专利名称：多磨削单元多工序并行的恒线速度磨削方法及磨削装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及玻璃深加工方法及自动化设备领域，尤其是涉及一种多磨削单元多工序并行的恒线速度磨削方法及多磨削单元多工序并行的磨削装置。
背景技术：
随着新能源、建筑、装璜、家具行业对大型玻璃制品工艺性和艺术性要求的日益提高，对玻璃的需求增长很快，同时对玻璃的加工质量和加工效率也有了很高的要求。为改善传统的玻璃加工方式，降低生产成本、提高加工精度和提高 生产效率，需要大量的玻璃加工自动化设备。由于玻璃是一种硬脆材料，同时为了实现美观的要求，有切割、粗磨、精磨、粗抛、精抛等多道特殊工艺要求。目前，已经有商品化的玻璃加工中心进行切割、粗磨、精磨、粗抛、精抛等多工序的加工，但现有的玻璃加工中心进行多工序加工的时候需要进行多次换刀，加工效率较低。现有技术中，也有商品化的直线磨边机，可以进行多工序加工，但其只能加工直线轮廓，无法加工如圆弧、样条曲线、椭圆等曲线。目前采用工件旋转的磨削方式在发动机曲轴类零件的磨削加工中使用较为普遍，但仍然为单工序磨削，通过更换砂轮来实现不同磨削工序的切换。在磨削过程中为了保证工件周边各位置磨削质量一致，需要保证磨削点为恒线速，对于单工序磨削过程而言，通过调整工件转速及磨头进给速度即可实现。对于多工序并行磨削而言，需要保证多工序的各个磨削点的线速度相同，这时就无法仅仅通过调整工件转速及磨头进给速度就可以保证各个磨削点的线速度一致。公开号为CN 101332578A的中国发明专利申请公开了一种玻璃板的磨削装置，具有直线搬运单元，其沿X方向直线搬送玻璃板；第一磨削装置，其具有对由直线搬送单元直线搬送的玻璃板的沿X方向延伸的两侧缘及分别磨削的磨削头；第二磨削装置，其在X方向上与第一磨削装置相邻，具有对沿与直线搬送单元直线搬运的X方向正交的Y方向延伸的前缘及后缘分别磨削可动的磨削头。虽然该公开的技术方案中包括使各个磨削头沿与玻璃保持体的往复方向平行的方向进行数值控制移动的X移动单元，以及使各个磨削头沿与玻璃板保持体的往复方向正交的方向进行数值控制移动的Y移动单元，使用X移动单元和Y移动单元移动磨削玻璃边缘。但该装置本质上还是和加工中心磨削玻璃边缘的方式一致，每道工序加工时相互独立的，无法实现多工序并行磨削，更无法保证各个磨削点的线速度一致。
发明内容
本发明提供了一种多磨削单元多工序并行的恒线速度磨削方法，使得多磨削单元多工序并行磨削时，磨削线速度一致，从而能够保证工件周边各位置磨削质量一致。一种多磨削单元多工序并行的恒线速度磨削方法，包括以下步骤I)旋转工作台带动工件以恒定的角速度《旋转，工件曲线为r( 0 )，设定磨削的恒线速度为V;2)在dt时间内驱动磨削单元中的刀具沿工件周向运行Vfdt，使每个磨削单元磨削的恒线速度均为V，其中V1=V-COr(COdt), r(COdt)是工件曲线r(0)上刀具磨削处离工件中心的距离。工件中心是指旋转工作台带动工件时工件的旋转中心。本发明多磨削单元多工序并行的恒线速度磨削方法中，附加速度V1的求解过程如下
在dt时间内，以恒定的角转速《转动了 d0角，d9=codt①；r:为工件曲线r( 0 )上刀具磨削处离工件中心的距离，A=Hd 0 )②；将式①代入式②，得到T1=Hcodt)③；磨削单元磨削的恒线速度V=V^cor1④；将式③代入式④，则V=V1+ WT1=V1+ wr(wdt),得到 V1=V- wr (w dt)。本发明中多磨削单元多工序是指至少两个磨削单元并行磨削。由于工件曲线r(9)的半径随着其旋转角度的变化而变化，因此，在各个不同的磨削单元处的工件半径是不一样的，从而在工作台角转速《 —定的情况下，各个不同的磨削单元线速度会不同，从而导致磨削质量不同。因而，通过速度V1沿工件周向对各个磨削单元进行补偿，达到各个磨削单元中刀具磨削线速度的一致。dt以时间较短为宜，其值可以等于运动控制器的伺服采样周期，从而能够准确保证磨削的恒线速度，当然也可以采用若干个伺服采样周期作为dt。