数控内螺纹磨削复合加工系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种数控内螺纹磨削复合加工系统，包括由X轴床身和Z轴床身垂直分布设置的T型床身、安装在T型床身上的控制器、设于X轴床身上方的包括内螺纹砂轮主轴和外圆端面砂轮主轴的砂轮主轴、设于Z轴上方的工件主轴及设于砂轮主轴上的快速对刀装置。本实用新型的数控内螺纹磨削复合加工系统在砂轮主轴设置包括声发射传感器的快速对刀装置，通过实时测量声发射信号，实现了螺母内螺纹磨削过程中自动快速对刀，能够满足螺母的高效率、高精度加工要求，对提高螺母磨削效率和磨削质量有重要意义。
【专利说明】数控内螺纹磨削复合加工系统
【【技术领域】】
[0001 ] 本实用新型涉及一种数控内螺纹磨削复合加工系统。
【【背景技术】】
[0002]现有的螺母加工工艺，是用外圆磨床磨削螺母的外圆和端面，然后再用内螺纹磨床磨削内螺纹。由于两次装夹，有装夹误差，造成内螺纹与外圆和端面的位置受到影响，加工的零件达不到很高的精度。
[0003]申请号为200520121560.9的实用新型专利中公开了具有相互垂直的、相互联通的X轴和Z轴的T型床身，X轴和Z轴相应安装砂轮主轴和工件主轴，只需一次装夹即可根据数控程序进行内螺纹磨削与外圆、端面复合加工的数控内螺纹磨削中心，提高了零件加工的精度。
[0004]然而，近年来，随着磨削加工技术正向高精度、高效率方向发展，为保证磨削加工质量对磨削对刀提出了更高要求。传统经验方法借助于听磨削声音或看磨削火花，这些经验方法的特点检测精度低并且难以应用到内螺纹磨削对刀过程中，因此，如何有效实现螺母内螺纹磨削快速高精度对刀，对提高磨削效率和磨削质量有着重要意义。
[0005]声发射(AE)是一种材料受外力或内力作用而产生变形或断裂时，以弹性波的形式释放能量的现象。在磨削过程中，当砂轮与工件接触时，其接触状态可以通过AE信号反映出来。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种利用声发射的原理来实现对刀功能的数控内螺纹磨削复合加工系统。
[0007]为实现该目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]一种数控内螺纹磨削复合加工系统，包括:由X轴床身及垂直于X轴床身设置的Z轴床身组成的T型床身、安装在T型床身上的控制器、设于X轴床身上方的砂轮主轴、设于Z轴床身上方的工件主轴及设于砂轮主轴上的快速对刀装置；其中
[0009]所述X轴床身和所述Z轴床身上分别设置有X轴导轨和Z轴导轨，所述X轴导轨和所述Z轴导轨上分别设置X向滑板和Z向滑板，所述X向滑板上设有上述砂轮主轴，所述砂轮主轴包括一左一右设置在X向滑板两端的并且分别用于磨削外圆端面和内螺纹的外圆端面砂轮主轴和内螺纹砂轮主轴，所述工件主轴设置在所述Z向滑板上。
[0010]所述快速对刀装置包括由转子部分和定子部分组成的声发射传感器及用于处理声发射信号的信号处理器；所述砂轮主轴具有砂轮，所述转子部分包括压电测头和电信号传输端，转子部分安装在砂轮主轴内并随砂轮主轴一起旋转，其中压电测头靠近砂轮一端；所述定子部分安装在靠近转子部分的电信号传输端一侧，转子部分通过无线传输方式将发射信号传送给声发射传感器的定子部分，声发射信号经信号处理器处理后进入控制器。[0011]优选地，所述内螺纹砂轮主轴和外圆端面砂轮主轴一左一右安装在X向滑板上，所述X轴床身上、靠近内螺纹砂轮主轴的位置处还设有内螺纹砂轮修正装置，内螺纹砂轮修正装置设在所在床身的一端。
[0012]优选地，所述工件主轴为空心轴，工件主轴的前端设有液压卡盘，其后端装有驱动液压卡盘的液压油缸，从而实现工件自动夹紧。
[0013]优选地，所述Z向滑板上还设有可沿Z轴相对于Z向滑板运动的外圆砂轮修正装置。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的数控内螺纹磨削复合加工系统在砂轮主轴设置包括声发射传感器的快速对刀装置，通过实时测量声发射信号，实现了螺母内螺纹磨削过程中自动快速对刀，能够满足螺母的高效率、高精度加工要求，对提高螺母磨削效率和磨削质量有重要意义。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0015]图1为本实用新型数控内螺纹磨削复合加工系统的结构示意图；
[0016]图2为本实用新型数控内螺纹磨削复合加工系统的声发射传感器的结构示意图；
