CN106041740B - 一种砂轮精密修整自动对刀方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂轮精密修整自动对刀方法及装置。砂轮精密修整自动对刀方法包括以下步骤：步骤一，用传感器采集待修整砂轮的表面上各点相对于传感器零点的高度，以确定待修整砂轮表面上的最高点；步骤二，将待修整砂轮的最高点转动到在进给方向与修整器相对的位置；步骤三，沿进给方向移动待修整砂轮，直至待修整砂轮的最高点与修整器在进给方向轴上的距离为零，并以此位置为进刀起点。这实际上是直接以待修整砂轮的最高点为基点进行整个待修整砂轮的对刀，这种对刀方式可精确实现用砂轮表面的最高点进行对刀，使得待修整砂轮在修磨过程中，是从表面的最高点开始进行进给的，从而提高了待修整砂轮对刀的精度。

Description

一种砂轮精密修整自动对刀方法及装置

技术领域

本发明涉及一种砂轮精密修整自动对刀方法及装置。

背景技术

目前，砂轮修整是砂轮制造和应用中为保证砂轮理想的尺寸、表面轮廓和形貌的必要手段，其目的是使砂轮表面获得好的精度和磨削性能。但对于电镀和钎焊超硬磨料砂轮来说，由于砂轮表面只有单层磨料，磨粒裸露高度参差不齐、且在制造过程中时常有砂轮偏心现象，因此单层磨料砂轮表面的修整则应更加珍惜，希望砂轮修整对刀更灵敏、对刀精度更高，否则会造成砂轮的过度消耗，增加生产成本。

砂轮修整对刀方法较多，且各有特点。利用机床主轴负载变化（如修整功率、扭矩、电流等）对刀的方法，可反映砂轮修整过程中切向修整力的状况，却难以反映法向修整力的变化；利用机床、砂轮、工件系统导电对刀的方法，灵敏度较高，但不适用于粗粒度砂轮和非导电结合剂砂轮等；利用微动开关或光电开关等对刀的方法，因砂轮表面的磨粒裸露高度参差不齐，所以很难判断触发微动开关或光电开关的磨粒的裸露高度是最高，还是最低，从而导致该对刀方法的随机性大、难以获取砂轮外圆面最高点信息，对刀精度低。基于上述原因，目前在砂轮修整领域，人工对刀（目测、耳听、手感）仍是主流，人工对刀的操作虽然简单、实用，但其存在效率低、精度低、稳定性差的缺点，对操作者技术水平要求高。

中国专利文献CN 200951522Y公开了一种砂轮微量精密修整对刀装置，包括固定在底座上的检测架，检测架处于砂轮的前方，在检测架的下方固定有超声波传感器，以在对刀时，砂轮在高速转动的情况下，利用压缩空气直吹砂轮待修整表面，同时砂轮以恒定速度趋近对刀装置，此时超声波传感器采集超声波信号，并将超声波信号反馈给超声波分析处理装置进行处理，以在确定对刀信号后发出中断信号给数控系统，并根据当前坐标值计算出砂轮的外形尺寸，确定砂轮和砂轮修整器的相对坐标，并以此坐标作为进刀起点进行修整作业。但在此过程中，砂轮在高速旋转的情况下到达对刀位置时，假设砂轮外圆为真圆，很难确定砂轮在进刀起点位置是否是以最高点接触砂轮修整器，也就无法实现砂轮的精确对刀，使得砂轮修整的精度降低，特别不适于单层磨料砂轮对刀。同时，超声波传感器在进行信号采集的过程中容易受到环境噪音的影响，且国内外还没有成熟的除燥技术，因而超声波传感器采集到的超声波信号存在精度低的问题，更加使得砂轮的对中准确度降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种精确实现用砂轮表面的最高点进行对刀的砂轮精密修整自动对刀方法，同时还提供了一种专用于实施该砂轮精密修整自动对刀方法的砂轮精密修整装置。

