专利名称：一种精密数控磨床平衡装置及其平衡方法
技术领域：
本发明涉及一种数控磨床，尤其是涉及一种精密数控磨床平衡装置及其平衡方法。
背景技术：
精密和超精密加工是一个国家制造业水平的重要标志之一，也是先进制造技术的基础和关键，磨削作为机械加工的重要组成部分，是精密和超精密加工的重要手段。精密数控磨床正是能够实现这一目的的工具。精密磨床为了实现高精度磨削加工，在机床的设备性能上对各轴定位精度、运动平稳性、机床的总体刚度等性能提出很高的要求。现在的精密数控磨床在进行磨削加工时，由于砂轮在前，主轴呈悬臂状态，特别是当磨头往前移动时，由于磨头很重，有向前倾的趋势，使得导轨发生了形变，虽然变形量很微小，但是对于精密加工而言，必然影响到了加工的精度，而且长期如此的话，使得精密磨床的寿命大大降低。因此，控制精密数控磨床平衡，无疑对于精密数控磨床具有重要的意义。中国专利CN201940899U公开一种法兰式磨床砂轮自动平衡仪的自动平衡装置， 该装置包括自动平衡装置底座以及装配于底座上的本体和自动平衡装置外壳，本体包括有两个驱动电机，本体外围转动装配有两个偏重平衡圈，每个偏重平衡圈都装配有一个用于安装平衡块的变位齿轮盘，两个驱动电机的轴线方向与该自动平衡装置的轴线方向垂直且沿该自动平衡装置的轴线方向依次错位装配，驱动电机通过两级蜗轮蜗杆副和一级由变位直齿轮和上述变位齿轮盘组成的变位齿轮副将动力传递到两个变位齿轮盘上，该装置解决了现有自动平衡装置轴向尺寸较大，不适合在一些对尺寸有限制的工作场合使用的状况。中国专利CN202006424U公开一种平面磨床的砂轮平衡装置，包括用于固定砂轮且套设于主轴上的砂轮套，所述砂轮套的背面设有圆环形的凹槽，所述凹槽内设有三个平衡组件，所述平衡组件均由平衡块、钢球以及紧定螺钉组成，所述平衡块嵌设于凹槽内，且其沿主轴轴向的截面呈扇形，所述平衡块具有一轴向通孔和一径向通孔，且所述轴向通孔和径向通孔的中轴线相交，所述钢球位于平衡块内；所述紧定螺钉自轴向通孔攻入平衡块。 该实用新型的结构以及操作均较为简单，它通过调节平衡块在圆弧形凹槽内的位置来实现砂轮的平衡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高超精密磨床加工精度和延长寿命的精密数控磨床平衡装置及其平衡方法。所述精密数控磨床平衡装置设有位移传感器、数据采集仪、工控机、比例伺服阀控制器、比例伺服阀、液压缸、支撑板、拉杆和磨头拉环；所述位移传感器设置于精密数控磨床的立柱上，位移传感器输出端与数据采集仪连接，数据采集仪的位移信号输出端接工控机， 工控机与比例伺服阀控制器连接，将压力控制信号传给比例伺服阀控制器，比例伺服阀控
3制器的输出端与比例伺服阀连接，比例伺服阀与液压缸连接；液压缸通过支撑板放置在精密数控磨床的主轴上，随着精密数控磨床的主轴一起运动，液压缸通过拉杆与磨头拉环相连接。所述精密数控磨床的平衡方法包括以下步骤1)建立平衡磨头偏移量的液压缸输出力和主轴向位移的关系；2)加工时实时平衡当主轴位移(Z向移动)时，安装在立柱上的位移传感器测出移动的距离，位移传感器通过数据采集仪将位移的电信号传给工控机，工控机的软件根据之前平衡磨头偏移量的液压缸输出力与主轴位移(Z向移动)的关系曲线，输出压力控制信号给比例伺服阀控制器，比例伺服阀控制器接到压力控制信号后对液压缸发出指令，液压缸输出与主轴位移(Z 向移动)相对应的力，从而使磨头达到平衡状态。在步骤1)中，所述建立平衡磨头偏移量的液压缸输出力和主轴向位移的关系可采用以下方法(1)建立坐标系，以主轴零点位置为坐标原点，设定测量步长；(2)按所设定的步长，移动主轴，利用激光干涉仪测量出磨头的偏移量，然后调节液压缸的输出力，使之最终磨头偏移量减少到误差范围内，得一组液压缸输出力与主轴位移(Z向移动)的数据；(3)将测到的离散数据点拟合，得到液压缸输出力与主轴位移(Z向移动)的关系， 即平衡磨头偏移量的液压缸输出力与主轴位移的关系曲线。工控机的检测处理软件设有系统设置模块、通讯模块、数据拟合处理模块和数据库模块等。本发明采用液压缸输出力用来平衡由于砂轮前移而带来的不平衡量，方便、快捷、 节省空间。而且采用了比例伺服阀，实现了对液压缸流量的精确控制，从而使液压缸提供精确的输出力，具有精度高，反应快速灵敏。另外，本发明结构简单，安装、连线容易，操作方便，自动化程度高等特点。
