专利名称：多拖板对称式数控坐标磨床的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工装置，尤其涉及一种多拖板对称式数控坐标磨床。
背景技术：
现有平面磨床结构为拖板与磨头整体外挂，此种结构的平面磨床存在机床稳定性差、加工精度不高、磨头的振动源无法在机床的结构中消除，它功能单一，不能进行立面加工，工件加工范围窄，手工修整砂轮，修整精度低，工作时，工作台及工件只能沿床身座上的导轨左右运动，无法实现在线修整，加工效率较低。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种多拖板对称式数控坐标磨床。本发明的多拖板对称式数控坐标磨床既结构简单紧凑又易于制造，而且运行稳定性好，加工精度高、 磨头配有自动检测与砂轮修整装置，能实现全自动在线加工产品的高精智能数控坐标磨床，另外本发明的多拖板对称式数控坐标磨床包括能实现全自动在线加工的控制方法。本发明包括床身座、工作台、立柱、拖板、磨头、检测装置、计算机、砂轮修整器。其中，相互平行设置一组立柱，一组立柱包括第一立柱和第二立柱，所述拖板包括第一拖板、 第二拖板、多个第三拖板例如左拖板和右拖板；所述床身设第一拖板，所述第一拖板设工作台；所述第一立柱与第二立柱之间设第二拖板，所述第二拖板设磨头，所述第一立柱和第二立柱的外侧对称设置多件第三拖板例如左拖板和右拖板，左拖板和右拖板上分别设置滑板。所述床身座可以包括前床身座和后床身座，第一立柱和第二立柱设在后床身座上，第一拖板设于前床身座。面对磨床，设左右移动为X向移动，前后方向移动为Y向移动，上下方向移动为Z 向移动。进一步，前床身座可以有多个第一导轨例如Y向导轨和X向导轨，所述第一拖板和前床身座用多个第一丝杠例如Y轴丝杠和X轴丝杠并和多个第一导轨例如Y向导轨和X 向导轨实现滑动连接，前床身座设第一伺服电机和第二伺服电机例如Y轴伺服电机和X轴伺服电机驱动第一拖板移动；所述第二拖板设第二丝杠，第二丝杠连第二伺服电机；所述床身例如后床身座上设第一立柱和第二立柱，所述第一立柱和第二立柱设多个第二导轨例如内导轨和外导轨，所述第一立柱和第二立柱之间有传动箱，所述传动箱连第三伺服电机， 所述传动箱连第三丝杠，所述第三丝杠设于所述立柱并和多个第三拖板之一例如右拖板相联。所述滑板包括第一滑板例如右滑板和第二滑板例如左滑板，第一滑板设置砂轮修整器，第二滑板设置检测装置例如光栅尺，磨头对应处配置吸附装置例如镜面磨削吸附装置，吸附装置包括吸附罩、设在砂轮主轴与砂轮磨削面的第一电极、第二电极。第一立柱和第二立柱构成门形。多个第三拖板例如左拖板和右拖板上可以各自设第四丝杆和驱动所述滑板移动的第四伺服电机。多个第一导轨优选V型导轨；多个第一丝杠优选滚珠丝杠。伺服电机经现场总线与计算机连接，再经交换机连接以太网组成控制系统和包括应用其设有基于ARM+FPGA专用运动数控芯片的双CPU构建的触摸屏硬件平台与设有数据库、工艺智能优化系统和数控加工仿真系统的运动控制器软件平台。为了实现结果优化，改善、提高本发明的综合性能，进一步的措施可以包括 其计算机分别与运动控制器、触摸屏以及外围的电源模块PSM相连；
其电源模块PSM包括连接主轴控制模块SPM和X-SVM、Y-SVM、Z-SVM逆变器控制模块。[P1]为实现上述目的，其远程计算机包括设有基于ARM+FPGA专用运动数控芯片的双CPU构建的触摸屏硬件平台与设有数据库、工艺智能优化系统和数控加工仿真系统的运动控制器软件平台。复杂零件磨削加工自动编程根据砂轮的刀位数据、工艺参数，结合当前数控系统类型进行后置处理，生成与数控系统相对应的数控加工代码。经运动仿真模块测试成功后， 借助数据通讯传输到数控机床进行实际磨削加工，从而建立基于复杂零件磨削加工的自动编程平台。