專利名稱：導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭熱伸長非接觸測量機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成形磨削加工技術(shù)，尤其是涉及一種導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭熱伸長非接 觸測量機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
精密曲面直線滾動(dòng)導(dǎo)軌是當(dāng)前精密數(shù)控加工設(shè)備中的關(guān)鍵部件，對機(jī)床整體精度 和加工過程的平穩(wěn)性具有重要影響。精密曲面導(dǎo)軌的精加工工序一般在導(dǎo)軌成形磨床上完 成。導(dǎo)軌成形面的磨削涉及到多個(gè)面，其中導(dǎo)軌兩個(gè)側(cè)面的加工一般采用兩個(gè)立式磨頭配 以成形砂輪進(jìn)行對稱磨削。磨削加工開始時(shí)，左右磨頭處于相同高度，以保證導(dǎo)軌側(cè)面形狀的對稱性。加工過 程中由于主軸和砂輪發(fā)熱造成兩個(gè)磨頭出現(xiàn)伸長現(xiàn)象，而且由于結(jié)構(gòu)、材料、安裝等環(huán)節(jié)中 存在的差異，兩個(gè)磨頭的熱伸長量往往并不一致。該現(xiàn)象造成的后果是兩個(gè)導(dǎo)軌側(cè)面成形 面發(fā)生高度差異，會(huì)導(dǎo)致安裝于導(dǎo)軌的滑塊出現(xiàn)傾斜，嚴(yán)重影響加工精度和導(dǎo)軌耐用性。針對該問題，傳統(tǒng)的方法是磨削經(jīng)過一定時(shí)間后，對產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn) 兩個(gè)磨頭高度不一致，則通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)Z軸高度。這樣的方法不僅存在 測量精度差、穩(wěn)定性不高等缺點(diǎn)，同時(shí)測量、加工效率低，并可能出現(xiàn)不合格品，造成浪費(fèi)。理想的方法是能夠在加工過程中在線獲得左右磨頭的熱伸長數(shù)據(jù)，并通過比較， 將伸長量經(jīng)專用接口傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償控制。采用該方法首要解 決的問題包括1、設(shè)計(jì)合理的測量方式。一方面，由于熱伸長量最終體現(xiàn)在砂輪的水平高 度上，而砂輪在磨削加工中是不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)的，傳統(tǒng)的接觸式測量方式難以有效應(yīng)用；另一方 面，磨削加工中的雜質(zhì)及冷卻液會(huì)極大地影響接觸式測量的精度，同時(shí)給傳感設(shè)備造成傷 害。2、設(shè)計(jì)合理的測量機(jī)構(gòu)。理想的測量機(jī)構(gòu)能最大限度地減少對原有機(jī)床結(jié)構(gòu)的影響， 盡量在不改變原有結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的情況下實(shí)現(xiàn)在線測量。而且，為滿足對左右磨頭測量 的需要，需要考慮裝置的靈活移動(dòng)和配置能力。

發(fā)明內(nèi)容
為了減小雙磨頭熱伸長量的差異，提高導(dǎo)軌成形面形位精度，本發(fā)明目的在于提 供一種導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭熱伸長的非接觸測量機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)雙磨頭熱伸長量的精確在線 測量，同時(shí)將測量信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)，以進(jìn)行有效的誤差補(bǔ)償。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下熱伸長非接觸測量機(jī)構(gòu)它包括X方向拖板、Z方向拖板和非接觸激光位移傳感器； 其中1)X方向拖板一側(cè)面上下分別設(shè)有對稱布置的X方向拖板導(dǎo)軌槽，靠近X方向托板 導(dǎo)軌槽的X方向拖板下方設(shè)有X方向托板螺母座，X方向拖板的另一側(cè)面的左邊設(shè)有Z方 向單導(dǎo)軌，右邊設(shè)有Z方向絲杠；2) Z方向拖板一側(cè)面左邊設(shè)有Z方向拖板螺母座，右邊設(shè)有Z方向拖板導(dǎo)軌槽；Z方向拖板導(dǎo)軌槽與所述X方向拖板的單導(dǎo)軌配合，Z方向拖板螺母座與所述X方向拖板的Z 方向絲杠配合；Z方向拖板下端設(shè)有傳感器安裝座，安裝座上安裝非接觸激光位移傳感器， 通過螺釘固定；X方向拖板上的兩條X方向拖板導(dǎo)軌槽與兩根磨頭X方向?qū)к壟浜?