专利名称：一种可编程磨削力控制的砂带磨削装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种砂带磨削装置，特别涉及可编程磨削力控制的柔性砂带磨削装置，适用于如汽轮机叶片等复杂曲面型面的磨削加工。
背景技术：
由于功能特殊性以及现代社会对产品外观造型越来越高的要求，复杂曲面型面在机械制造业得到日益广泛的应用，然而复杂曲面型面的光整加工一直是瓶颈性的工艺难题。近年来，陆续推出了一些有关曲面磨削的专利技术，例如由国家知识产权局公告的200710019843. 6专利技术“汽轮机叶片数控砂带磨床及其操控方法”以及 200820238217. 6专利技术“汽轮机叶片数控砂带磨床”等砂带磨削设备，未考虑砂带磨削是属于一种柔性磨削，往往在磨削过程中受磨削力波动会在磨削工件表面留下磨削刀痕，不能保证得到磨削工件表面理想的磨削质量。由国家知识产权局公告的200810237238. 0专利技术“一种带反馈的压力可调的浮动砂带磨削装置”，虽然通过由气缸和补偿弹簧组成的调节机构实现砂带的恒力磨削，但只能按某特定的磨削力进行磨削，未考虑磨削力会引起磨削工件变形，从而影响磨削加工精度。例如，汽轮机叶片出气边厚度较小，希望出气边磨削力小于进气边磨削力，避免出气边磨削变形，影响叶片型面磨削精度。如何针对不同磨削工件或同一工件的不同部位采用不同的磨削力进行磨削，如何根据磨削加工要求进行磨削力编程及控制，在现有技术中均未提及。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种可编程磨削力控制的砂带磨削装置，以满足不同工况条件下砂带磨削的磨削力编程和控制，保证磨削质量。为此本发明采用的技术方案是本发明所述的砂带磨削装置由控制系统、比较单元、比例伺服元件、压力缸、磨削装置以及检测单元组成；由检测单元所检测的实际磨削力经比较单元与控制系统发出的指令磨削力进行比较，将其差值转换为控制电流或电压经比例伺服元件进行转换和调节，直至压力缸控制的实际磨削力等于指令磨削力来驱动磨削装置进行磨削作业。本发明的砂带磨削装置包括驱动电机、基板、动板、磨削轮系及砂带、磨削力控制装置、压力气缸、补偿弹簧和砂带张紧机构组成；磨削轮系包含有驱动轮、张紧轮、接触轮以及若干导向轮；驱动电机和驱动轮固定于基板，接触轮、张紧轮固定于动板；动板与基板是通过两根等长连杆所构成的平行四连杆机构的铰链连接；压力气缸固定于磨削装置的基板上方，补偿弹簧一段固联于基板，一段固联于动板。在上述基础上，本发明的磨削力控制装置是按照下式实现磨削力的平衡 F段+F弹.cosθ=F重-F路式中，&为气缸控制压力；4为补偿弹簧 力为动板系统重力；&为磨削力4力补偿弹簧与垂直轴的夹角。由于磨削过程动板相对于基板属微量移动调节，因而可将补偿弹簧力视为常量， 并可设置使之满足
即磨削力等于系统控制力，其方向与系统控制力方向相反。在上述平衡条件下，若接触轮驱动的砂带磨削量较小，导致实际磨削力小于系统
控制力，即％ < -Fe，此时磨削装置在系统控制力作用下，由压力气缸的输出杆驱动着的
动板并推动着磨削接触轮向下移动。随着动板的向下移动，一方面使压力气缸腔体内的容积空间加大，导致气缸腔体内的压力减小，在气动控制回路中的压力检测元件检测到系统压力的变化，经与指令压力比较，通过比例伺服元件使系统压力迅速恢复到所要求的控制
压力；另一方面由于动板带动磨削接触轮下移，导致砂带磨削深度增加，磨削力增大，即4
> -Fw ,又迫使动板上移，直至满足4 = -Ffi平衡条件，此时由压力气缸输出杆带动气缸活
