专利名称：高硬球面精密磨削中机电液组合进给驱动控制装置与方法
技术领域：
本发明涉及的是一种数控机床技术领域的高硬球面精密磨削技术，具体是一种高硬球面精密磨削中的机电液组合进给驱动控制装置与方法。
背景技术：
高硬度高精度球体是耐高温、耐高压、耐磨损球阀中的关键部件。这类球阀承受的工作条件十分恶劣，为了提高其耐高温和耐磨性能，通常在球阀球体表面喷涂了耐磨性很高的WC、Ν 60等高硬度材料。另一方面，由于这种球阀一般都工作在高温、高压环境中，密封要求也相当高，在这种工况下往往采用硬密封方式，球体的形状精度(球度)要求非常高，表面粗糙度Ra要求也必须小于0. 1 μ m，这就给表面精密加工带来了更大的困难。一般都采用金刚石或CBN磨料磨具进行精密磨削加工这种高硬度、高耐磨性材料。由于被加工工件表面硬度高，在磨削加工中，往往把磨削进给速率都控制得比较低。但是，太低的磨削进给速率，磨削效率就低。如果磨削进给速率太快，当进给速率大于磨削去除速率和砂轮磨料损耗速率之和时，磨削压力就会逐渐增大，最后导致磨削烧伤，或者发生砂轮块爆裂。所以，合理控制磨削压力，是提高高硬材料磨削效率的有效途径。大多数高硬球面磨削装置的砂轮系统由于结构的限制，很难设置磨削压力检测控制装置，一般都是操作人员凭经验来控制磨削过程的进给速度，或者采用弹性磨具来实现磨削，经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为ZL98207865.X，名称为弹性磨盘，主要是在金属碗形法兰的碗口均勻排列着一组块状纱布，形成叠式放射形状磨盘体，扣上固定环，通过合成树脂法兰、磨盘体、固定环粘接固化成弹性磨盘。该磨盘的优点在于弹性、可扰性良好、可承受较大的磨削压力。然而，这类磨盘主要用于待处理工件抛光，如果用于高精度的精密磨削，就很难保证磨削效率和尺寸精度。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种高硬球面精密磨削中的机电液组合进给驱动控制装置与方法，该装置与方法通过检测进给驱动油缸内部流体介质的压力来判断磨削过程中的磨削压力大小，无需复杂的液压伺服系统，就可以根据磨削压力变化情况，自动调整进给速度，使磨削压力处于一个合适数值，即磨具的进给速率与磨削去除率和砂轮磨料损耗速率保持平衡，达到高效、优质的磨削效果。本发明是通过以下技术方案实现的本发明所述的高硬球面精密磨削中的机电液组合进给驱动控制装置，包括砂轮架工作台部件、砂轮架滑座部件，其中砂轮架滑座部件活动设置于砂轮架工作台部件上。所述的砂轮架工作台部件包括砂轮架工作台、直线导轨、第一油缸、第一活塞杆、 第二油缸、伺服电机、滚珠丝杠、滚珠丝杆螺母、轴承、第一连接块、压力表、压力传感器、三通接头，其中结构参数完全相同的第一油缸和第二油缸固定安装在砂轮架工作台的中部； 伺服电机固定安装在砂轮架工作台紧邻第一油缸的一侧，滚珠丝杆的一端与伺服电机输出轴固定连接，滚珠丝杆的另一端通过轴承安装在砂轮架工作台的轴承座中，滚珠丝杆螺母通过第一连接块与第一驱动油缸中的第一活塞杆固定连接；第一油缸右侧与第二油缸右侧通过右流道连通，第一油缸左侧与第二油缸左侧通过左流道连通；压力传感器和压力表分别安装在三通接头的两个通道上，三通接头另一端与左流道相通；直线导轨固定安装在砂轮架工作台上部左右两侧。所述的砂轮架滑座部件包括砂轮架滑座、第二连接块、直线导轨滑块、电主轴、砂轮磨具，其中直线导轨滑块固定在砂轮架滑座的下方，并在直线导轨上滑动安装；固定安装在砂轮架滑座下方的第二连接块与第二油缸中的第二活塞杆固定连接，驱动砂轮架滑座在砂轮架工作台上的直线导轨上做进给运动。本发明中，伺服电机带动滚珠丝杆旋转，滚珠丝杆螺母带动第一油缸中的第一活塞杆由右向左做直线移动，驱动第一油缸中活塞左端的液压油通过左流道由第一油缸流向第二油缸活塞左端，驱动第二活塞杆由左向右移动，再通过第二连接块驱动砂轮架滑座做进给运动，当进给速度快，磨削去除速度慢时，磨削压力会逐渐增加，第一油缸和第二油缸活塞左侧的油压增加，安装在三通接头上压力传感器和压力表的数值增加，控制系统通过读取压力传感器的压力变化来确定进给速度的快慢，实现定压力的磨削控制。