專利名稱：多拖板對稱式數控坐標磨床的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械加工裝置，尤其涉及一種多拖板對稱式數控坐標磨床。
背景技術：
現有平面磨床結構為拖板與磨頭整體外掛，此種結構的平面磨床存在機床穩定性差、加工精度不高、磨頭的振動源無法在機床的結構中消除，它功能單一，不能進行立面加工，工件加工范圍窄，手工修整砂輪，修整精度低，工作時，工作臺及工件只能沿床身座上的導軌左右運動，無法實現在線修整，加工效率較低。
發明內容
針對上述情況，本發明的目的是提供一種多拖板對稱式數控坐標磨床。本發明的多拖板對稱式數控坐標磨床既結構簡單緊湊又易于制造，而且運行穩定性好，加工精度高、 磨頭配有自動檢測與砂輪修整裝置，能實現全自動在線加工產品的高精智能數控坐標磨床，另外本發明的多拖板對稱式數控坐標磨床包括能實現全自動在線加工的控制方法。本發明包括床身座、工作臺、立柱、拖板、磨頭、檢測裝置、計算機、砂輪修整器。其中，相互平行設置一組立柱，一組立柱包括第一立柱和第二立柱，所述拖板包括第一拖板、 第二拖板、多個第三拖板例如左拖板和右拖板；所述床身設第一拖板，所述第一拖板設工作臺；所述第一立柱與第二立柱之間設第二拖板，所述第二拖板設磨頭，所述第一立柱和第二立柱的外側對稱設置多件第三拖板例如左拖板和右拖板，左拖板和右拖板上分別設置滑板。所述床身座可以包括前床身座和后床身座，第一立柱和第二立柱設在后床身座上，第一拖板設于前床身座。面對磨床，設左右移動為X向移動，前后方向移動為Y向移動，上下方向移動為Z 向移動。進一步，前床身座可以有多個第一導軌例如Y向導軌和X向導軌，所述第一拖板和前床身座用多個第一絲杠例如Y軸絲杠和X軸絲杠并和多個第一導軌例如Y向導軌和X 向導軌實現滑動連接，前床身座設第一伺服電機和第二伺服電機例如Y軸伺服電機和X軸伺服電機驅動第一拖板移動；所述第二拖板設第二絲杠，第二絲杠連第二伺服電機；所述床身例如后床身座上設第一立柱和第二立柱，所述第一立柱和第二立柱設多個第二導軌例如內導軌和外導軌，所述第一立柱和第二立柱之間有傳動箱，所述傳動箱連第三伺服電機， 所述傳動箱連第三絲杠，所述第三絲杠設于所述立柱并和多個第三拖板之一例如右拖板相聯。所述滑板包括第一滑板例如右滑板和第二滑板例如左滑板，第一滑板設置砂輪修整器，第二滑板設置檢測裝置例如光柵尺，磨頭對應處配置吸附裝置例如鏡面磨削吸附裝置，吸附裝置包括吸附罩、設在砂輪主軸與砂輪磨削面的第一電極、第二電極。第一立柱和第二立柱構成門形。多個第三拖板例如左拖板和右拖板上可以各自設第四絲桿和驅動所述滑板移動的第四伺服電機。多個第一導軌優選V型導軌；多個第一絲杠優選滾珠絲杠。伺服電機經現場總線與計算機連接，再經交換機連接以太網組成控制系統和包括應用其設有基于ARM+FPGA專用運動數控芯片的雙CPU構建的觸摸屏硬件平臺與設有數據庫、工藝智能優化系統和數控加工仿真系統的運動控制器軟件平臺。為了實現結果優化，改善、提高本發明的綜合性能，進一步的措施可以包括 其計算機分別與運動控制器、觸摸屏以及外圍的電源模塊PSM相連；
其電源模塊PSM包括連接主軸控制模塊SPM和X-SVM、Y-SVM、Z-SVM逆變器控制模塊。[P1]為實現上述目的，其遠程計算機包括設有基于ARM+FPGA專用運動數控芯片的雙CPU構建的觸摸屏硬件平臺與設有數據庫、工藝智能優化系統和數控加工仿真系統的運動控制器軟件平臺。復雜零件磨削加工自動編程根據砂輪的刀位數據、工藝參數，結合當前數控系統類型進行后置處理，生成與數控系統相對應的數控加工代碼。經運動仿真模塊測試成功后， 借助數據通訊傳輸到數控機床進行實際磨削加工，從而建立基于復雜零件磨削加工的自動編程平臺。磨削加工過程運動仿真建立虛擬磨削環境，實現加工過程的運動學仿真。