专利名称：数控外螺纹磨床自动对刀装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种螺纹加工机床的对刀装置，特别是一种数控外螺纹磨床的自动对 刀装置。
背景技术：
在传统梯形丝杠、滚珠丝杠及蜗杆等螺纹的精密磨削加工中，砂轮对刀通常是靠 工人手动操作完成。以滚珠丝杠加工为例，通过转动机床横向进给机构的进给手轮，使砂轮 缓慢进入到螺纹工件粗加工出的螺旋槽中，然后转动机床纵向进给机构手轮，使砂轮沿着 工件轴向缓慢移动，直至砂轮接触工件螺旋槽的一侧产生火花，再反向转动纵向进给机构 手轮，直至砂轮接触工件螺旋槽另一侧产生火花；根据反向转动手轮所走过的刻度值，再回 转1/2，使砂轮中心与工件螺旋槽中心重合，依此实现螺纹对刀。对刀过程中，操作者主要靠 听磨削声音、看磨削火花来确认对刀的状态。这种手工对刀的方法不仅繁琐、耗时、劳动强 度大、效率低、不利于劳动保护，而且对刀精度完全依赖于操作者的经验与操作水平，靠观 察磨削火花进行对刀，加工工件位置精度和尺寸精度一致性较差，难以满足互换性要求
实用新型内容
本发明的目的，是提供一种数控外螺纹磨床自动对刀装置，该装置采用精密探头 两点接触式对刀技术，进行螺纹磨削加工自动对刀。实现上述目的的技术方案是所述数控外螺纹磨床自动对刀装置利用机床已有的 数控系统、砂轮架横向运动机构(X轴数字控制运动机构)、拖板纵向运动机构(Z轴数字控 制运动机构)与本发明的探头运动机构和嵌入式专用软件实现螺纹对刀运动。做Z坐标方 向运动的拖板安装在机床后部纵向导轨上；做X坐标方向运动的砂轮架安装在拖板的横向 导轨上；所述探头运动机构固定在砂轮架的左侧面。数控系统、X轴、Z轴数字控制运动机构的作用是数控系统控制X轴与Z伺服电 机正反转动，经滚珠丝杠副将旋转运动转换为直线往复运动，驱动拖板、砂轮架沿着机床X、 Z运动坐标方向运动，带动探头及砂轮执行螺纹对刀的运动。所述探头运动机构，由支架1，底座2，直线导轨副滑块3，直线导轨12，滑板8，支 座9，探头11和油缸15组成；支架1固定在砂轮架5的左侧，底座2固定在支架1上，底座 2上固定有两只直线导轨副滑块3，直线导轨12可在滑块3上前后运动，直线导轨12上固 定有滑板8、支座9和连接杆10，连接杆10前端装有一个带多点位传感器的探头11 ；滑板8 后端与油缸15的活塞杆连接，油缸15固定在支架1的后部，油缸15用于驱动探头完成伸 出和复位运动；支架1前部装有前位位置感应开关6，后部装有复位位置感应开关16，滑板 8内侧装有位置感应头7，用于提供探头位置信号。探头运动机构的任务是完成探头快速伸出和复位运动，用于测取螺纹对刀所需数 据；前、后位置感应开关与位置感应头用于提供探头复位信号和伸出位置信号。本发明之自动对刀装置，有嵌入式专用软件，该软件依序执行如下程序
1.启动专用软件进入对刀程序；2.探头位置安全检测和探头移动到安全位置；3.探头运动到对刀位置；4.探头伸出；5.探头进入K槽中心附近测点深度(三种情况)；6.测取计算工件对刀螺旋槽中心坐标值Z3 ；7.探头复位；8.砂轮对刀；9.退出对刀程序，返回主程序；螺纹对刀，包括探头位置检测与进入对刀位置、探头快速伸出、探头测取工件螺 旋槽中点Z坐标值、探头快速回退、砂轮对刀五个主要运动过程。