本发明所述的高硬球面精密磨削中的机电液组合进给驱动控制方法，包括步骤如下第一步、控制系统定时读取压力传感器输出的压力值，计算磨削压力值，判断是否达到设定的阈值，如果未达到阈值，继续进给；第二步、如果已经达到或超过阈值，读取当前磨削压力值，并与前一次测量值进行比较，如果当前磨削压力值等于或小于前一次测量值，提高砂轮架滑座的进给速度；第三步、如果当前磨削压力值大于前一次测量值，降低砂轮架滑座的进给速度。本发明具有以下有益效果通过压力传感器直接检测砂轮磨具作用在被加工工件表面上的磨削压力，连接方法简单，容易实现。通过磨削压力的控制，使磨削进给速率与磨削去除率保持一致，避免了磨削烧伤或砂轮挤爆现象发生，达到最佳的磨削效果。
图1为本发明装置图。图2为本发明左侧视图。图3为发明控制流程图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1和图2所示，本实施例提供一种高硬球面精密磨削中机电液组合进给驱动控制装置，包括砂轮架工作台部件1、砂轮架滑座部件22，其中砂轮架滑座部件22活动设置于砂轮架工作台部件1的直线导轨26上。所述的砂轮架工作台部件包括砂轮架工作台1、直线导轨沈、第一油缸12、第一活塞11、第一活塞杆10、第二油缸20、第二活塞杆19、第二活塞18、伺服电机9、伺服电机安装架7、滚珠丝杆连轴套8、滚珠丝杠6、滚珠丝杆螺母4、轴承3、轴承座2、第一连接块5、压力表16、压力传感器17、三通接头15、右流道13、左流道14等，其中结构参数完全相同的第一油缸12和第二油缸20固定安装在砂轮架工作台1的中部；伺服电机9固定安装在砂轮架工作台1紧邻第一油缸12的一侧，滚珠丝杆6的一端与伺服电机9输出轴通过滚珠丝杆连轴套8固定连接，滚珠丝杆6的另一端通过轴承3固定安装在砂轮架工作台1上的轴承座2中，滚珠丝杆螺母4通过第一连接块5与第一驱动油缸12中的第一活塞杆11固定连接；第一油缸12右侧与第二油缸20右侧通过右流道13连通，第一油缸12左侧与第二油缸20左侧通过左流道14连通；压力传感器17和压力表16分别安装在三通接头15的两个通道上，三通接头15另一端与左流道14相通；直线导轨沈固定安装在砂轮架工作台1上部左右两侧。所述的砂轮架滑座部件包括砂轮架滑座22、第二连接块21、直线导轨滑块27、电主轴23、砂轮磨具M，其中直线导轨滑块27用螺栓固定在砂轮架滑座22的下方，并在直线导轨沈上滑动安装；固定安装在砂轮架滑座22下方的第二连接块21与第二油缸20中的第二活塞杆19固定连接，驱动砂轮架滑座22在砂轮架工作台1上的直线导轨沈上做直线进给运动。本实施例中，伺服电机9带动滚珠丝杆旋转，滚珠丝杆螺母4带动第一油缸12中的第一活塞杆10由右向左做直线移动，驱动第一油缸12中活塞11左端的液压油通过左流道由第一油缸12流向第二油缸20活塞左端，驱动第二活塞杆18由左向右移动，再通过第二连接块21驱动砂轮架滑座做进给运动，当进给速度快，磨削去除速度慢时，磨削压力会逐渐增加，第一油缸12和第二油缸20活塞左侧的油压增加，安装在三通接头15上压力传感器17和压力表16的数值增加，控制系统通过读取压力传感器17的压力变化来确定进给速度的快慢，实现定压力的磨削控制。如图3所示，本实施例基于上述的装置，还提供一种高硬球面精密磨削中机电液组合进给驱动控制方法，具体通过以下步骤实现控制第一步、控制系统定时读取压力传感器17输出的压力值，判断是否达到设定的阈值，如果未达到阈值，继续进给；第二步、如果已经达到或超过阈值，读取当前磨削压力值，并与前一次测量值进行比较，如果当前磨削压力值等于或小于前一次测量值，提高砂轮架滑座22的进给速度；第三步、如果当前磨削压力值大于前一次测量值，降低砂轮架滑座22的进给速度。