通過磨削過程運動仿真，可以檢驗數控程序代碼的走刀軌跡正確性和工藝可行性，避免產生程序錯誤、碰撞及干涉等工藝事故。坐標數控磨削加工工藝參數優化采用基于人工神經網絡和遺傳算法的混合方法優化組合多功能數控磨削加工工藝參數，實現工藝方案的最優化。數控磨削智能工藝數據庫研究開發能夠從復雜的多功能數控磨削加工工藝中提取挖掘所有必要工藝要素的專家知識數據提取技術，建立智能化工藝方案優化及工藝數據管理系統。嵌入式計算機數控系統，基于ARM+FPGA專用運動數控芯片的雙CPU構建計算機數控系統硬件平臺，其中ARM控制器的主要作用是負責運行系統中紡與管理相關的任務， 是系統的主控制CPU ；FPGA專用運動控制芯片負責運行插補計算機等運算量大、對任務的實時性要求較高的任務，專用于繁重的插補運算，減輕ARM處理器的負擔。本發明相比現有技術所產生的有益效果
1、本發明采用低床身座，其一組第一導軌上設置左右、前后移動的第一拖板，第二拖板置于平行立柱內側，下面平行懸掛磨頭，多件第三拖板兩側設前后移動的滑板，實現了多拖板對稱內存式結構，既有利于提升機床的穩定性，又可將坐標數控技術應用于平面磨床，提高加工效率。2、滑板可以沿上下(Z向)、前后(Y向)往返運動，第二拖板能沿上下(Z向)移動和前后(Y向)移動，第一拖板上的工作臺可以沿左右(X向)移動以及前后(Y向)移動。工作臺、磨頭、滑板的二者或三者聯動，可提高機床操作的自由度，拓寬工件加工范圍。3、第三拖板安裝在平行立柱兩側，可以設置檢測裝置如光柵尺和修整裝置如砂輪修整器，實現了在線檢測和修整功能，提升工件的加工精度。4、第一拖板和工作臺均采用雙V型導軌配合，靜壓卸荷貼塑導軌，運行平穩且精度高、剛性好、抗振性好。
5、坐標軸采用低床身座穩定重心驅動，提高了磨削工作質量和機床使用壽命。本發明適合作各種平面磨削設備的改進，特別適合作三維平面加工要求的高精智能數控坐標磨削設備。下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。
圖1為根據本發明的一個具體實時方式的多拖板對稱式數控坐標磨床的軸視示意圖。圖2為根據本發明的一個具體實時方式的多拖板對稱式數控坐標磨床的右視示意圖。圖3為根據本發明的一個具體實時方式的多拖板對稱式數控坐標磨床的吸附裝
置示意圖。圖4為根據本發明的一個具體實時方式的多拖板對稱式數控坐標磨床的四軸聯動實現示意框圖。圖5為根據本發明的一個具體實時方式的多拖板對稱式數控坐標磨床的伺服控制系統原理示意框圖。圖6為根據本發明的一個具體實時方式的多拖板對稱式數控坐標磨床的軟件平臺框架體系示意框圖。圖7為根據本發明的一個具體實時方式的多拖板對稱式數控坐標磨床的開發流程框圖。圖中標號前床身座100a，后床身座100b，第一導軌101a、101b，第二導軌101c、 101d，第一絲桿172a，第二絲桿172b，第三絲桿172c，第四絲杠172d，第一拖板130，第二拖板132，第三拖板13^、i;34b，第一滑板U6a，第二滑板U6b，工作臺110，工件131，磨頭140，砂輪主軸142，檢測裝置160，砂輪修整器165，吸附裝置150，電容電磁152，電極15^1、155b，噴嘴153，電源154，第一伺服電機180a，第二伺服電機180b，第三伺服電機 180c，第四伺服電機180d，齒輪傳動箱174。