探头位置检测与进入对刀位置进入对刀程序，数控系统根据探头运动机构的位 置开关的信号、探头11在X与Z坐标的位置、检测探头伸出是否安全，不安全，移动X轴使 砂轮架、探头运动机构后退到安全位置，再移动Z轴使拖板带着砂轮架、探头运动机构运动 到对刀位置。探头快速伸出运动专用软件指令数控系统接通三位四通电磁阀左端线圈，使探 头运动机构油缸的后腔接通液压油，推动活塞、活塞杆向前快速运动，从而带动固定连接在 一起的滑板、直线导轨、支座和装在支座孔里的探头沿滑块滚道向工件方向移动，探头移动 距离=最大直径砂轮磨削位置+安全间隙，该距离保证在对刀过程中，砂轮不与工件干涉， 起到设备、工件和人身安全保护作用。探头伸出到位，感应头对准前位位置感应开关，发出 到位信号，电磁阀断电，油缸两腔油液被封闭，活塞停止并处于锁紧状态，同时探头也被锁 紧。探头测取工件螺旋槽中点Z坐标值专用软件指令机床数控系统控制(X轴)、(Z 轴)伺服电机驱动砂轮架与拖板沿机床X轴运动坐标与Z轴运动坐标移动，使得探头进入 到工件对刀螺旋槽测点深度，在此过程中，若探头触及工件齿顶中部位置，探头上的轴向传 感器发出信号，X轴后退设定距离，Z轴移动1/2螺距，X轴再前移，使探头进入到螺旋槽测点 深度；若探头触及工件螺旋槽侧壁，X轴后退设定距离，专用软件根据探头上轴向和多个侧 向传感器发出的信号比对，控制Z轴向螺旋槽中心移动1/3螺距，X轴再前移，使探头进入到 螺旋槽测点深度；此时探头上的轴向传感器信号为零，然后自动控制Z轴向左或向右运动， 当探头球头在水平面内触及螺旋槽的侧面时，探头上的多点位传感器发出位置及受力方向 信号，Z轴停止运动，取得该侧测点Z坐标值Z1，再自动控制Z轴反向移动，使探头球头触及 螺旋槽的另一侧面，探头11上的多点位传感器发出位置及反方向受力信号，Z轴立刻停止 运动，与此同时取得另一侧测点Z坐标值Z2，通过公式(Zl+Z2)/2计算，自动获得螺旋槽中 心Z坐标值Z3，获得Z3后，探头就自动移动到螺旋槽中心。拖板运动机构适用于大型数控外螺纹磨床，对于中小型数控外螺纹磨床，控制(Z 轴)伺服电机驱动工作台运动机构及工件做轴向往复运动，使得工件对刀螺旋槽左侧面和 右侧面触及探头，取左测点和右测点ζ坐标值，Zl和Z2，通过专用软件计算，获得工件对刀 螺旋槽中心的Z坐标值，然后控制Z轴移动，使工件对刀螺旋槽中心与探头球心重合。探头快速回退获取对刀螺旋槽中心Z坐标值Z3后，接通三位四通电磁阀右端线圈，探头运动机构的油缸前腔接通液压油，推动活塞、活塞杆带着探头向后快速回退，当 滑板上的感应头对准复位位置感应开关时，发出复位信号，电磁阀断电，油缸两腔油液被封 闭，活塞停止并处于锁紧状态，探头完成复位。此时探头位于最小砂轮磨削位置的后方，且 具有一段安全距离，以避免最小砂轮磨削工件时，探头碰上工件。砂轮对刀根据预先测出的探头球心与砂轮宽度中心的距离，工件螺距T等，换算 出磨削起点的起始角和Z轴坐标值ZQ，移动Z轴，使砂轮对准工件的磨削起点ZQ，就完成了 砂轮的自动对刀过程，机床进入循环磨削工作状态。有益效果采用精密探头两点接触式的外螺纹磨床自动对刀装置，自动测量与计算出螺纹工 件对刀位置的坐标值，自动控制对刀运动，对刀过程无需人为干预，较为精确，快捷，提高了 外螺纹磨床对刀的精度和效率，保证了加工工件的位置精度和尺寸精度的一致性，有利于 安全防护，解决了手动对刀繁琐、劳动强度大，对操作者操作技术水平要求高的难题。本发明可以用于机床纵向运动(Z轴)为拖板移动的大型数控外螺纹磨床；也适用 于机床纵向运动(Z轴)为工作台移动的中小型数控外螺纹磨床。
