一种立式双端面研磨机摇臂装置及控制方法与流程

本发明涉及端面研磨设备，具体是一种立式双端面研磨机摇臂装置及控制方法。

背景技术：

立式双端面研磨机可以同时对零件相互平行的正反两面进行研磨加工。为了完成双端面研磨加工作业，需要将立式双端面研磨机的上磨盘和下磨盘分别与待研磨产品的正反两个端面压合在一起，研磨完成后，需要将上磨盘与研磨后的产品分离，并且在上磨盘和下磨盘之间留出足够空间，以便下料，下料完成后，上磨盘和下磨盘之间仍然需要留出足够空间，以便上料。

现有技术中的立式双端面研磨机，下磨盘固定设置，并使用气缸驱动上磨盘升降，从而改变上磨盘和下磨盘之间的距离，具体来说，气缸竖直向下设置，气缸的缸体固定在一个架体上，气缸的活塞杆与上磨盘连接，使气缸能驱动上磨盘升降。在加工作业时，气缸的活塞杆伸出，使上磨盘下降，从而使上磨盘和下磨盘分别与待研磨产品的正反两个端面压合在一起；在上下料时，气缸的活塞杆回缩，使上磨盘上升，从而使上磨盘和下磨盘之间留出空间。由于上磨盘的重量较大，而且要在上磨盘和下磨盘之间留出足够空间需要上磨盘移动较大的行程，因此，上述的立式双端面研磨机，驱动上磨盘升降的气缸需要较大的动力和行程，不仅使立式双端面研磨机的本身的成本较大，而且其耗能也较高。

现有技术中的立式双端面研磨机，也有通过摇臂机构驱动上磨盘机构摆动，实现上磨盘机构和下磨盘机构的对位与分离，如专利一种双面研磨机摇臂机构及应用其的双面研磨机（cn201820921260.6），其摇臂机构的结构主要由气缸驱动的摇臂组件通过悬臂连动双面研磨机的上磨盘机构摆动，实现上磨盘机构和下磨盘机构的对位与分离，在研磨工作时，上磨盘机构摆动到下磨盘机构上方，完成对位，在上下料时，上磨盘机构水平摆动一定角度并与下磨盘机构分离，可在上磨盘机构和下磨盘机构之间形成上下料空间，而上磨盘机构不必大幅度升降；这种双端面研磨机的摇臂机构由于其摇臂组件的驱动为气缸，其控制精度不高，因此不利于机床实行整体闭环控制，也就是说，无法应用于实行全闭环控制的高精度机床中。也有使用液压驱动转臂的，其系统成本高，可靠性差，维修保养麻烦。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种立式双端面研磨机摇臂装置及控制方法，采用plc控制的变频器控制电机的转速，在电机驱动摇臂组件时，电机转速根据转臂转动位置的变化而变化，使转臂带动上磨盘摆动的过程平缓稳定，同时在端面研磨加工时，电机还对转臂施加一定的力矩，保证加工时转臂处于稳定且不易振动的状态。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种立式双端面研磨机摇臂装置，包括床身、连接法兰、驱动法兰、转臂、悬臂和转盘轴承，所述床身上端面一侧中部固定设置有箱式转盘座，转盘座上端面设有转盘孔，转盘轴承外圈同轴设置在转盘孔上端孔口外部，内圈上端面通过连接法兰和转臂下端固连，内圈下端面固连有驱动法兰，驱动法兰位于转盘座内部，悬臂固定设置在转臂上部，还包括：固定法兰、传感器、变频器、plc控制器、摇臂组件、定位组件和驱动电机，所述的固定法兰穿设在转盘座一侧的床身上并通过螺栓与床身固连，固定法兰的上端面设置有用以测量摇臂组件转动角度的位置传感器，每个传感器的输出端与plc控制器信号连接，所述plc控制器通过变频器控制驱动电机的转速，驱动电机设置在床身内部，驱动电机通过减速机与摇臂组件连接，摇臂组件通过固定法兰设置在转盘座一侧的床身上端面并通过驱动法兰驱动转盘轴承内圈旋转，定位组件通过法兰设置在转盘座另一侧的床身上并通过定位销对驱动法兰定位；

所述的摇臂组件包括传动轴、推杆和传动销，所述传动轴穿设在固定法兰内孔中，其下端与减速机的输出轴配合连接，传动轴上端设置有传动盘，传动盘上设置有销轴并通过销轴与推杆一端铰接，推杆另一端通过传动销与驱动法兰下端面铰接；

所述的位置传感器包括分别设置在固定法兰上的第一、第二、第三、第四位置传感器，第一位置传感器对应检测传动盘原点位置，第二传感器对应检测传动盘原点减速位置，第三传感器对应检测传动盘终点减速位置，第四传感器对应检测传动盘终点位置。

所述的驱动电机为力矩电机，驱动电机与减速机固连，减速机与固定法兰下端面固连，驱动电机的输出轴与减速机的输入端连接，减速机的输出端与穿设在固定法兰内的传动轴连接。

所述的定位组件包括导向杆和定位销，导向杆一端固定设置在法兰上端，另一端设置有定位槽，所述的定位销固定设置在驱动法兰的下端面并通过导向杆上的定位槽对驱动法兰的旋转角度进行定位。