具體實施例方式參照圖1和圖2，本發明主要包括前床身座100a、后床身座100b、 工作臺110、多個立柱、拖板、磨頭140、檢測裝置160、計算機、砂輪修整器165。其中，相互平行設置一組立柱包括第一立柱120a和第二立柱120b，拖板包括第一拖板(或稱工作臺拖板)130、第二拖板(或稱磨頭拖板)132、左拖板134b和右拖板13 ；前床身座IOOa設工作臺拖板130，其上設工作臺110 ；第一立柱120a與第二立柱120b之間設磨頭拖板132，磨頭拖板132下方設磨頭140，第一立柱120a和第二立柱120b的外側對稱設置左拖板134b和右拖板134a，左拖板134b和右拖板13 上分別設置左滑板12 和右滑板126a。在圖中示例性地顯示了兩個立柱，其實，根據不同的實施方式，也可設置多個立柱。左拖板134b和右拖板13 上可各自設第四絲桿172d和驅動滑板沿Y軸方向移動的第四伺服電機180d。前床身座IOOa上設工作臺拖板130，前床身座IOOa有Y向導軌IOlb和X向導軌 IOla以及Y軸絲杠和X軸第一絲杠172a，工作臺拖板130通過Y軸第一絲杠和X軸第一絲杠17 驅動并沿著Y向導軌IOlb和X向導軌IOla在前床身座IOOa上移動。前床身座 IOOa上的導軌IOla和IOlb優選V型導軌，再進一步為雙V型導軌，前床身座IOOa上的絲杠優選滾珠絲杠。前床身座IOOa還設Y軸伺服電機180a和X軸伺服電機180b，用于驅動工作臺拖板130，磨頭拖板132內設第二絲杠172b，第二絲杠172b連伺服電機；后床身IOOb上設左立柱120b和右立柱120a，左立柱120b和右立柱120a設內導軌IOld和外導軌101c，左立柱120b和右立柱120a之間有傳動箱174，傳動箱174連伺服電機180c，傳動箱174連第三絲杠172c，第三絲杠172c設于右立柱并驅動右拖板13 沿外導軌IOlc上下移動。左立柱120a、右立柱120b可以組裝或鑄造成“門”形或倒“U”形，即“門形”包括拱門形、方門形等，其穩定性優于懸臂式。參照圖1、圖2和圖3，滑板包括右滑板126a和左滑板U6b，右滑板126a設置砂輪修整器165，左滑板126b設置檢測裝置160例如光柵尺，磨頭140對應處配置吸附裝置150 例如鏡面磨削吸附裝置，吸附裝置150 —般包括吸附罩151、設在砂輪主軸142與砂輪磨削面的第一電極152a、第二電極152b，以及磨削液噴嘴153。在磨削砂輪主軸142中心和砂輪磨削面附近分別裝有二個電極，當電源154為第一電極15 、第二電極152b供電以后，會形成一個由軸心指向外的一個電磁場，磨削顆粒和粉塵就會被砂輪外側的電容電磁152吸引，從而保證砂輪的清潔和光滑，保證磨削出來的工件表面更光滑。另外，磨削液噴嘴153 也可以分為兩個或兩組，一個或一組向工件噴射，另一個或另一組噴向砂輪。參照圖1和圖2，為了提高整機的平穩運行、降低整機的運行重心，根據本發明的一個優選的實施例，前床身座IOOa的高，即從前床身座IOOa底端至第一拖板130高度不超過470mm。為了提高磨頭140的平穩運行、增強磨頭拖板132的剛性，根據本發明的一個優選的實施例，磨頭拖板132的撓曲度H不超過0. 10mm。圖4為根據本發明的一個具體實施方式
的多拖板對稱式數控坐標磨床的四軸聯動實現示意圖。參照圖4，計算機分別與運動控制器、觸摸屏以及外圍的電源模塊PSM相連， 并通過現場總線用于四軸聯動的各個伺服電機。所述“四軸聯動”的“四軸”包括如圖1所示的X軸、Y軸、Z軸以及砂輪修整器的旋轉主軸，本實施例中的X軸包括工作臺絲杠17 ； Y軸包括了工作臺Y向絲杠和磨頭拖板132中絲杠172b以及左拖板134b和右拖板13 上分別設立的第四絲杠172d ；Z軸包括立柱絲杠172c。參照圖5，伺服控制使用的是fanuc的C系列控制器。采用PSM電源模模塊給主軸控制模塊SPM和X軸、Y軸以及Z軸的逆變器控制模塊SVM供電。PSM模塊給SPM和X-SVM、 Y-SVM以及Z-SVM供給的是直流電源，各軸逆變器在控制模塊進行逆變，將直流功率轉變為交流功率，給同步電動機供電，對逆變器的頻率進行控制，即可實現控制電機轉速的快慢。 