尺寸，自动调整刀具起点位置并重复加工过程，直至达到加工工艺要求的精度和光洁度。本实用新型的大螺距弧面螺杆棒的加工装置可完成螺纹切削加工和螺旋槽侧面的磨加工，整机的技术性能如下I.加工螺距 24 88 mm;2.定位精度 Z向(轴向)+0· 03 mm,-O. 01 mm ；X 向(径向)+0. 01 mm，-0.01mm;3.光洁度▽ 6。本实用新型的优点就在于由于采用了由机床拖板带动运行的铣刀和弧面砂轮对由夹具固定的螺杆棒进行大螺距弧面机械加工并配备位置检测反馈的闭环控制系统装置的结构，使大螺距弧面螺杆棒的加工由手工加工工序达到了采用机械化加工，使加工质量大为提高，克服了手工加工工序的加工精度和光洁度难以保证的缺陷，不但加工质量提高而且也大大降低了加工劳动强度。由于在大螺距弧面螺杆棒的加工过程中，采用数字式闭环控制结构系统，使系统的误差减小，从而输出量逐渐趋近于所希望的稳定值。避免了采用开环控制系统无法知道步进电机是否丢步和超步以及由于负载变化而引起的速度变化的缺点，满足了高精度、高速度的加工要求，产品的合格率大大提高。因而本实用新型的大螺距弧面螺杆棒的加工装置具有广阔的推广应用前景。
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以下结合附图对本实用新型做进一步的说明；图I是本实用新型大螺距弧面螺杆棒的加工装置的结构示意图；图2是本实用新型大螺距弧面螺杆棒的加工装置的数字闭环控制系统逻辑结构示意图；图3是本实用新型大螺距弧面螺杆棒的加工装置的PID (比例、积分和微分)算法控制方框示意图；图4是本实用新型大螺距弧面螺杆棒的加工装置的增量式PID算法程序流程示意图；图5是本实用新型大螺距弧面螺杆棒的加工装置的弧面砂轮自动修整装置示意图； 图6是本实用新型大螺距弧面螺杆棒的加工装置的成型弧面砂轮示意图。参照附图，如图I: I、夹具，2、主轴电机，3、弧面砂轮，4、顶针，5、光电盘，6、机床拖板，7、齿轮箱，8、机床丝杠，9、单片机，10、接口电路，11、步进电机。图中字母C表示螺杆棒，字母A为螺杆棒左旋螺纹，字母B为螺杆棒右旋螺纹。如图5 :3_1、待修整砂轮，3-2、金刚笔。如图6 :3、成型弧面砂轮。
具体实施方式
以下是本实用新型的实施例，本实用新型的实际使用并不局限于实施例。实施例1，大螺距弧面螺杆棒的加工装置采用本实用新型结构的大螺距弧面螺杆棒的加工装置。对经济型数控机床C6140数控车床进行改进。参阅附图，如图1，大螺距弧面螺杆棒的加工装置由夹具I、主轴电机2、弧面砂轮3、顶针4、光电盘5、机床拖板6、齿轮箱7、机床丝杠8、单片机9、接口电路10和步进电机11组成，夹具I的一端与主轴电机2连接另一端与装在光电盘5上的顶针4相对，夹具I与顶针4之间为螺杆棒C放置位置，机床丝杠8设置于夹具与顶针中心连线的平行线上，在机床丝杠8上设置垂直于夹具与顶针中心连线位于机床丝杠与螺杆棒C之间的可伸缩的机床拖板6，机床拖板6的顶端安装有弧面砂轮3 ;光电盘5通过线路与单片机9连接，单片机9再通过接口电路10与步进电机11连接，步进电机11带动齿轮箱7连接到机床丝杠8。如图，字母A和B分别表示螺杆棒C上的左右螺旋螺纹。主轴电机选用IPH5137型号的异步电机，电机额定功率15KW，额定转速40 6300r/min ;步进电机选用型号为130BR)5A，最高空载启动频率3000HZ，有载启动频率1500HZ，最大静转矩I. 8Kg . m ;齿轮箱的变速比为I : I ;光电盘作为位置监测装置，型号选用为SLEC，每转能发出5000个连续脉冲序列；单片机选用型号为MCS-51系列8031，单片机程序使用MCS-51指令系统编程；单片机主要工作程序过程如下开机一启动自检程序一放入大螺距弧面螺杆棒加工工件后夹紧定位并启动主轴电机一根据工件型号设置初值，即给定刀具的起点位置、螺纹长度和螺距—启动加工程序，单片机根据设置的初值发出脉冲信号给步进电机一步进电机运转并通过齿轮箱、机床丝杠带动刀具定位于左旋螺纹加工起点位置一单片机采集光电盘的脉冲序列并经处理后，转换成沿主轴方向的进给脉冲一步进电机运转并通过齿轮箱、机床丝杠带动刀具完成左旋螺纹的加工一步进电机运转并通过齿轮箱、机床丝杠带动刀具退刀并定位于右旋螺纹加工起点位置一单片机采集光电盘的脉冲序列并经处理后，转换成沿主轴方向的进给脉冲一步进电机运转并通过齿轮箱、机床丝杠带动刀具完成右旋螺纹的加工。