图1为本发明实施例建立液压缸输出力和Z向位移关系方法步骤图。图2为本发明实施例的精密数控磨床平衡装置结构组成示意图。图3为本发明实施例的平衡结构图。图4为本发明实施例的检测与处理软件组成框图。图5为本发明实施例的检测与处理软件工作流程图。以下给出图1 5中主要配件的标记精密数控磨床1、位移传感器2、数据采集仪3、工控机4、比例伺服阀控制器5、比例伺服阀6、液压缸7、支撑板8，拉杆9，磨头拉环10，A检测与处理软件，B系统设置模块C，通讯模块，D数据拟合处理模块，E数据库模块。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1 5，本发明实施例设有精密数控磨床1、位移传感器2、数据采集仪3、工控机4、比例伺服阀控制器5、比例伺服阀6、液压缸7、支撑板8、拉杆9和磨头拉环10 ；所述位移传感器2设置于精密数控磨床1的立柱上，位移传感器2输出端与数据采集仪3连接， 数据采集仪3的位移信号输出端接工控机4，工控机4与比例伺服阀控制器5连接，将压力控制信号传给比例伺服阀控制器5，比例伺服阀控制器5的输出端与比例伺服阀6连接，比例伺服阀6与液压缸7连接；液压缸7通过支撑板8放置在精密数控磨床1的主轴上，随着精密数控磨床的主轴一起运动，液压缸7通过拉杆9与磨头拉环10相连接。所述精密数控磨床的平衡方法包括以下步骤1)建立平衡磨头偏移量的液压缸输出力和主轴向位移的关系，具体方法如下(1)建立坐标系，以主轴零点位置为坐标原点，设定测量步长；(2)按所设定的步长，移动主轴，利用激光干涉仪测量出磨头的偏移量，然后调节液压缸的输出力，使之最终磨头偏移量减少到误差范围内，得一组液压缸输出力与主轴位移(Z向移动)的数据；(3)将测到的离散数据点拟合，得到液压缸输出力与主轴位移(Z向移动)的关系， 即平衡磨头偏移量的液压缸输出力与主轴位移的关系曲线。2)加工时实时平衡当主轴位移(Z向移动)时，安装在立柱上的位移传感器测出移动的距离，位移传感器通过数据采集仪将位移的电信号传给工控机，工控机的软件根据之前平衡磨头偏移量的液压缸输出力与主轴位移(Z向移动)的关系曲线，输出压力控制信号给比例伺服阀控制器，比例伺服阀控制器接到压力控制信号后对液压缸发出指令，液压缸输出与主轴位移(Z 向移动)相对应的力，从而使磨头达到平衡状态。具体步骤如下首先建立平衡磨头偏移量的液压缸力和主轴Z向位移的关系。建立坐标系，以主轴零点位置为坐标原点，设定测量步长。按所设定的步长，移动Z 轴，利用激光干涉仪可以测量出磨头的偏移量，然后调节液压缸7的输出力，使之最终磨头偏移量减少到误差范围内。由上一步的方法，得到了一组液压缸7输出力与Z向位移的数据，记录数据。由于这些数据是一些离散的点，为了更加精确的得到液压缸7输出力与Z向位移的关系，必须对这些数据进行拟合，得到拟合曲线，即平衡磨头偏移量的液压缸7输出力与Z向位移的关系曲线。位移传感器2用于检测主轴的位移，当主轴发生位移变化时，位移传感器2就会产生相应的电信号，通过数据采集仪3采集后，发送给工控机4，工控机4的检测与处理软件A 收到信号后，进行处理，然后发送给比例伺服阀控制器5，比例伺服阀控制器5接收到指令后向比例伺服阀6输出信号，比例伺服阀6进而控制液压缸7的输出力，液压缸7马上输出与位移相对应的用于平衡磨头的输出力，从而使磨头达到平衡。工控机5设有检测与处理软件A。检测与处理软件A收到来自位移传感器2的信号后，进行处理，产生位移量，接着根据之前得到的平衡磨头偏移量的液压缸7输出力与Z 向位移之间的关系曲线，得到与位移相对应的液压缸7输出力，并将其转化为压力控制信号发给比例伺服阀控制器5。同时检测与处理软件A能将之前得到的平衡磨头偏移量的液压缸7输出力与Z向位移的关系的离散点进行曲线拟合。