本发明还提供了一种多磨削单元多工序并行的磨削装置，通过旋转工件台面结合多个磨削单元同时加工，实现对工件曲线多工序的并行加工，从而避免了因频繁换刀、重定位所造成的精度及效率等损失，大幅度提闻了加工效率。一种多磨削单元多工序并行的磨削装置，包括用于放置工件的旋转工作台及布置在旋转工作台周边的若干个磨削单元，所述磨削单元包括二维运动平台、安装在所述二维运动平台上的主轴以及安装在所述主轴端部的刀具。作为优选，所述二维运动平台包括基座、安装在所述基座上的Y向运动平台以及安装在所述Y向运动平台上的X向运动平台，所述的X向与Y向垂直。一般以工件的径向为X向，垂直于X向即该工件磨削处的切线方向为Y向。本发明通过将现有的磨削单元所在平台由一维的X向运动平台改为二维的XY运动平台，通过Y轴的运动来补偿由于工件曲线旋转后位置变化所造成各磨削单元线速度的差异，从而达到各个磨削单元磨削线速度的一致。进一步优选，所述Y向运动平台包括安装在所述基座上的Y向支撑轨道、与所述Y向支撑轨道滑动配合的Y向滑块以及安装在所述Y向滑块上的支撑平台，所述支撑平台安装有Y向丝杠副，所述Y向丝杠副中丝杠由Y向电机驱动。所述的X向运动平台包括安装在所述支撑平台上的X向支撑轨道、与所述X向支撑轨道滑动配合的X向滑块以及安装在所述X向滑块上的磨削平台，所述磨削平台安装有X向丝杠副，所述X向丝杠副中丝杠由X向电机驱动。作为进一步优选，所述Y向丝杠副和X向丝杠副均为滚珠丝杠副，相对于滑动丝杠畐IJ，具有驱动力矩大、精度高、可微进给、可高速进给等优点。
作为优选，本发明多磨削单元多工序并行的磨削装置设有用于控制旋转工作台转动以及磨削单元中刀具运动的控制单元，该控制单元驱动旋转工作台带动工件以恒定的角速度《旋转，驱动磨削单元中刀具在dt时间沿工件周向运行Vfdt,其中V1=V-WrOdt)；V为每个磨削单元磨削的恒线速度；r (codt)是工件曲线r( 0 )上刀具磨削处离工件中心的距离。作为优选，所述旋转工作台包括工作台面、布置于工作台面上用于吸附工件的真空吸盘以及驱动工作台面旋转的旋转动力机构。该旋转工作台结构简单，使用稳定性好。
作为优选，所述磨削单元为四个，均匀布置在所述旋转工作台的四周，分别为用于粗磨的磨削单元、用于精磨的磨削单元、用于粗抛的磨削单元以及用于精抛的磨削单元，实现对工件曲线的粗磨、精磨、粗抛、精抛四道工序的并行加工，各工序互不干扰，加工效率高，并且，各磨削单元可进行恒线速度磨削，从而保证磨削质量。与现有技术相比，本发明具有的有益效果是本发明多磨削单元多工序并行的恒线速度磨削方法通过附加速度Vl沿工件周向对各个磨削单元进行补偿，达到各个磨削单元磨削线速度的一致，从而在多磨削单元多工序并行磨削时确保每个工序的磨削量恒定，能够保证工件周边各位置磨削质量一致。本发明多磨削单元多工序并行的磨削装置采用旋转工件台面的方式，在旋转工作台周边布置多个磨削单元，从而实现多工序的并行加工，可以实现对工件曲线的高效磨削，可大幅提高加工效率，避免了重复换刀、重复定位所浪费的大量时间。如对玻璃深加工，可实现对工件曲线的粗磨、精磨、粗抛、精抛四道工序的并行加工，改变目前玻璃制品曲线轮廓加工效率低的现状。本发明多磨削单元多工序并行的磨削装置中每个磨削单元具有两个自由度，对任意曲线都可以方便的实现恒线速磨削，从而在多工序并行磨削时确保每个工序的磨削量恒定，避免各个工序间的相互影响，保证曲线轮廓各个部位磨削质量的一致。本发明多磨削单元多工序并行的磨削装置除了可以用于玻璃深加工外，其他像石材、陶瓷类的硬脆材料的多工序磨削都可以使用本装置，应用范围广。
图I为现有的单磨削单元磨削的结构示意图；图2为本发明多磨削单元多工序并行的恒线速度磨削方法的原理图图3为本发明多磨削单元多工序并行的磨削装置的结构示意图；图4为图3中磨削单元的结构示意图；图5为图4中磨削单元沿A-A剖面线的结构示意图；图6为旋转工作台的结构示意图。