磨削加工过程运动仿真建立虚拟磨削环境，实现加工过程的运动学仿真。通过磨削过程运动仿真，可以检验数控程序代码的走刀轨迹正确性和工艺可行性，避免产生程序错误、碰撞及干涉等工艺事故。坐标数控磨削加工工艺参数优化采用基于人工神经网络和遗传算法的混合方法优化组合多功能数控磨削加工工艺参数，实现工艺方案的最优化。数控磨削智能工艺数据库研究开发能够从复杂的多功能数控磨削加工工艺中提取挖掘所有必要工艺要素的专家知识数据提取技术，建立智能化工艺方案优化及工艺数据管理系统。嵌入式计算机数控系统，基于ARM+FPGA专用运动数控芯片的双CPU构建计算机数控系统硬件平台，其中ARM控制器的主要作用是负责运行系统中纺与管理相关的任务， 是系统的主控制CPU ；FPGA专用运动控制芯片负责运行插补计算机等运算量大、对任务的实时性要求较高的任务，专用于繁重的插补运算，减轻ARM处理器的负担。本发明相比现有技术所产生的有益效果
1、本发明采用低床身座，其一组第一导轨上设置左右、前后移动的第一拖板，第二拖板置于平行立柱内侧，下面平行悬挂磨头，多件第三拖板两侧设前后移动的滑板，实现了多拖板对称内存式结构，既有利于提升机床的稳定性，又可将坐标数控技术应用于平面磨床，提高加工效率。2、滑板可以沿上下(Z向)、前后(Y向)往返运动，第二拖板能沿上下(Z向)移动和前后(Y向)移动，第一拖板上的工作台可以沿左右(X向)移动以及前后(Y向)移动。工作台、磨头、滑板的二者或三者联动，可提高机床操作的自由度，拓宽工件加工范围。3、第三拖板安装在平行立柱两侧，可以设置检测装置如光栅尺和修整装置如砂轮修整器，实现了在线检测和修整功能，提升工件的加工精度。4、第一拖板和工作台均采用双V型导轨配合，静压卸荷贴塑导轨，运行平稳且精度高、刚性好、抗振性好。
5、坐标轴采用低床身座稳定重心驱动，提高了磨削工作质量和机床使用寿命。本发明适合作各种平面磨削设备的改进，特别适合作三维平面加工要求的高精智能数控坐标磨削设备。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1为根据本发明的一个具体实时方式的多拖板对称式数控坐标磨床的轴视示意图。图2为根据本发明的一个具体实时方式的多拖板对称式数控坐标磨床的右视示意图。图3为根据本发明的一个具体实时方式的多拖板对称式数控坐标磨床的吸附装
置示意图。图4为根据本发明的一个具体实时方式的多拖板对称式数控坐标磨床的四轴联动实现示意框图。图5为根据本发明的一个具体实时方式的多拖板对称式数控坐标磨床的伺服控制系统原理示意框图。图6为根据本发明的一个具体实时方式的多拖板对称式数控坐标磨床的软件平台框架体系示意框图。图7为根据本发明的一个具体实时方式的多拖板对称式数控坐标磨床的开发流程框图。图中标号前床身座100a，后床身座100b，第一导轨101a、101b，第二导轨101c、 101d，第一丝杆172a，第二丝杆172b，第三丝杆172c，第四丝杠172d，第一拖板130，第二拖板132，第三拖板13^、i;34b，第一滑板U6a，第二滑板U6b，工作台110，工件131，磨头140，砂轮主轴142，检测装置160，砂轮修整器165，吸附装置150，电容电磁152，电极15^1、155b，喷嘴153，电源154，第一伺服电机180a，第二伺服电机180b，第三伺服电机 180c，第四伺服电机180d，齿轮传动箱174。