其中PSM為電源控制模塊，SPM為主軸控制模塊，X-SVM、Y-SVM以及Z-SVM分別為X軸、Y 軸、Z軸逆變器，用來對X、Y、Z軸電機的控制。通過遠程電腦或者機床的人機界面對機床進行控制。運動控制器獲得控制信號后通過現場總線，傳到各伺服控制器端，從而對各軸伺服電機達到控制的目的。嵌入式計算機數控系統，基于ARM+FPGA專用運動數控芯片的雙CPU構建計算機數控系統硬件平臺，其中ARM控制器的主要作用是負責運行系統中紡與管理相關的任務， 是系統的主控制CPU ；FPGA專用運動控制芯片負責運行插補計算機等運算量大、對任務的實時性要求較高的任務，專用于繁重的插補運算，減輕ARM處理器的負擔。伺服電機經現場總線與計算機連接，再經交換機連接以太網組成控制系統和包括應用其設有基于ARM+FPGA專用運動數控芯片的雙CPU構建的觸摸屏硬件平臺與設有數據庫、工藝智能優化系統和數控加工仿真系統的運動控制器軟件平臺。復雜零件磨削加工自動編程技術根據砂輪的刀位數據、工藝參數，結合當前數控系統類型進行后置處理，生成與數控系統相對應的數控加工代碼。經運動仿真模塊測試成功后，借助數據通訊傳輸到數控機床進行實際磨削加工，從而建立基于復雜零件磨削加工的自動編程平臺。磨削加工過程運動仿真技術建立虛擬磨削環境，實現加工過程的運動學仿真。通過磨削過程運動仿真，可以檢驗數控程序代碼的走刀軌跡正確性和工藝可行性，避免產生程序錯誤、碰撞及干涉等工藝事故。坐標數控磨削加工工藝參數優化技術采用基于人工神經網絡和遺傳算法的混合方法優化組合多功能數控磨削加工工藝參數，實現工藝方案的最優化。數控磨削智能工藝數據庫技術研究開發能夠從復雜的多功能數控磨削加工工藝中提取挖掘所有必要工藝要素的專家知識數據提取技術，建立智能化工藝方案優化及工藝數據管理系統。參照圖6，其遠程計算機包括設有基于ARM+FPGA專用運動數控芯片的雙CPU構建的觸摸屏硬件平臺與設有數據庫、工藝智能優化系統和數控加工仿真系統的運動控制器軟件平臺。此套軟件是基于一套磨削數據庫開發。數據庫包括冷卻液數據、砂輪數據、材質數據、機床數據、工藝規則、工藝加工以及工藝模型。工藝智能優化系統在此基礎上，通過專家系統和BP人工神經網絡系統獲得加工數據，并把此數據反饋給數據庫，豐富數據庫的內容，下次遇到相同加工時可以直接調用。對于一個待加工零件，將其零件模型輸入系統， 系統對其幾何機構進行分析，計算砂輪軌跡，將計算結果傳給數控加工仿真系統，進行動力學、運動學和砂輪軌跡仿真，對仿真結果進行誤差分析與補償。然后將仿真結果輸出，對于仿真結果，進一步優化砂輪軌跡，從而獲得更好的數控程序。圖7描述了本發明多拖板對稱式數控坐標磨床的軟件平臺。研制本發明包括兩部分，機械結構設計和數控系統開發。其中機械結構設計包括內存式磨頭、高速動靜壓電主軸設計和其他部分的設計。數控系統開發主要包括硬件系統開發、軟件程序開發和插補算法。 當機械部分和數控部分開發完成就進行調試，如果調試成功就進行試制。如果調試不理想， 就要重新進行機械結構設計和數控系統開發，直到達到理想狀態，進行試制。另指出，潤滑系統為回圈自流式自動潤滑系統，可向滑道和螺桿提供潤滑，降低滑道磨損，提高工作精度及壽命，也可省去日常忘記加油的煩惱。自流式對導軌進行恒壓供油，解決電磁泵間隙供油給工作導軌精密造成誤差，解決開機后重新開機潤滑不足的缺點， 從而減少維修，確保機床的正常運轉。本文中所使用的“前”、“后”、“內”、“外”、“左”、“右”、“上”和“下”等術語被用來描
述部件相對于磨床通常工作位置的不同方位，其與日常操作中相一致，且可以從圖1-2中明確理解并確定上述術語所指方位的含義。例如磨頭所朝的方向為“前”，部件遠離床身中心的方位為“外”。與此同時，設面對磨床，左右移動為X軸向移動，前后方向移動為Y軸方向移動，上下方向移動為Z軸方向移動。