所述的推杆包括前推杆和后推杆，前推杆一端通过轴承与驱动法兰下端面的传动销铰接，另一端通过螺栓与后推杆一端固连，后推杆另一端通过轴承与传动盘上端面的销轴505铰接。

所述的第一、第二、第三、第四位置传感器均为光电开关传感器。

所述的plc控制器与变频器采用工业总线rs-485连接，通讯协议采用modbusrtu。

本发明还提出了上述立式双端面研磨机摇臂装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤s1、传动盘位于原点位置时，安装工件完毕，plc接收到摇臂指令，此时，plc通过变频器启动驱动电机，驱动电机以额定转速正转，驱动传动盘转动；

步骤s2、plc控制器读取第三位置传感器的信号，向变频器发出转速指令，通过变频器降低驱动电机转速，使传动盘转动至终点位置；

步骤s3、plc控制器读取第四位置传感器的信号，向变频器发出转矩指令，变频器输出相应的电压、电流、频率，此时plc控制器读取变频器中的电流值，调整plc的转矩给定值，使变频器的输出电流值在电机额定电流的1/2—1/3，使驱动电机发生堵转；

步骤s4、加工程序结束后，plc接收到返回指令，向变频器发出转速指令，驱动电机以额定转速反转，驱动传动盘反向转动；

步骤s5、plc控制器读取第二位置传感器的信号，向变频器发出转速指令，通过变频器降低驱动电机转速，使传动盘转动至原点位置；

步骤s6、plc控制器读取第四位置传感器的信号，向变频器发出转速指令，通过变频器控制驱动电机停转。

本发明的有益效果是：本发明采用plc控制的变频器控制电机的转速和扭矩，在电机驱动摇臂组件时，电机转速根据转臂转动位置的变化而变化，使转臂带动上磨盘摆动的过程平缓稳定，在端面研磨加工时，plc改变变频器控制模式为扭矩模式，让电机处于可承受的堵转状态，对转臂保持一定的力矩，从而保证加工时转臂处于稳定且不易振动的状态，进一步保证了整机的加工精度，具有运行稳定、易维护的特点，可应用于实行全闭环控制的高精度立式双端面研磨机。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为去掉床身、转臂、悬臂后的结构示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为去掉床身、转臂、悬臂后的立体结构示意图。

图5为传动轴的立体结构示意图。

图6为立式双端面研磨机的俯视图。

图中，1、床身，2、连接法兰，3、驱动法兰，4、转臂，5、摇臂组件，6、悬臂，7、转盘轴承，9、定位组件，10、固定法兰，11、驱动电机，12、变频器，13、减速机，14、法兰；

101、转盘座，501、传动轴，502、推杆，503、传动销，504、传动盘，505、销轴，521、前推杆，522、后推杆，701、外圈，702、内圈，801、第一位置传感器，802、第二位置传感器，803、第三位置传感器，804、第四位置传感器，901、导向杆，902、定位销。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2、图3、图4所示，一种立式双端面研磨机摇臂装置，包括床身1、连接法兰2、驱动法兰3、转臂4、悬臂6和转盘轴承7，所述床身1上端面一侧中部固定设置有箱式转盘座101，转盘座101上端面设有转盘孔，转盘轴承外圈701同轴设置在转盘孔上端孔口外部，内圈702上端面通过连接法兰2和转臂4下端固连，内圈702下端面固连有驱动法兰3，驱动法兰3位于转盘座101内部，悬臂6固定设置在转臂4上部，还包括：固定法兰10、传感器、变频器12、plc控制器、摇臂组件5、定位组件9和驱动电机11，所述的固定法兰10穿设在转盘座101一侧的床身1上端面并通过螺栓与床身1固连，固定法兰10的上端面设置有用以测量摇臂组件5转动角度的位置传感器，每个传感器的输出端与plc控制器信号连接，所述plc控制器通过变频器12控制驱动电机11的转速，驱动电机11设置在床身1内部，驱动电机11通过减速机13与摇臂组件5连接，摇臂组件5通过固定法兰10设置在转盘座101一侧的床身1上并通过驱动法兰3驱动转盘轴承内圈702旋转，定位组件9通过法兰14设置在转盘座101另一侧的床身上并通过定位销902对驱动法兰3定位；

所述的摇臂组件5包括传动轴501、推杆502和传动销503，所述传动轴501穿设在固定法兰10内孔中，其下端与减速机13的输出轴配合连接，如图3、图5所示，传动轴501上端设置有传动盘504，传动盘504上设置有销轴505并通过销轴505与推杆502一端铰接，推杆502另一端通过传动销503与驱动法兰3下端面铰接；