图1是本实施例探头运动机构的结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是本实施例探头运动机构的外观及安装位置俯视图；图4是螺纹工件局部放大的剖视图；图5所示是本实施例专用软件流程框图。图中1支架，2底座，3直线导轨副滑块，4垫板，5砂轮架，6前位位置感应开关， 7位置感应头，8滑板，9支座，10连接杆，11探头，12直线导轨，13定位压紧块，14连接板， 15油杠，16复位位置感应开关，17拖板，18工件。K 选定的工件对刀螺旋槽，Zl =K槽左侧 测点，Z2 =K槽右侧测点，Ζ3 =K槽中点，ZQ 工件磨削起点，Pl 探头复位位置，Ρ2 探头伸出 位置，Ρ3 最大砂轮磨削位置，Ρ4 最小砂轮磨削位置，Pd :Κ槽两侧任意一侧齿顶中部位置， Pb :Κ槽左侧壁或右侧壁任意位置，Ll 探头中心至砂轮中心的距离，L2 :Κ槽中点至磨削起 点距离，L3 探头快速移动距离，L4 安全间隙，L5 :P1至Ρ3的距离，L6 :P1至P4的距离，T 螺纹工件的螺距X 机床X轴(砂轮架)运动坐标，Z 机床Z轴(拖板或工作台)运动坐标。
具体实施例方式下面结合附图叙述一个实施例，对本发明做进一步说明。实施例用于SK7450X 100大型数控螺纹磨床上的自动对刀装置，SK7450X 100加 工丝杠长度10m，磨削直径Φ 60 Φ 200mm如图1、图2、图3所示之本实施例之数控外螺纹磨床自动对刀装置，有机床数控系 统、砂轮架横向运动机构(X轴数字控制运动机构)、拖板纵向运动机构(Z轴数字控制运动 机构)，做Z坐标方向运动的拖板17安装机床后部纵向导轨上，做X坐标方向运动的砂轮 架5安装在拖板17的横向导轨上。数控系统、X轴、Z轴数字控制运动机构的作用是数控系统控制X轴与Z伺服电机正反转动，经滚珠丝杠副将旋转运动转换为直线往复运动，驱动 拖板17、砂轮架5沿着机床X、Z运动坐标方向运动，带动探头11及砂轮执行螺纹对刀的运动。本实施例之数控外螺纹磨床自动对刀装置，有一个探头运动机构，该机构固定在 砂轮架5的左侧面，探头运动机构由包括支架1，底座2，直线导轨副滑块3，直线导轨12，滑 板8，支座9，探头11等。支架1由两块相互垂直的钢板和三块三角形的筋板焊接而成，支 架1是基础件，通过螺钉固定在数控外螺纹磨床的砂轮架5的左侧，支架1的上表面安装有 底座2，底座2的外形为长方形，上部开有的矩形定位槽，通过螺栓、顶紧螺钉将两个直线导 轨副滑块3固定在定位槽内。直线导轨12可在滑块3上前后运动，运动方向与螺纹工件的 轴向垂直。滑板8通过定位压紧块13和螺钉固定连接在直线导轨12上，滑板8前部安装 支座9，支座9的孔内安装有连接杆10，连接杆10前端装有一个带多点位传感器的探头11， 支座9的底部装有调整垫片4，用于调整探头11的球心与工件20和砂轮中心线的等高。滑 板8后端经连接板14与油缸15的活塞杆端头连接，油缸15两端通过调整垫片，用螺栓固 定在支架1后部上表面。支架1上表面前部装有前位位置感应开关6，后部装有复位位置感 应开关16，滑板8内侧上装有位置感应头7。探头运动机构完成探头快速伸出和复位运动，用于测取螺纹对刀所需数据；位置 感应开关6、16和位置感应头7，用于提供探头复位信号和伸出位置信号。