具体实施例方式如图I所示，为常规的旋转工件磨削加工方式实现恒线速磨削的方法，主要是通过控制工件的旋转速度及磨削单元中刀具的轴向(X向)进给速度来实现。由于这种恒线速磨削控制方式，需要根据工件曲线位置的不同，即工件曲线H e)在不同位置的工件半径是不一样，为了得到恒线速，则需要根据半径的变化实时改变工件的旋转速度。因此，要实现恒线速磨削，只适合于单磨削单元对工件磨削。如果磨削单元数目超过I个，即大于等于两个，便无法实现所有磨削单元在磨削时磨削线速度相同，对于多磨削单元并行磨削而言，需要保证工件的旋转角速度恒定，如果磨削单元中刀具只有X向的进给，将无法保证各个磨削单元的线速度相同。如图2所示，为工作台带动工件以恒定的角速度《旋转，0为工件中心，工件曲线为r ( 0 )，磨削的恒线速度为V，图2中的二维坐标系为磨削单元中刀具运动的两个方向(SPX向和Y向)，多磨削单元多工序并行磨削中，每个磨削单元均要保持磨削的恒线速度V。如图2(a)所示，为其中的一个磨削单元中刀具贴近工件，磨削单元中的刀具和工件开始接触，为初始时刻。如图2 (b)所示，工件以0为旋转中心在dt时间里以恒定的角转速《转动了 d0角，为了保证磨削的恒线速度V，需要一个附加速度％。 附加速度V1求解过程如下在dt时间内，以恒定的角转速《转动了 d0角，d9=codt①；r:为工件曲线r( 0 )上刀具磨削处离工件中心的距离，A=Hd 0 )②；将式①代入式②，得到rpr (o dt)③；磨削单元磨削的恒线速度V=Vcor1④；将式③代入式④，则计算得到附加速度V1,得到V1=V- CO r (CO dt)。即需要提供一个沿工件周向的附加速度V1，在dt时间内磨削单元需要驱动刀具沿工件周向运行Vfdt，即从A到B点，B点可通过以A为圆心，以Vfdt为半径画圆，与工件曲线r( 0 )的交点即为B点，A点到B点之间的角度为de，运行到B点时工件半径为1~2，即在dt时间内除了工件以恒定的角速度CO旋转d0角，磨削单元还要驱动刀具沿工件周向运行Vfdt，从而实现每个磨削单元磨削的恒线速度均为V。由于dt很小，dt采用运动控制器的伺服采样周期或者几倍的伺服采样周期，因此，能够准确保证磨削的恒线速度V。如图2 (c)所示，为工件等效为不旋转时，磨削单元刀具所在的位置。工件在dt时间里以恒定的角转速《转动了 d0角，在dt时间里驱动磨削单元中的刀具沿工件周向运行Vfdt，角度为dp，磨削单元中的刀具相对于工件的总速度为磨削的恒线速度V。如图3所示，为本发明多磨削单元多工序并行的磨削装置，以对玻璃深加工为例，包括用于放置工件的旋转工作台I及布置在旋转工作台I周边的四个磨削单元2，四个磨削单元2之间的相邻两个夹角为90°。四个磨削单元2分别用于粗磨、精磨、粗抛、精抛，可以并行加工完成四道工序。磨削单元2包括二维运动平台、安装在二维运动平台上的主轴208以及安装在主轴208端部的刀具209，刀具209为砂轮，用于粗磨的磨削单元2的刀具209选用粗磨砂轮，用于精磨的磨削单元2的刀具209选用精磨砂轮，用于粗抛的磨削单元2的刀具209选用粗抛砂轮，用于精抛的磨削单元2的刀具209选用精抛砂轮。如图4和图5所示，二维运动平台包括基座(未画出)、安装在基座上的Y向运动平台以及安装在Y向运动平台上的X向运动平台，X向与Y向垂直。一般以工件的径向为X向，X向为磨削单元中刀具沿工件径向的进给方向。垂直于X向，即该工件磨削处的切线方向为Y向。Y向运动平台包括安装在基座上的Y向支撑轨道201、与Y向支撑轨道201滑动配合的Y向滑块203以及安装在Y向滑块203上的支撑平台212，支撑平台212下部安装有Y向丝杠副，Y向丝杠副通过丝杠202与螺母213配合实现相对运动，Y向丝杠副中丝杠202由Y向电机210驱动。X向运动平台包括安装在支撑平台212上的X向支撑轨道204、与X向支撑轨道204滑动配合的X向滑块206以及安装在X向滑块206上的磨削平台207，磨削平台207安装有X向丝杠副，X向丝杠副通过丝杠205与螺母214配合实现相对运动，X向丝杠副中丝杠205由X向电机211驱动。主轴208安装在磨削平台207上。Y向丝杠副和X向丝杠副均为滚珠丝杠副。如图6所示，旋转工作台I包括工作台面102、布置于工作台面102上用于吸附工件的真空吸盘103以及驱动工作台面102旋转的旋转动力机构101。旋转工作台I放置有被真空吸盘103吸附待加工的工件104，即玻璃毛坯。本发明多磨削单元多工序并行的磨削装置具体的工作过程如下(I)用于粗磨的磨削单元中的粗磨砂轮首先接触工件104，开始 恒线速磨削；(2)旋转90°后，用于精磨的磨削单元在粗磨砂轮的磨削轨迹基础上进一步磨削；(3)旋转180°后，用于粗抛的磨削单元在精磨轨迹的基础上开始粗抛光；(4)再旋转270°后，用于精抛光的磨削单元在粗抛轨迹的基础上开始精抛光；(5)旋转360°后，用于粗磨的磨削单元退出，完成粗磨削过程；(6)旋转450°后，用于精磨的磨削单元退出，完成精磨削过程；