具体实施例方式参照图1和图2，本发明主要包括前床身座100a、后床身座100b、 工作台110、多个立柱、拖板、磨头140、检测装置160、计算机、砂轮修整器165。其中，相互平行设置一组立柱包括第一立柱120a和第二立柱120b，拖板包括第一拖板(或称工作台拖板)130、第二拖板(或称磨头拖板)132、左拖板134b和右拖板13 ；前床身座IOOa设工作台拖板130，其上设工作台110 ；第一立柱120a与第二立柱120b之间设磨头拖板132，磨头拖板132下方设磨头140，第一立柱120a和第二立柱120b的外侧对称设置左拖板134b和右拖板134a，左拖板134b和右拖板13 上分别设置左滑板12 和右滑板126a。在图中示例性地显示了两个立柱，其实，根据不同的实施方式，也可设置多个立柱。左拖板134b和右拖板13 上可各自设第四丝杆172d和驱动滑板沿Y轴方向移动的第四伺服电机180d。前床身座IOOa上设工作台拖板130，前床身座IOOa有Y向导轨IOlb和X向导轨 IOla以及Y轴丝杠和X轴第一丝杠172a，工作台拖板130通过Y轴第一丝杠和X轴第一丝杠17 驱动并沿着Y向导轨IOlb和X向导轨IOla在前床身座IOOa上移动。前床身座 IOOa上的导轨IOla和IOlb优选V型导轨，再进一步为双V型导轨，前床身座IOOa上的丝杠优选滚珠丝杠。前床身座IOOa还设Y轴伺服电机180a和X轴伺服电机180b，用于驱动工作台拖板130，磨头拖板132内设第二丝杠172b，第二丝杠172b连伺服电机；后床身IOOb上设左立柱120b和右立柱120a，左立柱120b和右立柱120a设内导轨IOld和外导轨101c，左立柱120b和右立柱120a之间有传动箱174，传动箱174连伺服电机180c，传动箱174连第三丝杠172c，第三丝杠172c设于右立柱并驱动右拖板13 沿外导轨IOlc上下移动。左立柱120a、右立柱120b可以组装或铸造成“门”形或倒“U”形，即“门形”包括拱门形、方门形等，其稳定性优于悬臂式。参照图1、图2和图3，滑板包括右滑板126a和左滑板U6b，右滑板126a设置砂轮修整器165，左滑板126b设置检测装置160例如光栅尺，磨头140对应处配置吸附装置150 例如镜面磨削吸附装置，吸附装置150 —般包括吸附罩151、设在砂轮主轴142与砂轮磨削面的第一电极152a、第二电极152b，以及磨削液喷嘴153。在磨削砂轮主轴142中心和砂轮磨削面附近分别装有二个电极，当电源154为第一电极15 、第二电极152b供电以后，会形成一个由轴心指向外的一个电磁场，磨削颗粒和粉尘就会被砂轮外侧的电容电磁152吸引，从而保证砂轮的清洁和光滑，保证磨削出来的工件表面更光滑。另外，磨削液喷嘴153 也可以分为两个或两组，一个或一组向工件喷射，另一个或另一组喷向砂轮。参照图1和图2，为了提高整机的平稳运行、降低整机的运行重心，根据本发明的一个优选的实施例，前床身座IOOa的高，即从前床身座IOOa底端至第一拖板130高度不超过470mm。为了提高磨头140的平稳运行、增强磨头拖板132的刚性，根据本发明的一个优选的实施例，磨头拖板132的挠曲度H不超过0. 10mm。图4为根据本发明的一个具体实施方式
的多拖板对称式数控坐标磨床的四轴联动实现示意图。参照图4，计算机分别与运动控制器、触摸屏以及外围的电源模块PSM相连， 并通过现场总线用于四轴联动的各个伺服电机。所述“四轴联动”的“四轴”包括如图1所示的X轴、Y轴、Z轴以及砂轮修整器的旋转主轴，本实施例中的X轴包括工作台丝杠17 ； Y轴包括了工作台Y向丝杠和磨头拖板132中丝杠172b以及左拖板134b和右拖板13 上分别设立的第四丝杠172d ；Z轴包括立柱丝杠172c。参照图5，伺服控制使用的是fanuc的C系列控制器。采用PSM电源模模块给主轴控制模块SPM和X轴、Y轴以及Z轴的逆变器控制模块SVM供电。PSM模块给SPM和X-SVM、 Y-SVM以及Z-SVM供给的是直流电源，各轴逆变器在控制模块进行逆变，将直流功率转变为交流功率，给同步电动机供电，对逆变器的频率进行控制，即可实现控制电机转速的快慢。 