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参见图4和5，检测与处理软件A设有系统设置模块B、通讯模块C、数据拟合处理模块D，数据库模块E，各个模块功能如下系统设置模块B用于设定检测系统的各项参数，包括传感器采样频率、系统误差设定等各种参数。通讯模块C用于接收位移传感器传来的位移信号和负责将压力控制信号通过串口传给比例伺服阀控制器。数据拟合处理模块D用于将离散点进行拟合，通过标度变化，剔除奇异项，平滑处理等预处理，然后进行拟合曲线。数据库模块E用于储存液压缸输出力和Z向位移关系的数据，当工控机接到Z向位移信号后，就会在该模块的数据库中进行检索，得到液压缸输出力。测出的平衡磨头偏移量的液压缸输出力与Z向位移的关系曲线并不是一成不变的，随着磨床的使用，输出力与Z向位移的关系会发生变化，因此，需要定期进行测量，得到新的数据，并将新的数据导入到工控机的软件里。
权利要求
1.一种精密数控磨床平衡装置，其特征在于设有位移传感器、数据采集仪、工控机、比例伺服阀控制器、比例伺服阀、液压缸、支撑板、拉杆和磨头拉环；所述位移传感器设置于精密数控磨床的立柱上，位移传感器输出端与数据采集仪连接，数据采集仪的位移信号输出端接工控机，工控机与比例伺服阀控制器连接，将压力控制信号传给比例伺服阀控制器，比例伺服阀控制器的输出端与比例伺服阀连接，比例伺服阀与液压缸连接；液压缸通过支撑板放置在精密数控磨床的主轴上，随着精密数控磨床的主轴一起运动，液压缸通过拉杆与磨头拉环相连接。
2.精密数控磨床的平衡方法，其特征在于采用如权利要求1所述一种精密数控磨床平衡装置，所述平衡方法包括以下步骤1)建立平衡磨头偏移量的液压缸输出力和主轴向位移的关系；2)加工时实时平衡当主轴位移时，安装在立柱上的位移传感器测出移动的距离，位移传感器通过数据采集仪将位移的电信号传给工控机，工控机的软件根据之前平衡磨头偏移量的液压缸输出力与主轴位移的关系曲线，输出压力控制信号给比例伺服阀控制器，比例伺服阀控制器接到压力控制信号后对液压缸发出指令，液压缸输出与主轴位移相对应的力，从而使磨头达到平衡状态。
3.如权利要求2所述的精密数控磨床的平衡方法，其特征在于在步骤1)中，所述建立平衡磨头偏移量的液压缸输出力和主轴向位移的关系采用以下方法(1)建立坐标系，以主轴零点位置为坐标原点，设定测量步长；(2)按所设定的步长，移动主轴，利用激光干涉仪测量出磨头的偏移量，然后调节液压缸的输出力，使之最终磨头偏移量减少到误差范围内，得一组液压缸输出力与主轴位移的数据；(3)将测到的离散数据点拟合，得到液压缸输出力与主轴位移的关系，即平衡磨头偏移量的液压缸输出力与主轴位移的关系曲线。
全文摘要
一种精密数控磨床平衡装置及其平衡方法，涉及一种数控磨床。平衡装置设有位移传感器、数据采集仪、工控机、比例伺服阀控制器、比例伺服阀、液压缸、支撑板、拉杆和磨头拉环。建立平衡磨头偏移量的液压缸输出力和主轴向位移的关系；加工时实时平衡，当主轴位移时，安装在立柱上的位移传感器测出移动的距离，位移传感器通过数据采集仪将位移的电信号传给工控机，工控机的软件根据之前平衡磨头偏移量的液压缸输出力与主轴位移的关系曲线，输出压力控制信号给比例伺服阀控制器，比例伺服阀控制器接到压力控制信号后对液压缸发出指令，液压缸输出与主轴位移相对应的力，从而使磨头达到平衡状态。可提高超精密磨床加工精度和延长寿命。
文档编号B24B55/00GK102501177SQ20111034677
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者唐旎, 杨峰, 林晓辉, 王振忠, 郭隐彪 申请人:厦门大学