(7)旋转540°后，用于粗抛的磨削单元退出，完成粗抛过程；(8)旋转630°后，用于精抛光的磨削单元退出，完成整个加工过程。
权利要求
1.一种多磨削单元多工序并行的恒线速度磨削方法，包括以下步骤 1)旋转工作台带动工件以恒定的角速度《旋转，工件曲线为r(0)，设定磨削的恒线速度为V; 2)在dt时间内驱动磨削单元中的刀具沿工件周向运行Vfdt，使每个磨削单元磨削的恒线速度均为V，其中V1=V-GJr(COdt), r(codt)是工件曲线r(0)上刀具磨削处离工件中心的距离。
2.一种多磨削单元多工序并行的磨削装置，其特征在于，包括用于放置工件的旋转工作台及布置在旋转工作台周边的若干个磨削单元，所述磨削单元包括二维运动平台、安装在所述二维运动平台上的主轴以及安装在所述主轴端部的刀具。
3.根据权利要求2所述的多磨削单元多工序并行的磨削装置，其特征在于，所述二维运动平台包括基座、安装在所述基座上的Y向运动平台以及安装在所述Y向运动平台上的X向运动平台，所述的X向与Y向垂直。
4.根据权利要求3所述的多磨削单元多工序并行的磨削装置，其特征在于，所述Y向运动平台包括安装在所述基座上的Y向支撑轨道、与所述Y向支撑轨道滑动配合的Y向滑块以及安装在所述Y向滑块上的支撑平台，所述支撑平台安装有Y向丝杠副，所述Y向丝杠副中丝杠由Y向电机驱动； 所述的X向运动平台包括安装在所述支撑平台上的X向支撑轨道、与所述X向支撑轨道滑动配合的X向滑块以及安装在所述X向滑块上的磨削平台，所述磨削平台安装有X向丝杠副，所述X向丝杠副中丝杠由X向电机驱动。
5.根据权利要求4所述的多磨削单元多工序并行的磨削装置，其特征在于，所述Y向丝杠副和X向丝杠副均为滚珠丝杠副。
6.根据权利要求2所述的多磨削单元多工序并行的磨削装置，其特征在于，设有用于控制旋转工作台转动以及磨削单元中刀具运动的控制单元，该控制单元驱动旋转工作台带动工件以恒定的角速度《旋转，驱动磨削单元中刀具在dt时间沿工件周向运行Vfdt，其中V1=V-WrOdt) ;V为每个磨削单元磨削的恒线速度；rOdt)是工件曲线r(0)上刀具磨削处离工件中心的距离。
7.根据权利要求2所述的多磨削单元多工序并行的磨削装置，其特征在于，所述旋转工作台包括工作台面、布置于所述工作台面上用于吸附工件的真空吸盘以及驱动所述工作台面旋转的旋转动力机构。
8.根据权利要求2所述的多磨削单元多工序并行的磨削装置，其特征在于，所述磨削单元为四个，均匀布置在所述旋转工作台的四周，分别为用于粗磨的磨削单元、用于精磨的磨削单元、用于粗抛的磨削单元以及用于精抛的磨削单元。
全文摘要
本发明公开了一种多磨削单元多工序并行的恒线速度磨削方法，包括1)旋转工作台带动工件以恒定的角速度ω旋转，工件曲线为r(θ)，设定磨削的恒线速度为V；2)在dt时间内驱动磨削单元中的刀具沿工件周向运行V1*dt，使每个磨削单元磨削的恒线速度均为V，其中V1=V-ωr(ωdt)，r(ωdt)是工件曲线r(θ)上刀具磨削处离工件中心的距离，从而磨削时确保每个工序的磨削量恒定，能够保证工件周边各位置磨削质量一致。本发明还公开了一种多磨削单元多工序并行的磨削装置，通过旋转工件台面结合多个磨削单元同时加工，实现对工件曲线多工序的并行加工，从而避免了因频繁换刀所造成效率、重定位等损失，大幅度提高了加工效率。
文档编号B24B25/00GK102765034SQ20121025005
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者傅建中, 詹柏良, 贺永 申请人:浙江大学