专利名称：设有智能控制系统的卧式珩磨机的制作方法
设有智能控制系统的卧式珩磨机技术领域
本发明属于机床技术领域，具体涉及一种设有智能控制系统的珩磨机。
技术背景
珩磨机是高精度孔加工专用设备，广泛应用于汽缸、油缸、油泵等设备零件的精密孔加工，珩磨机设计是否先进，制造质量是否优良，对于孔加工的精密度起到最终决定的作用。
例如中国专利号ZL200910115312. 6，名称为“珩磨机”的发明专利，公开了一种珩磨机，包括主轴传动机构、往复驱动机构、工作台、珩磨头进给机构、珩磨头、数字控制系统、气动在线测量系统；珩磨头包括主轴、设置在主轴上的一组粗珩磨砂条和一组精珩磨砂条，珩磨头上设置有双级伸缩液压缸，双级伸缩液压缸包括第一活塞杆和第二活塞杆， 当第一活塞杆伸出时，粗珩磨砂条在第一活塞杆的作用下向外伸出进行粗珩磨，当第二活塞杆伸出时，精珩磨砂条在第二活塞杆的作用下伸出进行精珩磨，工作台上设置有第一油缸，珩磨头能在第一油缸的活塞杆的作用下上下移动。这种珩磨机的不足之处是1、珩磨条的进给应用单纯机械传动模式，容易受配合间隙及受力变形的影响，误差大；2、气动在线测量装置与进给控制为开放式结构，不能自动实时跟踪测量结果并进给磨削，对中间环节的干扰无法隔离，影响精度和进度；3、磨削位移测量用气动测量装置，气动测量易发生漂移，易受到气源波动等各种干扰，精度不够高。
又例如中国专利号ZL200510024025. 6，名称为“数控立式高精度珩磨机”的发明专利，公开了一种属于机械技术领域的数控立式高精度珩磨机，包括立式珩磨头的主轴传动机构、珩磨条径向微进给机构、珩磨头高速平稳往复运动机构、数字控制系统，其连接方式为立式珩磨头主轴传动机构和珩磨条径向微进给机构都空间垂直设置在珩磨机床身上，立式珩磨头的主轴传动机构和珩磨条径向微进给机构通过进给套连接在一起，珩磨头高速平稳往复运动机构通过轴承和立式珩磨头主轴传动机构、珩磨条径向微进给机构连接在一起。该专利说明书中在关于珩磨头补偿及进给的措施中阐明“加工过程中如果珩磨条磨损较大，必然引起主电机功率增大，通过主电机的实时在线检测，可通过珩磨条径向微进给机构可实现珩磨条的径向补偿进给的目的。”这种对珩磨条磨损当然也应包括对工件磨削量的检测，其本质是对磨削力而首先是珩磨头与工件压力的控制，采用对电机功率的控制实际上是对电机的电流控制以间接达到的，这种控制方案存在诸多不足，第一点，根据该专利的权利要求3披露，该专利的进给步进电机与珩磨头的连接，中间需经过减速器、空心轴、连轴器、花键滚珠筒、滚珠丝杠、进给块、弹簧、顶杆、压杆、调整块、珩磨杆等等近三十件零件，经过如此繁冗的连接传动链，直至电机的工况测量值传输至控制器，再由控制器作出判断处理将结果传回电机，然后再一次由电机经过上述一连串的中间传动环节使珩磨头作出反应，其动作时间的滞后性是显而易见的，这必将严重影响珩磨实时控制以致影响珩磨精度；第二点，该专利的侧量过程最终还得将电机功率的变化转换为对珩磨力的估算， 这种估算所对应的线性度如何难以肯定，因此这种对于珩磨头间接的压力检测颇有点隔靴搔痒之感；第三点，立式珩磨机的主轴行程短也是该种机型的不足；卧式珩磨机的结构及加工工艺不同于立式珩磨机，卧式珩磨机的珩磨头水平安置，仅作往复运动而不作旋转运动，在床身上设有支承工件的中心架和支承珩磨杆的导向架，工件由主轴带动旋转，卧式珩磨机的行程一般较长，该专利的用于立式珩磨机的结构及传动方式一般也无法直接在卧式珩磨机上套用或仿制。发明内容