如图4所示，所述的位置传感器包括分别设置在固定法兰10上的第一位置传感器801、第二位置传感器802、第三位置传感器803、第四位置传感器804，第一位置传感器801对应检测传动盘504原点位置，第二传感器802对应检测传动盘504原点减速位置，第三传感器803对应检测传动盘504终点减速位置，第四传感器804对应检测传动盘504终点位置。

所述的驱动电机11为力矩电机，驱动电机11与减速机13固连，减速机13与固定法兰10下端面固连，驱动电机11的输出轴与减速机13的输入端连接，减速机13的输出端与穿设在固定法兰10内的传动轴501连接。

所述的定位组件9包括导向杆901和定位销902，导向杆901一端固定设置在法兰14上端，另一端设置有定位槽，所述的定位销902固定设置在驱动法兰3的下端面并通过导向杆901上的定位槽对驱动法兰3的旋转角度进行定位。

如图2、图3、图4所示，所述的推杆502包括前推杆521和后推杆522，前推杆521一端通过轴承与驱动法兰3下端面的传动销503铰接，另一端通过螺栓与后推杆522一端固连，后推杆522另一端通过轴承与传动盘504上端面的销轴505铰接。

所述的第一位置传感器801、第二位置传感器802、第三位置传感器803、第四位置传感器804均为光电开关传感器。

所述的plc控制器与变频器12采用工业总线rs-485连接，通讯协议采用modbusrtu。

在上述具体实施方式中，选用的传感器为奥托尼克斯传感器，其型号为为bs5-t2m；选用的变频器为台达变频器，其型号为vdf015c43a，该变频器具有多种控制模式，本发明通过plc控制器在其中的两种控制模式（速度模式和扭矩模式）中变换；电机采用力矩电机，其过载能力强，可承受一定时间的堵转。

本发明还提出了上述立式双端面研磨机摇臂装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤s1、传动盘位于原点位置时，安装工件完毕，plc接收到摇臂指令，此时，plc通过变频器启动驱动电机，驱动电机以额定转速正转，驱动传动盘转动；

步骤s2、plc控制器读取第三位置传感器的信号，向变频器发出转速指令，通过变频器降低驱动电机转速，使传动盘转动至终点位置；

步骤s3、plc控制器读取第四位置传感器的信号，向变频器发出转矩指令，变频器输出相应的电压、电流、频率，此时plc控制器读取变频器中的电流值，调整plc的转矩给定值，使变频器的输出电流值在电机额定电流的1/2—1/3，使驱动电机发生堵转；

步骤s4、加工程序结束后，plc接收到返回指令，向变频器发出转速指令，驱动电机以额定转速反转，驱动传动盘反向转动；

步骤s5、plc控制器读取第二位置传感器的信号，向变频器发出转速指令，通过变频器降低驱动电机转速，使传动盘转动至原点位置；

步骤s6、plc控制器读取第四位置传感器的信号，向变频器发出转速指令，通过变频器控制驱动电机停转。

本发明的原理及转臂过程如下：

1、原理：采用plc控制变频器对转臂的摆动进行速度控制，并在机床进行端面研磨加工时，改变变频器控制方式，使电机进入稳定的堵转状态，电机不会因过热而出现故障，同时也保证了上盘研磨时的转动稳定，减小因振动引起的精度误差。

2、转臂过程：

机器启动并初始化时，转臂4位于原点位置（此时上盘与下盘以设定的最大角度错开，即零位），安装工件后，按下运行键，plc控制器发出指令，驱动电机11启动，驱动电机11以设定的转速驱动传动盘504转动，传动盘504通过推杆502驱动转臂4摆动，转臂4通过悬臂6带动上盘摆动；

当转臂4快要到达终点位置，第三传感器803对应检测到传动盘504终点减速位置，将信号传递到plc控制器，plc控制器通过变频器12控制驱动电机11减速，转臂4缓慢到达终点位置，此时定位组件对转臂完成定位；

如图6所示，到达终点位置后，第四位置传感器804传递信号至plc控制器，plc控制器通过变频器进一步降低驱动电机转速，直至转速为零，此时plc控制器改变变频器的控制方式，从速度控制模式变为扭矩控制模式，扭矩大小可根据机床功率设定，使驱动电机11堵转，对转臂4施加一定的力矩以保证转臂不发生反向转动，此时上盘主轴启动并向下移动，压紧工件上端面旋转，下盘同时反向旋转，对工件上下端面进行研磨加工，在此过程中，变频器12控制驱动电机11始终处于堵转状态，以保持上盘在终点处稳定不动，消除因磨削过程的扰动振动造成的精度误差；

工件根据设定的程序加工完毕后，上、下盘停转，上盘升起，plc控制器发出指令，变频器12再一次改为速度模式，通过变频器12控制驱动电机11反转，带动转臂4返回，当转臂4快要到达原点位置时，第二位置传感器802对应检测到传动盘504原点减速位置，plc控制器通过变频器12控制驱动电机11减速，转臂4缓慢到达原点位置；

到达原点位置后，第一位置传感器801传递信号至plc控制器，驱动电机11停转，此时可卸下工件，等待下一轮加工开始。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明未详述部分为现有技术。