[0017]图3为本实用新型数控内螺纹磨削复合加工系统的快速对刀装置的安装结构示意图；
[0018]图4为本实用新型数控内螺纹磨削复合加工系统的螺纹磨削快速对刀过程示意图。
[0019]其中，10表不X轴导轨，101表不X向滑板，11表不Z轴导轨，111表不Z向滑板，112表示滑台，113表示X轴滚珠丝杆，114表示Z轴滚珠丝杆，13表示滑台，2表示砂轮主轴，20表示内螺纹砂轮主轴，21表示外圆端面砂轮主轴，22表示内螺纹砂轮修正装置，23表示外圆端面砂轮修正装置，24表示砂轮,240表示内螺纹磨削砂轮,241表示外圆端面磨削砂轮，3表示工件主轴，30表示液压卡盘，31表示液压油缸，32表示工件，41表示定子部分，42表转子部分,420表压电测头,421表电信号传输端，43表不信号处理器,5表不控制器。
【【具体实施方式】】
[0020]下面结合附图和示例性实施例对本实用新型作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本实用新型的特征是不必要的，则将其省略。
[0021]如图1所示，本实用新型提供的数控内螺纹磨削复合加工系统包括由X轴床身及垂直于X轴床身设置的Z轴床身组成的T型床身1、安装在T型床身I上的控制器5、设于X轴床身上方的砂轮主轴2、设于Z轴床身11上方的工件主轴3及设于砂轮主轴2上的快速对刀装置(未标号)。
[0022]所述X轴床身和所述Z轴床身上分别设置有X轴导轨10和Z轴导轨11。此外，所述X轴导轨10和所述Z轴导轨11上分别设置X向滑板101和Z向滑板111，所述X向滑板101上设有上述砂轮主轴2。所述砂轮主轴2包括一左一右设置在X向滑板101两端的并且分别用于磨削外圆端面和内螺纹的外圆端面砂轮主轴21和内螺纹砂轮主轴20。
[0023]优选地，所述工件主轴3设置在所述Z向滑板111上，并且所述工件主轴3为空心轴，工件主轴3的前端装有用于夹紧工件32的液压卡盘30，其后端装有驱动该液压卡盘的液压油缸31，从而实现工件32的自动夹紧。
[0024]X向滑板101由X轴滚珠丝杆113驱动，X轴滚珠丝杆113由伺服电机驱动，外圆磨头砂轮和内圆磨头砂轮分别设置在外圆端面砂轮主轴21和内螺纹砂轮主轴20上，内螺纹砂轮主轴20为变频驱动的电主轴，用于磨削工件32的内螺纹，内螺纹砂轮主轴20可以上下摆动；外圆端面砂轮主轴21采用套筒式结构，通过变频电机及皮带驱动，用于磨削工件的端面、外圆。
[0025]在X轴床身上、靠近内螺纹砂轮主轴20的位置处还设有用于修正内螺纹磨削砂轮240的内螺纹砂轮修正装置22。所述内螺纹砂轮修正装置22为套筒式结构，由三相电机通过同步带驱动，主轴上安装成型金刚滚轮，可快速修正内螺纹磨削砂轮240。此内螺纹砂轮修正装置22还可以上下摆动一定角度，可在加工过程中适时修正内螺纹砂轮240。
[0026]Z向滑板111由Z轴滚珠丝杆114驱动，Z轴滚珠丝杆114的驱动电机为伺服电机，Z向滑板111上还装有光栅尺(未标号)，以实现闭环控制，通过Z向滑板111前后往复运动可实现工件32的进给运动。所述Z向滑板111上还设有用于修正外圆端面磨削砂轮241的外圆砂轮修正装置23，外圆砂轮修正装置23可沿Z轴方向相对Z向滑板111运动。Z向滑板111上还设有一个滑台13，滑台13可沿Z轴方向移动，滑台13相对于Z向滑板111运动，滑台13由液压油缸驱动可沿Z轴向前后往复运动，外圆砂轮修正装置23安装在所述滑台13上，修正外圆砂轮241时滑台前行。
[0027]外圆砂轮修正装置23采用金刚笔修正结构，两支金刚笔装在滑台上，用于修正外圆砂轮。滑台由液压油缸驱动可沿Z向前后往复运动，修正外圆砂轮时滑台前行，金刚笔伸出，此时X向滑板101与Z向滑板111联动可实现外圆砂轮241的修正；又因为X向滑板101实现了闭环控制，可以针对加工过程中的砂轮修正量进行自动补偿。
[0028]X轴、Z轴两个方向的运动加上工件主轴3的回转运动，形成了机床三个可控制的坐标轴，加工时依靠内螺纹砂轮主轴20和外圆端面砂轮主轴21沿X轴方向的移动实现换刀(砂轮);依靠X、Z轴移动，工件主轴3回转及内螺纹砂轮主轴20回转实现磨削内螺纹；依靠内螺纹砂轮主轴20在X轴方向的移动、内螺纹砂轮主轴20回转及内螺纹砂轮修正装置22主轴回转实现修正螺纹砂轮240 ;依靠外圆砂轮主轴21的X轴移动、工件主轴3的Z轴移动、工件主轴3回转及外圆砂轮主轴21回转实现修正外圆砂轮241。