本发明需要解决的技术问题是，克服现有技术的珩磨机缺乏智能控制系统以及珩磨压力测试和尺寸精度检测所存在的缺陷，提供一种具有包括自动进给装置和准在线检测装置的智能控制系统的珩磨机，这种智能控制系统精度高，调整方便、稳定性好，具有可视化操作界面，使珩磨机得到质的提升。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的一种设有智能控制系统的卧式珩磨机，包括设置在机床床身上的包含有推进杆的主轴传动机构、包含有进给轴的珩磨头进给传动机构、冲程往复运动传动机构和智能控制系统，所述智能控制系统包括珩磨头进给传动机构的自动进给控制装置和准在线检测装置；所述珩磨头进给机构为数控步进电机/ 伺服电机传动机构，所述准在线检测装置包括设在进给轴上的压力传感器和设在推进杆后侧边的作为位移传感器以检测进给位移的光栅式传感器；各传感器及各传动机构都与微控制器电连接，并与自动进给控制装置一起构成半闭环控制装置。
用微控制器根据压力传感器反馈的信息控制步进电机/伺服电机进给，压力传感器的检测加上微控制器的控制精度远高于现有技术所应用的依据弹簧加杠杆的控制方式的所谓定压力方式；半闭环控制装置能保证珩磨压力始终处于波纹度极低的恒压力状态。
用光栅式传感器检测珩磨头的位移变化比气动检测的波动小，线性度高，光栅式传感器的分辨力最高可达0. 1微米，特别是光栅式传感器测量范围大，至少可达30mm以上， 这有利于在变换所加工的产品品种规格时重新调整设备将会很容易完成；而气动测量装置的动态检测范围非常小，一般最多仅几个毫米，若要变换工件的品种规格就非常麻烦，气动测量装置还容易受到气压的波动等干扰而影响准确度。
作为优选，所述智能控制系统的连接方式为，微控制器的输出与步进电机电连接， 步进电机轴与进给丝杆通过同步带传动连接，丝杆前端为推进杆，推进杆又分别与一机械滤波装置及一推片连接，所述推片顶压并可推动安装有磨条的珩磨头，所述机械滤波装置与位移传感器连接，光栅式传感器对被珩磨头珩磨的工件孔径检测并将输出连接至微控制器，同时压力传感器将珩磨头与工件的接触压力检测值输出连接至微控制器，微控制器根据光栅式传感器及压力传感器的信息经运算处理并将发出的脉冲指令连接至步进电机。
所述智能控制系统是压力与尺寸双控制原理，当工件还未加工到预设加工尺寸时，尺寸控制装置未触发，珩磨加工处于恒压力状态，其中珩磨的压力信号通过压力传感器反馈给微控制器，微控制器判断压力传感器电信号的变化情况后，再对进给步进电机发出脉冲信号控制进给，用进给量来补偿工件磨削后尺寸扩大造成的压力衰减，从而实现加工过程中自动进给和恒压控制。当珩磨机加工到了预设定的加工尺寸数值时，作为位移传感器的光栅式传感器被触发，微控制器发出指令使珩磨机停机。
作为优选，所述微控制器对光栅式传感器信号进行间隔采样，采样周期为0. 5 5ms ο
作为优选，所述准在线检测装置包括直线导轨、导轨安装基座、导轨滑块安装板、 校正轴安装座、校正轴、弹性联轴器、推进杆接轴以及推进杆，直线导轨通过导轨安装基座固定在机床床身上，校正轴安装座通过导轨滑块安装板固定在直线导轨上，校正轴的后端与校正轴安装座可调节地连接，校正轴的前端通过弹性连轴器与推进杆接轴连接，推进杆接轴另一端连接轴承座，推进杆的后端通过所述轴承座中的背对背安装并经过预紧的一对角接触球轴承或一对单列圆锥滚子轴承与轴承座连接，磨条通过所述推片连接在推进杆的前端；光栅式传感器的各部件分别安装在导轨安装基座侧面及推进杆的侧面。