其中PSM为电源控制模块，SPM为主轴控制模块，X-SVM、Y-SVM以及Z-SVM分别为X轴、Y 轴、Z轴逆变器，用来对X、Y、Z轴电机的控制。通过远程电脑或者机床的人机界面对机床进行控制。运动控制器获得控制信号后通过现场总线，传到各伺服控制器端，从而对各轴伺服电机达到控制的目的。嵌入式计算机数控系统，基于ARM+FPGA专用运动数控芯片的双CPU构建计算机数控系统硬件平台，其中ARM控制器的主要作用是负责运行系统中纺与管理相关的任务， 是系统的主控制CPU ；FPGA专用运动控制芯片负责运行插补计算机等运算量大、对任务的实时性要求较高的任务，专用于繁重的插补运算，减轻ARM处理器的负担。伺服电机经现场总线与计算机连接，再经交换机连接以太网组成控制系统和包括应用其设有基于ARM+FPGA专用运动数控芯片的双CPU构建的触摸屏硬件平台与设有数据库、工艺智能优化系统和数控加工仿真系统的运动控制器软件平台。复杂零件磨削加工自动编程技术根据砂轮的刀位数据、工艺参数，结合当前数控系统类型进行后置处理，生成与数控系统相对应的数控加工代码。经运动仿真模块测试成功后，借助数据通讯传输到数控机床进行实际磨削加工，从而建立基于复杂零件磨削加工的自动编程平台。磨削加工过程运动仿真技术建立虚拟磨削环境，实现加工过程的运动学仿真。通过磨削过程运动仿真，可以检验数控程序代码的走刀轨迹正确性和工艺可行性，避免产生程序错误、碰撞及干涉等工艺事故。坐标数控磨削加工工艺参数优化技术采用基于人工神经网络和遗传算法的混合方法优化组合多功能数控磨削加工工艺参数，实现工艺方案的最优化。数控磨削智能工艺数据库技术研究开发能够从复杂的多功能数控磨削加工工艺中提取挖掘所有必要工艺要素的专家知识数据提取技术，建立智能化工艺方案优化及工艺数据管理系统。参照图6，其远程计算机包括设有基于ARM+FPGA专用运动数控芯片的双CPU构建的触摸屏硬件平台与设有数据库、工艺智能优化系统和数控加工仿真系统的运动控制器软件平台。此套软件是基于一套磨削数据库开发。数据库包括冷却液数据、砂轮数据、材质数据、机床数据、工艺规则、工艺加工以及工艺模型。工艺智能优化系统在此基础上，通过专家系统和BP人工神经网络系统获得加工数据，并把此数据反馈给数据库，丰富数据库的内容，下次遇到相同加工时可以直接调用。对于一个待加工零件，将其零件模型输入系统， 系统对其几何机构进行分析，计算砂轮轨迹，将计算结果传给数控加工仿真系统，进行动力学、运动学和砂轮轨迹仿真，对仿真结果进行误差分析与补偿。然后将仿真结果输出，对于仿真结果，进一步优化砂轮轨迹，从而获得更好的数控程序。图7描述了本发明多拖板对称式数控坐标磨床的软件平台。研制本发明包括两部分，机械结构设计和数控系统开发。其中机械结构设计包括内存式磨头、高速动静压电主轴设计和其他部分的设计。数控系统开发主要包括硬件系统开发、软件程序开发和插补算法。 当机械部分和数控部分开发完成就进行调试，如果调试成功就进行试制。如果调试不理想， 就要重新进行机械结构设计和数控系统开发，直到达到理想状态，进行试制。另指出，润滑系统为回圈自流式自动润滑系统，可向滑道和螺杆提供润滑，降低滑道磨损，提高工作精度及寿命，也可省去日常忘记加油的烦恼。自流式对导轨进行恒压供油，解决电磁泵间隙供油给工作导轨精密造成误差，解决开机后重新开机润滑不足的缺点， 从而减少维修，确保机床的正常运转。本文中所使用的“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”、“上”和“下”等术语被用来描
述部件相对于磨床通常工作位置的不同方位，其与日常操作中相一致，且可以从图1-2中明确理解并确定上述术语所指方位的含义。例如磨头所朝的方向为“前”，部件远离床身中心的方位为“外”。与此同时，设面对磨床，左右移动为X轴向移动，前后方向移动为Y轴方向移动，上下方向移动为Z轴方向移动。