[0029]所述快速对刀装置(未标号)包括砂轮主轴2、由转子部分42和定子部分41组成的声发射传感器，所述转子部分42包括声发射传感器的压电测头420和电信号传输端421,转子部分42安装在砂轮主轴2内并随砂轮主轴2 —起旋转，其中压电测头420靠近砂轮24一端；所述定子部分41安装在靠近转子部分42的电信号传输端421 —侧，转子部分42通过无线传输方式将发射信号传送给声发射传感器的定子部分41，声发射信号经信号处理器43处理后进入控制器5。
[0030]在磨削过程中，砂轮24与工件32弹性接触、砂轮24粘接剂破裂、砂轮24磨粒崩、碎砂轮磨粒与工件32摩擦、工件32表面裂纹等状态均可发射出声发射信号，这为声发射信号检测砂轮24与工件32的接触状态提供了理论依据。在磨削过程中，当砂轮24与工件32接触时，其接触状态可以通过声发射信号反映出来。
[0031]本实用新型的工作原理是:为了实现较高的磨削精度，本实用新型预先设定好在不同磨削深度时的声发射信号RMS门限值H ;当控制器5发出快速对刀信号后，磨削砂轮24以V(mm/min)的速度向X轴正方向移动到距离工件32螺纹底端h处，通过声发射传感器实时采集声发射信号，并经信号处理器43进行数字滤波以及与设定的RMS门限值H比较运算；然后砂轮24以Vl (mm/min)的速度向Z轴正方向移动，一直到砂轮24接触到工件32中螺纹右侧面发生磨削，当声发射传感器检测到被测量信号RMS值变化超过预定门限值H时，控制器5立即停止Z轴方向进给运动，并记录该点坐标(X1，Z1);同样方法，砂轮24以Vl (mm/min)的速度向Z轴负方向移动，一直到砂轮24接触到工件32中螺纹左侧面发生磨削，当声发射传感器检测到被测量信号RMS值变化超过预定门限值H时，控制器5立即停止Z轴在磨削方向进给运动，并记录该点坐标(XI，Z2)，最后，控制器5计算出砂轮24对刀中心位置:Z0=(Zl+Z2)/2，砂轮24以速度Vl (mm/min)移动到坐标位置(XI，ZO)即为砂轮24对刀中心坐标。
[0032]与现有技术相比，本实用新型的数控内螺纹磨削复合加工系统在砂轮主轴2设置声发射传感器，通过实时测量声发射信号，实现了螺母内螺纹磨削过程中自动快速对刀，能够满足螺母的高效率、高精度加工要求，对提高螺母磨削效率和磨削质量有重要意义。
[0033]虽然上面已经示出了本实用新型的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本实用新型的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种数控内螺纹磨削复合加工系统，其特征在于包括:由X轴床身及垂直于X轴床身设置的Z轴床身组成的T型床身、安装在T型床身上的控制器、设于X轴床身上方的砂轮主轴、设于Z轴床身上方的工件主轴及设于砂轮主轴上的快速对刀装置；其中 所述X轴床身和所述Z轴床身上分别设置有X轴导轨和Z轴导轨，所述X轴导轨和所述Z轴导轨上分别设置X向滑板和Z向滑板，所述X向滑板上设有上述砂轮主轴，所述砂轮主轴包括一左一右设置在X向滑板两端的并且分别用于磨削外圆端面和内螺纹的外圆端面砂轮主轴和内螺纹砂轮主轴，所述工件主轴设置在所述Z向滑板上。
2.根据权利要求1所述的数控内螺纹磨削复合加工系统，其特征在于，所述快速对刀装置包括由转子部分和定子部分组成的声发射传感器及用于处理声发射信号的信号处理器；所述砂轮主轴具有砂轮，所述转子部分包括压电测头和电信号传输端，转子部分安装在砂轮主轴内并随砂轮主轴一起旋转，其中压电测头靠近砂轮一端；所述定子部分安装在靠近转子部分的电信号传输端一侧，转子部分通过无线传输方式将发射信号传送给声发射传感器的定子部分，声发射信号经信号处理器处理后进入控制器。
3.根据权利要求1或2所述的数控内螺纹磨削复合加工系统，其特征在于，所述X轴床身上、靠近内螺纹砂轮主轴的位置处还设有内螺纹砂轮修正装置。
4.根据权利要求1或2所述的数控内螺纹磨削复合加工系统，其特征在于，工件主轴为空心轴，工件主轴的前端设有液压卡盘，其后端装有驱动液压卡盘的液压油缸。
5.根据权利要求1或2所述的数控内螺纹磨削复合加工系统，其特征在于，所述Z向滑板上还设有可沿Z轴相对于Z向滑板运动的外圆砂轮修正装置。
【文档编号】B23G1/48GK203459777SQ201320527775
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】林新达 申请人:广东顶固集创家居股份有限公司