直线导轨保证滑块移动的轨迹与主轴平行；弹性联轴器对进给装置的径向跳动滤波；校正轴对推进杆的径向跳动起到校正作用，并保证与推进杆轴向位移的同步；背对背安装并经过预紧的一对角接触球轴承或一对单列圆锥滚子轴承有较大的抗弯刚度，并且可限制轴或外壳的轴向位移，即可实现零间隙接合，非常适合用于悬臂轴的支承，在负载不是很大的情况下，可选用角接触球轴承以减轻运转摩擦力并允许较高的极限转速。
本发明的有益效果是1、整机功能增强，能够动态显示加工状态，实现可视化操作；2、自动补偿和校正各种干扰造成的动态误差；3、简化结构，改善操作，降低对操作人员的技术要求；4、提高产品加工精度等级，提升机床性能等级。
图1是本发明一种实施例的智能控制系统工作原理图； 图2是本发明实施例的准在线检测装置的结构示意图；图3是一种自动进给系统控制原理示意图； 图4是推进杆与轴承座的连接结构示意图； 图5是一种实施例的整机外形示意图。
图中，床身1 ；珩磨头进给传动机构2 ；智能控制系统3 ；微控制器31 ；步进电机32 ； 推进杆33 ；机械滤波装置34 ；推片35 ；孔径36 ；自动进给控制装置4 ；准在线检测装置5 ；压力传感器51 ；光栅式传感器52 ；光栅盖521 ；直线导轨53 ；导轨安装基座M ；导轨滑块安装板阳；校正轴安装座56 ；校正轴57 ；弹性联轴器58 ；推进杆接轴59 ；轴承座60 ；角接触球轴承61 ；控制箱7。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步描述。
实施例1 如图1 图4所示，一种设有智能控制系统的卧式珩磨机，包括设置在机床床身1上的包含有推进杆的主轴传动机构、包含有进给轴的珩磨头进给传动机构2、珩磨头冲程传动机构和智能控制系统3，所述智能控制系统3包括珩磨头进给传动机构2的自动进给控制装置4和准在线检测装置5 ；所述珩磨头进给机构2为数控步进电机/伺服电机传动机构，所述准在线检测装置5包括设在进给轴的压力传感器51和设在推进杆后侧边的作为位移传感器以检测进给位移的光栅式传感器52 ；各传感器及各传动机构都与微控制器电连接，并与自动进给控制装置4 一起构成半闭环控制装置。
智能控制系统3的连接方式为，微控制器31的输出与步进电机32电连接，步进电机轴与进给丝杆通过同步带连接传动，丝杆前端为推进杆33，推进杆33又分别与一机械滤波装置34及一推片35连接，推片35顶压并可推动安装有磨条的珩磨头，机械滤波装置34 与光栅式传感器52连接，光栅式传感器52对被珩磨头珩磨的工件孔径检测并将输出连接至微控制器31，同时压力传感器51也将珩磨头与工件的接触压力检测值输出连接至微控制器31，微控制器31根据光栅式传感器52及压力传感器51的信息经运算处理并将发出的脉冲指令连接至步进电机32。
所述智能控制系统的连接方式用工作原理模块图如图1所示，该系统的控制方式是压力与尺寸双控制原理，当工件还未加工到预设加工尺寸时，尺寸控制装置未触发，珩磨加工处于恒压力状态，其中珩磨的压力信号通过压力传感器51反馈给微控制器31，微控制器31判断压力传感器51电压信号的变化情况后，再对进给步进电机32发出脉冲信号控制进给，用进给量来补偿工件磨削后尺寸扩大造成的压力衰减，从而实现加工过程中自动进给和恒压控制。当珩磨机加工孔径36到了预设定的加工尺寸数值时，光栅式传感器52 被触发，微控制器31发出指令使珩磨机停机。
微控制器31对光栅式传感器52信号进行间隔采样，采样周期为0. 5 ;3mS。