下面為本發明一個實施例之主要性能指標機床工件臺尺寸410X1200 工件臺移動速度1-30 可磨削平面的最大尺寸400X1000 可磨削工件的最大高度600 磨頭電機功率IlKw 磨頭移動量460 工件磨削表面的粗糙度RaO. 1 工件磨削表面對基面的平行度300/0. 003 可磨削成型曲面的最大高度差150 數控分辨率0. 001MM 數控系統插補周期4ms。
上述有關發明的闡述和圖示描述了適用于磨床對稱結構設計的具體實施方式
。然而，應該理解這樣的對稱結構也適用于其它種類的機床。另外，本發明也可以通過采用其它的具體方式來實施。因此，在與權利要求書內容等同的意義和范圍內所做的改變均應視為屬于本發明的范圍。
權利要求
1.一種多拖板對稱式數控坐標磨床，包括床身座、工作臺、立柱、多個拖板和磨頭，其特征在于，所述多個立柱包括相互平行設置于所述床身座上的第一立柱和第二立柱，所述多個拖板包括第一拖板、第二拖板和多個第三拖板；其中所述床身座與所述第一拖板連接， 而工作臺與所述第一拖板連接；所述第二拖板設置于所述第一立柱與第二立柱之間，而所述磨頭設置于所述第二拖板，所述多個第三拖板對稱設置于所述第一立柱和第二立柱的外側，所述多個第三拖板各自設有滑板。
2.根據權利要求1所述的多拖板對稱式數控坐標磨床，其特征在于所述第一拖板和所述床身座用多個第一絲杠和多個第一導軌實現滑動連接，床身座設第一伺服電機和第二伺服電機驅動第一拖板移動；所述第二拖板設第二絲杠，所述第二絲杠連第二伺服電機；所述第一立柱和第二立柱設多個第二導軌，所述第一立柱和第二立柱之間有傳動箱，所述傳動箱連第三伺服電機，所述傳動箱連第三絲杠，所述第三絲杠設于所述第一立柱并和所述多個第三拖板之一相聯。
3.根據權利要求1所述的多拖板對稱式數控坐標磨床，其特征在于所述滑板包括第一滑板和第二滑板，所述第一滑板設置砂輪修整器，所述第二滑板設置檢測裝置，所述磨頭對應處配置吸附裝置，所述吸附裝置包括吸附罩、設在砂輪主軸與砂輪磨削面的第一電極、第二電極。
4.根據權利要求1所述的多拖板對稱式數控坐標磨床，其特征在于多個第三拖板上各自設第四絲桿和驅動所述滑板移動的第四伺服電機。
5.根據權利要求1所述的多拖板對稱式數控坐標磨床，其特征在于所述的第一立柱和第二立柱構成門形。
6.根據權利要求2所述的多拖板對稱式數控坐標磨床，其特征在于所述多個第一導軌為V型導軌，所述多個第一絲杠為滾珠絲杠。
7.根據權利要求1、2所述的多拖板對稱式數控坐標磨床，其特征在于所述床身座的高不超過470mm和/或所述第二拖板的撓曲度H不超過0. 10mm。
8.根據權利要求2所述的多拖板對稱式數控坐標磨床，其特征在于所述第一、第二和第三伺服電機經現場總線與計算機連接，再經交換機連接以太網組成控制系統；所述計算機分別與運動控制器、觸摸屏以及外圍的電源模塊PSM相連。
9.根據權利要求8所述的多拖板對稱式數控坐標磨床，其特征在于所述電源模塊PSM 包括連接主軸控制模塊SPM和X-SVM、Y-SVM、Z-SVM逆變器控制模塊。
全文摘要
本發明包括床身座、工作臺、立柱、多個拖板和磨頭，多個立柱包括相互平行設置于床身座上的第一立柱和第二立柱，多個拖板包括第一拖板、第二拖板和多個第三拖板；其中床身座與第一拖板連接，而工作臺與所述第一拖板連接；第二拖板設置于第一立柱與第二立柱之間，而所述磨頭設置于第二拖板，多個第三拖板對稱設置于所述第一立柱和第二立柱的外側，多個第三拖板各自設有滑板。本發明在用于磨削加工時能夠大大提高其穩定性和加工精度。
文檔編號B24B53/06GK102229075SQ20111012498
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月16日 優先權日2011年5月16日
發明者郭懷仲 申請人:湘潭三峰數控機床有限公司