下面为本发明一个实施例之主要性能指标机床工件台尺寸410X1200 工件台移动速度1-30 可磨削平面的最大尺寸400X1000 可磨削工件的最大高度600 磨头电机功率IlKw 磨头移动量460 工件磨削表面的粗糙度RaO. 1 工件磨削表面对基面的平行度300/0. 003 可磨削成型曲面的最大高度差150 数控分辨率0. 001MM 数控系统插补周期4ms。
上述有关发明的阐述和图示描述了适用于磨床对称结构设计的具体实施方式
。然而，应该理解这样的对称结构也适用于其它种类的机床。另外，本发明也可以通过采用其它的具体方式来实施。因此，在与权利要求书内容等同的意义和范围内所做的改变均应视为属于本发明的范围。
权利要求
1.一种多拖板对称式数控坐标磨床，包括床身座、工作台、立柱、多个拖板和磨头，其特征在于，所述多个立柱包括相互平行设置于所述床身座上的第一立柱和第二立柱，所述多个拖板包括第一拖板、第二拖板和多个第三拖板；其中所述床身座与所述第一拖板连接， 而工作台与所述第一拖板连接；所述第二拖板设置于所述第一立柱与第二立柱之间，而所述磨头设置于所述第二拖板，所述多个第三拖板对称设置于所述第一立柱和第二立柱的外侧，所述多个第三拖板各自设有滑板。
2.根据权利要求1所述的多拖板对称式数控坐标磨床，其特征在于所述第一拖板和所述床身座用多个第一丝杠和多个第一导轨实现滑动连接，床身座设第一伺服电机和第二伺服电机驱动第一拖板移动；所述第二拖板设第二丝杠，所述第二丝杠连第二伺服电机；所述第一立柱和第二立柱设多个第二导轨，所述第一立柱和第二立柱之间有传动箱，所述传动箱连第三伺服电机，所述传动箱连第三丝杠，所述第三丝杠设于所述第一立柱并和所述多个第三拖板之一相联。
3.根据权利要求1所述的多拖板对称式数控坐标磨床，其特征在于所述滑板包括第一滑板和第二滑板，所述第一滑板设置砂轮修整器，所述第二滑板设置检测装置，所述磨头对应处配置吸附装置，所述吸附装置包括吸附罩、设在砂轮主轴与砂轮磨削面的第一电极、第二电极。
4.根据权利要求1所述的多拖板对称式数控坐标磨床，其特征在于多个第三拖板上各自设第四丝杆和驱动所述滑板移动的第四伺服电机。
5.根据权利要求1所述的多拖板对称式数控坐标磨床，其特征在于所述的第一立柱和第二立柱构成门形。
6.根据权利要求2所述的多拖板对称式数控坐标磨床，其特征在于所述多个第一导轨为V型导轨，所述多个第一丝杠为滚珠丝杠。
7.根据权利要求1、2所述的多拖板对称式数控坐标磨床，其特征在于所述床身座的高不超过470mm和/或所述第二拖板的挠曲度H不超过0. 10mm。
8.根据权利要求2所述的多拖板对称式数控坐标磨床，其特征在于所述第一、第二和第三伺服电机经现场总线与计算机连接，再经交换机连接以太网组成控制系统；所述计算机分别与运动控制器、触摸屏以及外围的电源模块PSM相连。
9.根据权利要求8所述的多拖板对称式数控坐标磨床，其特征在于所述电源模块PSM 包括连接主轴控制模块SPM和X-SVM、Y-SVM、Z-SVM逆变器控制模块。
全文摘要
本发明包括床身座、工作台、立柱、多个拖板和磨头，多个立柱包括相互平行设置于床身座上的第一立柱和第二立柱，多个拖板包括第一拖板、第二拖板和多个第三拖板；其中床身座与第一拖板连接，而工作台与所述第一拖板连接；第二拖板设置于第一立柱与第二立柱之间，而所述磨头设置于第二拖板，多个第三拖板对称设置于所述第一立柱和第二立柱的外侧，多个第三拖板各自设有滑板。本发明在用于磨削加工时能够大大提高其稳定性和加工精度。
文档编号B24B53/06GK102229075SQ20111012498
公开日2011年11月2日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者郭怀仲 申请人:湘潭三峰数控机床有限公司