为了实现以上目的，本发明中砂轮精密修整自动对刀方法的技术方案如下：

砂轮精密修整自动对刀方法，包括以下步骤：

步骤一，计算机控制伺服电机带动待修整砂轮匀速旋转，同时计算机通过非接触位移传感器采集待修正砂轮外圆周上各点的高度和相位信息；

步骤二，计算机对采样到的待修正砂轮外圆周上各点的高度和相位信息进行处理，以确定待修整砂轮外圆表面上的最高点的相对高度和相位角；

步骤三，计算机控制伺服电机带动待修整砂轮旋转，使待修正砂轮外圆面的最高点转动到与微动开关相对的位置；

步骤四，计算机控制进给电机带动待修整砂轮沿进给方向移动，直至待修整砂轮外圆周的最高点与微动开关接触响应时停止，并记录待修整砂轮当前在进给方向上的坐标位置；

步骤五，依据修整器端点与微动开关在进给方向上的距离，计算机控制进给电机带动待修整砂轮到达待修正砂轮外圆周的最高点与砂轮修整器的端点在进给方向上坐标相等的位置，并以此位置作为砂轮修整进刀的起点。

在步骤一中，非接触式位移传感器的测试方向垂直于待修正砂轮的外圆面。

过微动开关的触点和待修正砂轮的轴心的直线为待修正砂轮外圆周上各点所处十字轴系的X轴或Y轴。

微动开关的触点处于修整器的端点的进刀深度方向一侧，并定义在进给方向轴上位置开关的反应位置和修整器的端点之间的距离为对零距离，在步骤五中，进给电机带动待修正砂轮回退的距离等于对零距离。

本发明的砂轮精密修整自动对刀装置的技术方案如下：

砂轮精密修整自动对刀装置，包括计算机及其上连接的用于采集待修整砂轮外圆周上各点的高度信息的非接触位移传感器、用于带动待修整砂轮转动的伺服电机、用于带动待修正砂轮进给的进给电机、用于与修整器的端点保持固定距离的微动开关，计算机具有用于在待修正砂轮触发微动开关时停止进给电机的进给控制单元。

非接触位移传感器的测试方向过伺服电机的输出端中心设置而用于将测试方向垂直于砂轮外圆面。

非接触式传感器的位置固定，且非接触式传感器的测试方向与进给电机的进给方向之间具有供待修整砂轮的最高点自非接触式传感器的测试位置转动至在进给方向与修整器相对的位置的测试偏角。

还包括用于固定微动开关和修整器的工作台。

工作台沿垂直进给方向的直线方向相对于进给电机导向移动装配。

本发明采用先通过非接触位移传感器采集待修整砂轮的表面上各点高度的方式，获得待修整砂轮表面的最高点，然后将该最高点进给到与修整器的端点在进给方向轴上重合的位置，这实际上是直接以待修整砂轮的最高点为基点进行整个待修整砂轮的对刀，这种对刀方式可精确实现用砂轮表面的最高点进行对刀，使得待修整砂轮在修磨过程中，是从表面的最高点开始进行进给的，从而提高了待修整砂轮对刀的精度，也提高了砂轮修整的精度和稳定性。

附图说明

图1是本发明的砂轮精密修整自动对刀装置的结构示意图。

图中：1待修整砂轮，2伺服电机，3伺服驱动器，4激光位移传感器，5压电晶体微力测试模块，6工作台，7修整器，8进给电机，9数据采集控制器，10计算机。

具体实施方式

本发明中砂轮精密修整自动对刀装置的实施例：如图1所示，该装置是一种单层超硬磨料砂轮精密修整自动对刀装置，以应用该装置的卧轴矩台平面磨床（MM7120）为例，该装置包括传感器、旋转驱动装置、进给驱动装置、控制器、位置开关、工作台，其中传感器采用激光位移传感器4，该激光位移传感器4的位移测试方向的延长线通过磨床主轴的轴心，以用于采集待修整砂轮1的外周面形貌高度信息；位置开关为安装在工作台6上的压电晶体微力测试模块5，用于在待测试砂轮1与其触点接触时反应；旋转驱动装置由驱动磨床主轴旋转的伺服电机2和控制伺服电机2的伺服驱动器3组成，用于带动磨床主轴旋转；进给驱动装置为进给电机8，用于带动磨床主轴上下移动；工作台6上除了设置压电晶体微力测试模块5外，还安装有修整器7，以带动压电晶体微力测试模块5和修整器7一起沿垂直进给方向的水平直线移动；控制器是在计算机10与进给电机8、伺服驱动器3、激光位移传感器4、微力测试模块5之间起到数据传输作用的数据采集控制器9。