塞上移，使气缸腔体内的容积空间减小，系统控制压力增加，再经比例伺服阀的调节作用， 使系统控制压力达到新的平衡。本发明的任意磨削点指令磨削力通过二维或三维插值运算求取，即在被磨削工件表面几个已知关键点处给定所需磨削力大小，然后根据已知关键点坐标值以及给定的磨削力，通过二维(平面或平坦表面)，三维(三维曲面)坐标插值运算求取任意磨削点的磨削力。本发明的张紧轮设置在磨削砂带的紧边，在砂带紧边的导向轮轴上设置手动调偏机构。本发明的特点是1)通过磨削力控制调节装置对砂带磨削装置的磨削力进行实时调节，使实际磨削力按指令磨削力进行磨削作业，保证了工件表面的磨削质量；2)指令磨削力可编程实现，可针对不同磨削工件或同一工件的不同部位采用不同的磨削力进行磨削； 3)任意磨削点的磨削力可根据给定的被磨削表面几个已知关键点磨削力大小，通过二维或三维插值运算求取，各磨削点磨削力过渡平滑，不会产生磨削力突变现象。
图1为本发明控制装置的控制原理图。图2为本发明磨削装置的结构示意图。图3为本发明磨削装置磨削力分析简图。图中1基板，2动板，3张紧轮，4导向轮(1)，5导向轮(2)，6导向轮(3)，7导向轮 (4)，8导向轮(5)，9接触轮，10驱动轮，11驱动电机，12下连杆，13补偿弹簧，14砂带，15 上连杆，16张紧弹簧，17张紧气缸，18压力气缸。
具体实施方式
本发明的砂带磨削装置包括驱动电机11、基板1、动板2、磨削轮系及砂带14、磨削力控制装置、压力气缸18、补偿弹簧13和砂带张紧机构组成；磨削轮系包含有驱动轮10、张紧轮3、接触轮9以及若干导向轮；驱动电机11和驱动轮10固定于基板1，接触轮9、张紧轮 3固定于动板2 ；动板2与基板1是通过等长的上连杆和下连杆所构成的平行四连杆机构的铰链连接；压力气缸18固定于磨削装置的基板1上方，补偿弹簧13 —段固联于基板1，一段固联于动板2 ；其中的磨削力控制装置由控制系统、比较单元、比例伺服元件、压力气缸 18、磨削装置以及检测单元组成；由检测单元所检测的实际磨削力经比较单元与控制系统发出的指令磨削力进行比较，将其差值转换为控制电流或电压经比例伺服元件进行转换和调节，直至压力气缸18控制的实际磨削力等于指令磨削力来驱动磨削装置进行磨削作业本发明的磨削力控制装置是按照下式实现磨削力的平衡
F +F ‘ COS^=Fsl-Fb
式中，F 为压力气缸18控制压力；、为补偿气弹簧13力；Fil为动板2系统重力为磨削力4为补偿气弹簧13与垂直轴的夹角。由于磨削过程动板2相对于基板1属微量移动调节，因而可将补偿气弹簧13力视为常量，并可设置使之满足
F^ =F^ / cos θ
则
即磨削力等于系统控制力，其方向与系统控制力方向相反。在上述平衡条件下，若磨削轮9驱动的砂带14磨削量较小，导致实际磨削力小于
系统控制力，即4 <_% ,此时磨削装置在系统控制力作用下，由压力气缸18的输出杆驱动
着的动板2并推动着磨削轮9向下移动。随着动板2的向下移动，一方面使压力气缸18腔体内的容积空间加大，导致气缸18腔体内的压力减小，在气动控制回路中的压力检测元件检测到系统压力的变化，经与指令压力比较，通过比例伺服元件使系统压力迅速恢复到所要求的控制压力；另一方面由于动板2带动磨削轮9下移，导致砂带14磨削深度增加，磨削
力增大，即、> -Fe，又迫使动板2上移，直至满足Fe 平衡条件，此时由压力气缸18