准在线检测装置5包括直线导轨53、导轨安装基座54、导轨滑块安装板55、校正轴安装座56、校正轴57、弹性联轴器58、推进杆接轴59、轴承座60以及推进杆33，直线导轨 53通过导轨安装基座M固定在机床床身1上，校正轴安装座56通过导轨滑块安装板55固定在直线导轨53上，校正轴57的后端与校正轴安装座56可调节地连接，校正轴57的前端通过弹性连轴器58与推进杆接轴59连接，推进杆接轴59另一端连接轴承座60，推进杆33 的后端通过轴承座60中的背对背安装并经过预紧的一对角接触球轴承61或一对单列圆锥滚子轴承与轴承座连接，磨条通过所述推片35连接在推进杆33的前端；光栅式传感器52 的各部件分别安装在导轨安装基座M侧面及推进杆33的侧面，在光栅式传感器52的上面设有光栅盖521，如图2、4所示。
直线导轨53保证滑块移动的轨迹与主轴平行；弹性联轴器58对进给装置的径向跳动滤波；校正轴57对推进杆33的径向跳动起到校正作用，并保证与推进杆轴向位移的同步；背对背安装并经过预紧的一对角接触球轴承61或一对单列圆锥滚子轴承有较大的抗弯刚度，并且可限制轴或外壳的轴向位移，即可实现零间隙接合，非常适合于悬臂轴的支承，在负载不是很大的情况下，可选用角接触球轴承以减轻运转摩擦力并允许较高的极限转速。
所述自动进给控制装置4的原理如图3所示，此流程图是在选择停机方式为“到尺寸停机”的前提下工作的。
其中，符号“<”表示1.压力传感器测试的压力<预设压力最小值，2.光栅式传感器测量出来的尺寸<预设的尺寸； 符号“彡”表示1.压力传感器测试的压力>预设压力最大值，2.光栅式传感器测量出来的尺寸>预设的尺寸。
该方案是将珩磨机在磨削加工时将整个系统处于一个压力恒定的范围内，从而将测量系统的所有中间环节的变形量和不确定度皆予以封闭或隔离，处于可控、可接受的状态之下。
微控制器31在珩磨加工过程每隔ImS的时间对光栅式传感器52信号进行一次采样，这种模式可以很大程度的节约微控制器的资源，并比较它与预设尺寸量的差异，再判断是否满足停机条件，此种多次采样信号与预设尺寸量比较可以减少为微控制器误判断。
珩磨机的磨削进给主要是将进给丝杆上的进给量通过推进杆33来顶珩磨头推片 35来实现磨削量的进给。推片35与磨条之间是通过17°的角度将轴向位移的变化转化成珩磨头直径方向扩张量，17°可根据具体情况进行修正。珩磨机在工作状态时，推进杆33 在恒压系统的作用下始终顶住珩磨头的推片。如此得到下面公式Ad=2AsXtanl7° (mm) Ad:直径方向的扩张量 (mm) As:推进杆的轴向位移量(mm) 因为整个过程都处在恒定压力状态下工作，故在推进杆轴向方向中各个环节中因压力引起的变形量是一个定值I设预定尺寸为b，并设在磨条刚好在恒定压力的情况下接触到工件时，位移传感器位移量为L1,当珩磨加工到最终内径时，位移传感器位移量为L2。
其中 Lfa+bL2=a+b+As所以 As =L2-L1(mm)为将a值的变化控制在可以接受的范围内，即a的变化量近似为零，所以将引起a值变化的主要因素压力变化控制在一个很小变化范围内，使压力近似为一个恒定值。
在微控制器31中设有网纹角度调整设定程序，在用户将设定好的主轴转速、冲程速度，在参数设置的界面输入冲程长度和最终内径之后，便会自动计算出实际网纹角度。
本发明实施例的外形图如图5所示，微控制器31设在控制箱7中。