本实例通过压力传感器17直接检测砂轮磨具作用在被加工工件表面上的作用力，连接方法简单，容易实现。通过磨削压力的控制，使磨削进给速率与磨削去除率保持一致，避免了磨削烧伤或砂轮挤爆现象发生，达到最佳的磨削效果。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种高硬球面精密磨削中机电液组合进给驱动控制装置，包括砂轮架工作台部件、砂轮架滑座部件，其中砂轮架滑座部件活动设置于砂轮架工作台部件上；所述的砂轮架工作台部件包括砂轮架工作台、直线导轨、第一油缸、第一活塞杆、第二油缸、伺服电机、滚珠丝杠、滚珠丝杆螺母、轴承、第一连接块、压力表、压力传感器、三通接头，其中结构参数完全相同的第一油缸和第二油缸固定安装在砂轮架工作台的中部；伺服电机固定安装在砂轮架工作台紧邻第一油缸的右下侧，滚珠丝杆的一端与伺服电机输出轴固定连接，滚珠丝杆的另一端通过轴承安装在砂轮架工作台的轴承座中，滚珠丝杆螺母通过第一连接块与第一驱动油缸中的第一活塞杆固定连接；第一油缸右侧与第二油缸右侧通过右流道连通，第一油缸左侧与第二油缸左侧通过左流道连通；压力传感器和压力表分别安装在三通接头的两个通道上，三通接头另一端与左流道相通；直线导轨固定安装在砂轮架工作台上部左右两侧。
2.根据权利要求1所述的一种高硬球面精密磨削中机电液组合进给驱动控制装置，其特征在于所述的砂轮架滑座部件包括砂轮架滑座、第二连接块、直线导轨滑块、电主轴、 砂轮磨具，其中直线导轨滑块固定在砂轮架滑座的下方，并在直线导轨上滑动安装；固定安装在砂轮架滑座下方的第二连接块与第二油缸中的第二活塞杆固定连接，驱动砂轮架滑座在砂轮架工作台上的直线导轨上做进给运动。
3.根据权利要求1或2所述的一种高硬球面精密磨削中的机电液组合进给驱动控制装置，其特征在于所述伺服电机带动滚珠丝杆旋转，滚珠丝杆螺母带动第一油缸中的第一活塞杆由右向左做直线移动，驱动第一油缸中活塞左端的液压油通过左流道由第一油缸流向第二油缸活塞左端，驱动第二活塞杆由左向右移动，再通过第二连接块驱动砂轮架滑座做进给运动，当进给速度快，磨削去除速度慢时，磨削压力会逐渐增加，第一油缸和第二油缸活塞左侧的油压增加，安装在三通接头上压力传感器和压力表的数值增加，控制系统通过读取压力传感器的压力变化来确定进给速度的快慢，实现定压力的磨削控制。
4.一种采用权利要求1-3任一项所述装置的高硬球面精密磨削中的机电液组合进给驱动控制方法，其特征在于包括如下步骤第一步、控制系统定时读取压力传感器输出的压力值，判断是否达到设定的阈值，如果未达到阈值，继续进给；第二步、如果已经达到或超过阈值，读取当前磨削压力值，并与前一次测量值进行比较，如果当前磨削压力值等于或小于前一次测量值，提高砂轮架滑座的进给速度；第三步、如果当前磨削压力值大于前一次测量值，降低砂轮架滑座的进给速度。
全文摘要
本发明公开一种高硬球面精密磨削中机电液组合进给驱动控制装置与方法，采用伺服电机带动滚珠丝杆旋转，滚珠丝杆螺母带动第一油缸中第一活塞杆由右向左做直线移动，驱动第一油缸中活塞左端的液压油通过左流道由第一油缸流向第二油缸活塞左端，驱动第二活塞杆由左向右移动，再通过第二连接块驱动砂轮架滑座做进给运动，当进给速度快，磨削去除速度慢时，磨削压力会逐渐增加，第一油缸和第二油缸活塞左侧的油压增加，安装在三通接头上压力传感器和压力表的数值增加，通过读取压力传感器的压力变化来确定进给速度的快慢。该装置无需复杂的液压伺服系统，就能实现定压力的磨削控制，使磨具进给速率与磨削去除率和砂轮磨料损耗速率保持平衡。
文档编号B24B47/14GK102441847SQ201110360989
公开日2012年5月9日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者胡德金 申请人:上海交通大学