根据螺杆棒工件精度和光洁度要求，可重复上述过程。砂轮磨损变形，可通过弧面砂轮自动修整装置修形，砂轮修形后，单片机控制程序能根据修形后的尺寸，自动调整刀具起点位置并重复加工过程，直至达到加工工艺要求的精度和光洁度。图6为成型弧面砂轮，弧面砂轮的弧面与螺杆棒的壁面相吻合。图5是弧面砂轮发生磨损变形后用金刚笔对砂轮进行自动修整装置。机床拖板的顶端既可以安装弧面砂轮，也可以直接安装切削加工的铣刀。如图2，本实用新型的大螺距弧面螺杆棒的加工装置采用数字式闭环控制结构系统，从位置检测装置光电盘输出的反馈信号是脉冲，通过可逆计数器把指令脉冲与反馈脉冲进行比较，两者的差值(数字量)存入计数器中，只要误差信号存在，控制器就能使进给脉冲进入功放，从而启动步进电机带动机床拖板移动。本实用新型的加工装置避免了在系统中自行设置A/D和D/A转换器，而是利用步进电机本身所具有的D/A转换功能和编码盘的A/D转换功能。这在很大程度上保证了系统的逻辑结构简单、可靠性高，并且还避免了转换误差对控制精度的影响。本实用新型的大螺距弧面螺杆棒的加工装置采用常规的PID (比例、积分和微分)调节器，利用软件实现增量式PID控制，控制方框图和程序流程图分别如图3和图4。在磨加工工序中，弧面砂轮会由于磨损而变形，此时可按图5的方式对砂轮进行自动修整。本实施例加工螺距为88mm螺杆棒的工艺过程I.粗铣螺旋槽，使用16mm标准立铣刀；2.半精铣螺旋面，使用成形立铣刀单边铣削；3.磨螺旋面，使用成型弧面砂轮单边磨削。加工精度径向为±0. 01mm，光洁度为▽ 6。采用本实用新型的大螺距弧面螺杆棒的加工装置加工军用油船加油泵弧面螺杆棒，加工完成的油船加油泵弧面螺杆棒达到了行业标准。本实用新型的大螺距弧面螺杆棒的加工装置为在以步进电机作为驱动装置的经济型数控车床加工大螺距弧面螺杆棒的过程中，实现闭环控制系统开拓了一条新路，满足了战时和应急情况下战备器材保障要求。应用效果较好。
权利要求1.一种大螺距弧面螺杆棒的加工装置，其特征在于对数控机床进行改进，由夹具、主轴电机、弧面砂轮、顶针、光电盘、机床拖板、齿轮箱、机床丝杠、单片机、接口电路和步进电机组成，夹具的一端与主轴电机连接另一端与装在光电盘上的顶针相对，夹具与顶针之间为螺杆棒放置位置，机床丝杠设置于夹具与顶针中心连线的平行线上，在机床丝杠上设置垂直于夹具与顶针中心连线位于机床丝杠与螺杆棒之间的可伸缩的机床拖板，机床拖板的顶端安装有弧面砂轮，光电盘通过线路与单片机连接，单片机再通过接口电路与步进电机连接，步进电机带动齿轮箱连接到机床丝杠。
专利摘要本实用新型提供了一种大螺距弧面螺杆棒的加工装置，该装置对经济型数控机床进行改进,由夹具、主轴电机、弧面砂轮、顶针、光电盘、机床拖板、齿轮箱、机床丝杠、单片机、接口电路和步进电机组成，夹具的一端与主轴电机连接另一端与装在光电盘上的顶针相对，夹具与顶针之间为螺杆棒放置位置，机床丝杠设置于夹具与顶针中心连线的平行线上，在机床丝杠上设置垂直于夹具与顶针中心连线位于机床丝杠与螺杆棒之间的可伸缩的机床拖板，机床拖板的顶端安装有弧面砂轮，光电盘通过线路与单片机连接，单片机再通过接口电路与步进电机连接，步进电机带动齿轮箱连接到机床丝杠。本实用新型使大螺距弧面螺杆棒的加工由手工加工达到了机械化加工，克服了手工加工工序的加工精度和光洁度难以保证的缺陷。
文档编号B23G1/00GK202428067SQ201120521798
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者王善斌, 童志国 申请人:王善斌