采用该装置的砂轮对刀方法如下：

（1）准备工作：在磨床主轴上安装待修整砂轮1，在磨床机体上安装伺服电机2、激光位移传感器4、压电晶体微力测试模块5、修整器7，并完成电路连接，使激光位移传感器4、微力测试模块5、伺服驱动器3、进给电机8通过数据采集控制器9与计算机10通信，同时在计算机10上编写程序，根据待修整砂轮外径、粒度等设置伺服电机2的转速、激光位移传感器4的采样频率以及采样长度。

（2）尺寸角度测量：确定压电晶体微力测试模块5的厚度a和修整器7的高度b（修整器7的最高点即修整器7在进给方向轴上的端点），计算两者之间在待修整砂轮1垂直进给方向的距离b-a（即在进给方向轴上压电晶体微力测试模块5的触点和修整器7的端点之间的距离为对零距离），以该距离b-a作为在进给方向轴上压电晶体微力测试模块5的触点和修整器7的端点之间的对零距离；测量激光位移传感器4安装位置与微力测试模块5安装位置（对于卧轴矩台平面磨床应为砂轮最下方）之间在待修整砂轮旋转圆周方向的夹角角度θ，即测量激光位移传感器4的测试方向和进给电机8的进给方向在待修整砂轮1的转向上的测试偏角θ。

（3）砂轮圆周形貌采集：计算机10按照预设程序通过数据采集控制器9传输命令至伺服驱动器3和激光位移传感器4，控制伺服电机2带动待修整砂轮匀速旋转，激光位移传感器4获取待修整砂轮外圆一周的形貌高度和相位信息，并通过数据采集控制器9传输入计算机10。

（4）数据处理：根据待测砂轮1的粒度、浓度，在计算机9中对激光位移传感器4的采样数据进行低通滤波，采用巴特沃斯数字滤波器处理，该滤波器具有最平稳的通频带的频率响应特性。通过滤波获得待修整砂轮外圆宏观轮廓曲线，并结合测试偏角θ，计算待修整砂轮外圆形貌最高点位置与微力测试模块5安装位置之间在待修整砂轮旋转圆周方向的位置夹角的角度φ。

（5）砂轮周向定位：计算机10控制伺服电机2旋转角度φ，使待修整砂轮外圆形貌最高点在砂轮的最下方，与微力测试模块5测试区域相对应。

（6）砂轮对刀：计算机10控制垂直进给电机使待修整砂轮向微力测试模块5安装位置缓慢下降，当待修整砂轮接触微力测试模块5的触点时，微力测试模块5瞬间将电信号反馈给计算机10系统，使待修整砂轮进给立刻停止，并记录砂轮垂直进给方向的当前坐标值。

（7）砂轮修整位置确定：计算机10根据修整器7的高度b与微力测试模块5的厚度a之差b-a，控制进给电机带动待修整砂轮向上移动b-a至修整位置。此时待修整砂轮外圆形貌最高点与修整器7外圆在磨床垂直进给方向上等高，可以进行砂轮精密修整作业。

该装置是在计算机10的控制下，进给电机8、伺服电机2、激光位移传感器4、微力测试模块5、数据采集控制器9等按照预设程序工作，同时采样数据在计算机10中进行处理分析，自动完成单层磨料砂轮圆周定位、径向对刀过程，砂轮修整对刀精度高、效率高、成本低。

本发明中砂轮精密修整自动对刀装置的另一实施例：本实施例与上述实施例的区别在于，直接将修整器设置在磨床主轴的正下方，去除压电晶体微力测试模块，这样可通过测量磨床主轴和修整器之间的固定距离后，通过计算待修整砂轮的表面最高点到轴心的最高点高度，使得待修整砂轮向下移动固定距离-最高点高度就可以到达对刀位置。

本发明的砂轮精密修整自动对刀方法的实施例：该方法包括如下步骤：步骤一，计算机控制伺服电机带动待修整砂轮匀速旋转，同时计算机通过非接触位移传感器采集待修正砂轮外圆周上各点的高度和相位信息；