图4是螺纹工件局部放大的剖视图。工件18，K 选定的工件对刀螺旋槽，Pd :K槽 两侧任意一侧齿顶中部位置，Pb =K槽左侧壁或右侧壁任意位置，Zl :Κ槽左侧测点，Ζ2 :Κ槽右侧测点，Ζ3 ，K槽中点，ZQ 工件磨削起点。Ll 探头 中心至砂轮中心的距离，L2 :Κ槽中点至磨削起点距离。嵌入式专用软件依此相关参数，控 制对刀装置，其程序如后面结合图5之所述。图5为本实施例之磨床自动对刀装置的嵌入式专用软件，执行对刀程序的流程 图1.启动专用软件进入对刀程序；2.探头位置安全检测和探头移动到安全位置；具体过程说明根据探头运动机构中的位置开关的信号、探头11所处X与Z运动 坐标的位置，检测探头伸出是否安全，若不安全，指令移动X轴，使砂轮架5带着探头运动机 构后退到安全位置。3.探头运动到对刀位置；具体过程说明指令移动Z轴使拖板17带着砂轮架5和探头运动机构运动到对刀 位置，使探头11处于工件18对刀螺旋槽(K槽)附近。4.伸出探头；具体过程说明指令数控系统控制电磁阀动作，油缸15后腔接通液压油，推动活 塞、活塞杆向前快速运动，由于活塞杆端头通过螺钉、螺母、连接板14与滑板8连接在一起， 滑板8上的直线导轨12、支座9和装在支座孔里的探头11沿直线导轨副滑块3的滚道向工 件方向移动，使探头11由探头复位位置Pl运动到探头伸出位置Ρ2，探头快速移动距离L3 =L5+L4，其中L5为探头复位位置Pl至最大砂轮磨削位置Ρ3的距离，L4为安全间隙，快速 移动距离L3用以保证探头11在对刀过程中，最大砂轮不会触及工件。探头11到达Ρ2位
6置后，感应头7对准前位位置感应开关6，发出到位信号，电磁阀断电，油缸15两腔油液被封 闭，活塞及探头11停止并处于锁紧状态。5.探头进入K槽中心附近测点深度；具体过程说明指令数控系统控制X轴与Z轴数字运动机构驱动砂轮架5与拖板 17沿机床X Z运动坐标移动，使得探头11进入到工件对刀螺旋槽(K槽)测点深度，在此 过程中，如图4所示，有三种情况，(1)探头直接进入到K槽中心附近测点深度；(2)探头11 触及工件18的K槽两侧任意一侧齿顶中部位置Pd，若出现此种情况，探头11上的轴向传感 器发出信号，则程序指令X轴后退设定距离，Z轴向左或向右移动1/2螺距，X轴再前移，使 探头11进入到K槽中心附近测点深度；(3)探头触及工件18的K槽左侧壁或右侧壁任意 位置Pb，K槽侧壁，若出现此种情况，则程序指令X轴后退设定距离，根据探头上轴向和多个 侧向传感器发出的信号比对，再控制Z轴向螺旋槽中心方向移动1/3螺距，然后X轴前移， 使探头进入到K槽中心附近测点深度，此时探头11上的各传感器信号为零。6.测取计算工件对刀螺旋槽中心坐标值Z3 ；具体过程说明程序自动控制Z轴向左或向右运动，如图4所示，当探头11在水平 面内触及K槽一侧时，探头上的多点位传感器发出位置及受力方向信号，Z轴停止运动，取 得该侧测点Z坐标值Z1，再控制Z轴反向移动，使探头11触及K槽的另一侧面，探头11上 的多点位传感器发出位置及反方向受力信号，Z轴立刻停止运动，与此同时取得另一侧测点 Z坐标值Z2，通过公式(Zl+Z2)/2计算，自动获得K槽中心Z坐标值Z3，获得Z3后，探头就 自动移动到K槽中心。7.