输出杆带动气缸活塞上移，使气缸18腔体内的容积空间减小，系统控制压力增加，再经比例伺服阀的调节作用，使控制压力达到新的平衡。本发明的任意磨削点的指令磨削力通过二维或三维插值运算求取，即在被磨削工件表面几个已知关键点处给定所需磨削力大小，然后根据已知关键点坐标值以及给定的磨削力，通过二维(平面或平坦表面)，三维(三维曲面)坐标插值运算求取任意磨削点的磨削力。本发明的磨削轮系中的驱动轮10、导向轮(1)4和导向轮(2) 5设置于基板1，压力轮9、张紧轮3以及导向轮(3)6、导向轮(4) 7、导向轮(5) 8设置于动板2上；导向轮(1) 4和导向轮(2)5的设置使砂带14在主动轮上的包角尽可能大，避免砂带14在主动轮上打滑；同样导向轮(3)6和导向轮(5)8的设置使砂带14在接触轮上的包角尽可能大，避免砂带14在接触轮上打滑；导向轮(2)5和导向轮(3)6支撑的砂带14部分以及张紧轮3和导向轮(4)7所支撑的砂带14部分基本平行，保证了动板2相对于基板1移动时，砂带14的总长度保持不变。
本发明的张紧轮3设置在磨削砂带14的紧边；为了纠正砂带14跑偏，在砂带紧边的导向轮(4)7轴上设置了手动调偏机构。本发明的砂带张紧机构设置在磨削装置的动板2上，由张紧轮3、转动杆、张紧气缸17和张紧弹簧16组成，通过给单向张紧气缸17通气，气缸输出杆克服张紧弹簧16力伸出，推动转动杆通过张紧轮3使砂带14张紧；当使张紧气缸17排气后，由张紧弹簧16的回复力拉动转动杆，通过张紧轮3将砂带14松开。
权利要求
1.一种可编程磨削力控制的砂带磨削装置，其特征在于，所述的砂带磨削装置由控制系统、比较单元、比例伺服元件、压力缸、磨削装置以及检测单元组成；由检测单元所检测的实际磨削力经比较单元与控制系统发出的指令磨削力进行比较，将其差值转换为控制电流或电压经比例伺服元件进行转换和调节，直至压力缸控制的实际磨削力等于指令磨削力来驱动磨削装置进行磨削作业。
2.根据权利要求1所述的一种可编程磨削力控制的砂带磨削装置，其特征在于，所述砂带磨削装置包括驱动电机、基板、动板、磨削轮系及砂带、磨削力控制装置、压力气缸、补偿弹簧和砂带张紧机构组成；磨削轮系包含有驱动轮、张紧轮、接触轮以及若干导向轮；驱动电机和驱动轮固定于基板，接触轮、张紧轮固定于动板；动板与基板是通过两根等长连杆所构成的平行四连杆机构的铰链连接；压力气缸固定于磨削装置的基板上方，补偿弹簧一段固联于基板，一段固联于动板。
3.根据权利要求2所述的一种可编程磨削力控制的砂带磨削装置，其特征在于，磨削力控制装置是按照下式实现磨削力的平衡
4.根据权利要求1所述的一种可编程磨削力控制的砂带磨削装置，其特征在于，其任意磨削点的指令磨削力通过二维或三维插值运算求取，即在被磨削工件表面几个已知关键点处给定所需磨削力大小，然后根据已知关键点坐标值以及给定的磨削力，通过二维(平面或平坦表面)，三维(三维曲面)坐标插值运算求取任意磨削点的磨削力。
5.根据权利要求2所述的一种可编程磨削力控制的砂带磨削装置，其特征在于，张紧轮设置在磨削砂带的紧边 ，在砂带紧边的导向轮轴上设置手动调偏机构。
全文摘要
本发明涉及一种可编程磨削力控制的砂带磨削装置。所述的砂带磨削装置由控制系统、比较单元、比例伺服元件、压力缸、磨削装置以及检测单元组成；由检测单元所检测的实际磨削力经比较单元与控制系统发出的指令磨削力进行比较，将其差值转换为控制电流或电压经比例伺服元件进行转换和调节，直至压力缸控制的实际磨削力等于指令磨削力来驱动磨削装置进行磨削作业。本发明的特点是1)通过磨削力控制调节装置对砂带磨削装置的磨削力进行实时调节，使实际磨削力按指令磨削力进行磨削作业，保证了工件表面的磨削质量；2)指令磨削力可编程实现，可针对不同磨削工件或同一工件的不同部位采用不同的磨削力进行磨削；3)任意磨削点的磨削力可根据给定的被磨削表面几个已知关键点磨削力大小，通过二维或三维插值运算求取，各磨削点磨削力过渡平滑，不会产生磨削力突变现象。
文档编号B24B21/18GK102294640SQ20111023133
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者王隆太, 项余建 申请人:扬州智科光机电技术开发中心有限公司