步骤二，计算机对采样到的待修正砂轮外圆周上各点的高度和相位信息进行处理，以确定待修整砂轮外圆表面上的最高点的相对高度和相位角；

步骤三，计算机控制伺服电机带动待修整砂轮旋转，使待修正砂轮外圆面的最高点转动到与微动开关相对的位置；

步骤四，计算机控制进给电机带动待修整砂轮沿进给方向移动，直至待修整砂轮外圆周的最高点与微动开关接触响应时停止，并记录待修整砂轮当前在进给方向上的坐标位置；

步骤五，依据修整器端点与微动开关在进给方向上的距离，计算机控制进给电机带动待修整砂轮到达待修正砂轮外圆周的最高点与砂轮修整器的端点在进给方向上坐标相等的位置，并以此位置作为砂轮修整进刀的起点。

另外结合上述的其他实施例可知，该对刀方法可通过如下步骤实施：步骤一，用传感器采集待修整砂轮的表面上各点相对于传感器零点的高度，以确定待修整砂轮表面上的最高点；步骤二，将待修整砂轮的最高点转动到在进给方向与修整器相对的位置；步骤三，沿进给方向移动待修整砂轮，直至待修整砂轮的最高点与修整器在进给方向轴上的距离为零，并以此位置为进刀起点。

Claims (8)

1.砂轮精密修整自动对刀方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，计算机控制伺服电机带动待修整砂轮匀速旋转，同时计算机通过非接触位移传感器采集待修整砂轮外圆周面上各点的高度和相位信息；

步骤二，计算机对采样到的待修整砂轮外圆周面上各点的高度和相位信息进行处理，以确定待修整砂轮外圆周面上的最高点的相对高度和相位角；

步骤三，计算机控制伺服电机带动待修整砂轮旋转，使待修整砂轮外圆周面的最高点转动到与微动开关相对的位置；

步骤四，计算机控制进给电机带动待修整砂轮沿进给方向移动，直至待修整砂轮外圆周面的最高点与微动开关接触响应时停止，并记录待修整砂轮当前在进给方向上的坐标位置；

步骤五，依据修整器端点与微动开关在进给方向上的距离，计算机控制进给电机带动待修整砂轮到达待修整砂轮外圆周面的最高点与砂轮修整器的端点在进给方向上坐标相等的位置，并以此位置作为砂轮修整进刀的起点。

2.根据权利要求1所述的砂轮精密修整自动对刀方法，其特征在于，在步骤一中，非接触位移传感器的测试方向垂直于待修整砂轮的外圆周面。

3.根据权利要求1所述的砂轮精密修整自动对刀方法，其特征在于，过微动开关的触点和待修整砂轮的轴心的直线为待修整砂轮外圆周面上各点所处十字轴系的X轴或Y轴。

4.根据权利要求1或2或3所述的砂轮精密修整自动对刀方法，其特征在于，微动开关的触点处于修整器的端点的进刀深度方向一侧，并定义在进给方向上微动开关的反应位置和修整器的端点之间的距离为对零距离，在步骤五中，进给电机带动待修整砂轮回退的距离等于对零距离。

5.砂轮精密修整自动对刀装置，其特征在于，包括计算机及其上连接的用于采集待修整砂轮外圆周面上各点的高度信息的非接触位移传感器、用于带动待修整砂轮转动的伺服电机、用于带动待修整砂轮进给的进给电机、用于与修整器的端点保持固定距离的微动开关，计算机具有用于在待修整砂轮触发微动开关时停止进给电机的进给控制单元，非接触位移传感器的位置固定，且非接触位移传感器的测试方向与进给电机的进给方向之间具有供待修整砂轮外圆周面的最高点自非接触位移传感器的测试位置转动至在进给方向与修整器相对的位置的测试偏角。

6.根据权利要求5所述的砂轮精密修整自动对刀装置，其特征在于，非接触位移传感器的测试方向过伺服电机的输出端中心设置而用于将测试方向垂直于砂轮外圆周面。

7.根据权利要求5或6所述的砂轮精密修整自动对刀装置，其特征在于，还包括用于固定微动开关和修整器的工作台。

8.根据权利要求7所述的砂轮精密修整自动对刀装置，其特征在于，工作台沿垂直进给方向的直线方向相对于进给电机导向移动装配。