探头复位；具体过程说明探头移动到K槽中心后，如图3图4所示，专用软件指令控制油缸 15的前腔接通液压油，推动活塞、活塞杆带动探头11从探头伸出位置P2向探头复位位置 Pl快速回退，当感应头7对准复位位置感应开关16时，发出复位信号，油缸两腔油液被封 闭，探头11锁停在复位位置Pl，此时探头11位于最小砂轮磨削位置P4的后方，Pl至P4的 距离为L6，距离L6用以避免最小砂轮磨削工件时，探头11碰上工件18。8.砂轮对刀；具体过程说明探头11复位后，如图3图4所示，根据探头球心到砂轮中心距离 Li、K槽中点至磨削起点距离L2，工件螺距T等相关参数，换算磨削起点起始角和Z轴坐标 的坐标值，确定磨削起点ZQ，指令控制移动Z轴，使砂轮对准工件的磨削起点ZQ。就完成了 砂轮的自动对刀过程。9.对刀程序结束，返回主程序；机床进入循环磨削工作状态。
权利要求
数控外螺纹磨床自动对刀装置，有数控系统、由数字控制运动的砂轮架横向运动机构和拖板纵向运动机构，做Z坐标方向运动的拖板(17)安装在机床后部的纵向导轨上，做X坐标方向运动的砂轮架(5)安装在拖板(17)的横向导轨上；其特征在于有一个探头运动机构，该机构固定在砂轮架(5)的侧面；所述探头运动机构由支架(1)、底座(2)、直线导轨副滑块(3)、直线导轨(12)、滑板(8)、支座(9)、探头(11)和油缸(15)组成；支架(1)固定在砂轮架(5)的侧面，底座(2)固定在支架(1)上，底座(2)上固定有两只直线导轨副滑块(3)，直线导轨(12)可在滑块(3)上前后运动，直线导轨(12)上固定有滑板(8)、支座(9)和连接杆(10)，连接杆(10)前端装有一个带多点位传感器的探头(11)；滑板(8)后端与油缸(15)的活塞杆连接，油缸(15)固定在支架(1)的后部，油缸(15)用于驱动探头完成伸出和复位运动；支架(1)前部装有前位位置感应开关(6)，后部装有复位位置感应开关(16)，滑板(8)内侧装有位置感应头(7)，用于提供探头位置信号。
2.根据权利要求1所述数控外螺纹磨床自动对刀装置，其特征在于有嵌入式专用软 件，该软件依序执行如下程序1)启动专用软件进入对刀程序；2)探头位置安全检测和探头移动到安全位置；3)探头运动到对刀位置；4)探头伸出；5)探头进入K槽中心附近测点深度；6)测取计算工件对刀螺旋槽中心坐标值Z3；7)探头复位；8)砂轮对刀；9)退出对刀程序，返回主程序。
全文摘要
本发明公开了一种数控外螺纹磨床自动对刀装置。由机床数控系统、数字控制的砂轮架横向运动机构，拖板纵向运动机构与本发明的探头运动机构和嵌入式专用软件，实现螺纹对刀运动。做Z坐标方向运动的拖板安装在机床后部纵向导轨上，做X坐标方向运动的砂轮架安装在拖板横向导轨上。所述之探头运动机构，由支架，底座，直线导轨副滑块，直线导轨，滑板，支座，带多点位传感器的探头和油缸组成，用以完成探头伸出和复位运动；所述之嵌入式专用软件，该软件依序执行自动对刀程序。该装置自动测量与计算螺纹工件对刀位置的坐标值，自动控制对刀运动，对刀过程无需人为干预，较为精确，快捷，提高了外螺纹磨床对刀的精度和效率，有利于安全防护，解决了手动对刀的不足。
文档编号B23Q15/22GK101898316SQ20101018939
公开日2010年12月1日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者周斌, 曹汉宝, 田广利, 赵仲琪 申请人:陕西汉江机床有限公司