本发明使现有技术卧式珩磨机整机功能增强，能够动态显示加工状态，自动补偿和校正各种干扰造成的动态误差；简化结构，改善操作，降低对操作人员的技术要求；提高产品加工精度等级，提高机床性能等级，本领域的技术人员如果对上述发明内容作简单的修改或替换，这样的改变不能认为是脱离本发明的范围，所有这样对所属领域的技术人员显而易见的修改将包括在本发明的权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种设有智能控制系统的卧式珩磨机，包括设置在机床床身上的包含有推进杆的主轴传动机构、包含有进给轴的珩磨头进给传动机构、冲程往复运动传动机构和智能控制系统，其特征是，所述智能控制系统包括珩磨头进给传动机构的自动进给控制装置和准在线检测装置；所述珩磨头进给机构为数控步进电机/伺服电机传动机构，所述准在线检测装置包括设在进给轴上的压力传感器和设在推进杆后侧边的作为位移传感器以检测进给位移的光栅式传感器；各传感器及各传动机构都与微控制器电连接，并与自动进给控制装置一起构成半闭环控制装置。
2.根据权利要求1所述的设有智能控制系统的卧式珩磨机，其特征是，所述智能控制系统的连接方式为，微控制器的输出与步进电机电连接，步进电机轴与进给丝杆通过同步带连接传动连接，丝杆前端为推进杆，推进杆又分别与一机械滤波装置及一推片连接，所述推片顶压并可推动安装有磨条的珩磨头，所述机械滤波装置与位移传感器连接，光栅式传感器对被珩磨头珩磨的工件孔径检测并将输出连接至微控制器，同时压力传感器将珩磨头与工件的接触压力检测值输出连接至微控制器，微控制器根据光栅式传感器及压力传感器的信息经运算处理并将发出的脉冲指令连接至步进电机。
3.根据权利要求1或2所述的设有智能控制系统的卧式珩磨机，其特征是，所述微控制器对光栅式传感器信号进行间隔采样，采样周期为0. 5 5 ms。
4.根据权利要求1或2所述的设有智能控制系统的卧式珩磨机，其特征是，所述准在线检测装置包括直线导轨、导轨安装基座、导轨滑块安装板、校正轴安装座、校正轴、弹性联轴器、推进杆接轴以及推进杆，直线导轨通过导轨安装基座固定在机床床身上，校正轴安装座通过导轨滑块安装板固定在直线导轨上，校正轴的后端与校正轴安装座可调节地连接，校正轴的前端通过弹性连轴器与推进杆接轴连接，推进杆接轴另一端连接轴承座，推进杆的后端通过所述轴承座中的背对背安装并经过预紧的一对角接触球轴承或一对单列圆锥滚子轴承与轴承座连接，磨条通过所述推片连接在推进杆的前端；光栅式传感器的各部件分别安装在导轨安装基座侧面及推进杆的侧面。
全文摘要
本发明公开一种设有智能控制系统的卧式珩磨机，克服现有珩磨机缺乏智能控制系统及压力和尺寸检测所存在缺陷，提供包括自动进给装置和准在线检测装置的智能控制系统的珩磨机、设在床身上的主轴传动机构、珩磨头进给传动机构、珩磨头往复运动传动机构和智能控制系统，智能控制系统含珩磨头进给传动机构的自动进给控制装置和准在线检测装置；珩磨头进给机构为步进电机/伺服电机传动机构，准在线检测装置包括设在进给轴上压力传感器和设在推进杆尾部侧边的光栅式传感器；各传感器及各传动机构都与微控制器电连接。本发明可动态显示加工状态；自动补偿和校正各种干扰造成的动态误差；降低操作人员技术要求；提高产品精度，提升机床性能等级。
文档编号B24B33/06GK102528635SQ201110452930
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者兰敏, 阳业 申请人:宁波市北仑恒铁机电制造有限公司