，X方向拖板上 的拖板螺母座與設(shè)置在導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭之間的測量機(jī)構(gòu)X方向絲杠配合，使整個(gè)熱伸 長非接觸測量機(jī)構(gòu)安裝在導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭之間，安裝后非接觸激光位移傳感器位于砂 輪的上表面。測量時(shí)，在左磨頭砂輪測量位置進(jìn)行一次采集多個(gè)點(diǎn)求取均值，減小測量誤差，獲 得高度值，然后通過X方向絲杠驅(qū)動(dòng)X方向拖板，到達(dá)右磨頭砂輪測量位置，并獲得測量值。 將當(dāng)前測量值與前次測量對比，將熱伸長差異信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。本發(fā)明具有的有益的效果是本發(fā)明的采用了可移動(dòng)式結(jié)構(gòu)的非接觸測量方法。豐富了當(dāng)前成形磨削加工中誤 差測量監(jiān)控方面的思路，同時(shí)針對雙磨頭裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有良好的適應(yīng)性，有效地解決了 成形面磨削加工中左右磨頭熱伸長的在線測量問題。由于采用了可移動(dòng)式結(jié)構(gòu)的非接觸測量方法，一方面，避免了測量設(shè)備與旋轉(zhuǎn)砂 輪的直接接觸，提高了設(shè)備的安全性和測量精度，另一方面，通過一組機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了左右兩個(gè) 磨頭的熱伸長測量，高效、經(jīng)濟(jì)，而且無需改動(dòng)原有磨床主體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在不影響磨床龍門架及磨頭主結(jié)構(gòu)的前提下，通過增加的附加結(jié)構(gòu)，能夠 有效實(shí)現(xiàn)雙磨頭熱伸長的非接觸測量，機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性好，操控簡便，測量精度高，有效提高了 導(dǎo)軌成形磨削中兩個(gè)側(cè)面的對稱性和精度，改善了導(dǎo)軌的性能。


圖1是本發(fā)明測量機(jī)構(gòu)的安裝狀態(tài)示意圖。圖2是測量機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)原理圖。圖3是測量機(jī)構(gòu)X方向拖板的結(jié)構(gòu)左視圖。圖4是圖3的右視圖。圖5是圖3的A向視圖。圖6是測量機(jī)構(gòu)Z方向拖板及安裝座機(jī)構(gòu)主視圖。圖7是測量機(jī)構(gòu)Z方向拖板結(jié)構(gòu)左視圖。圖8是圖7的B向視圖。圖9是激光位移傳感器非接觸測量的示意圖。圖10是本發(fā)明的測量機(jī)構(gòu)的工作過程和熱伸長補(bǔ)償控制流程示意圖。圖中1-磨頭X方向?qū)к墸?-機(jī)構(gòu)X方向絲杠，3-磨頭主軸，4-砂輪，5-工作臺(tái)， 6-工件，7-龍門架，8-磨頭拖板，9-Z方向拖板，IO-X方向拖板，Il-X方向拖板導(dǎo)軌槽，12-X 方向拖板螺母座，13-Z方向單導(dǎo)軌，14-Z方向絲杠，15-Z方向拖板螺母座，16-傳感器安裝 座，17-螺釘，18-非接觸激光位移傳感器，19-Z方向拖板導(dǎo)軌槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施過程對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
如圖1 圖8所示，熱伸長非接觸測量機(jī)構(gòu)它包括X方向拖板10、Z方向拖板9和 非接觸激光位移傳感器18 ；其中1)X方向拖板10—側(cè)面上下分別設(shè)有對稱布置的X方向拖板導(dǎo)軌槽11，靠近X方 向托板導(dǎo)軌槽的X方向拖板10下方設(shè)有X方向托板螺母座12，X方向拖板10的另一側(cè)面 的左邊設(shè)有Z方向單導(dǎo)軌13，右邊設(shè)有Z方向絲杠14 ；》Z方向拖板9 一側(cè)面左邊設(shè)有Z方向拖板螺母座15，右邊設(shè)有Z方向拖板導(dǎo)軌 槽19 ；Z方向拖板9導(dǎo)軌槽19與所述X方向拖板10的單導(dǎo)軌13配合，Z方向拖板螺母座 15與所述X方向拖板10的Z方向絲杠14配合；Z方向拖板9下端設(shè)有傳感器安裝座16， 安裝座上安裝非接觸激光位移傳感器18，通過螺釘17固定；X方向絲杠2旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力由X 方向伺服電機(jī)產(chǎn)生；Z方向絲杠14旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力由Z方向伺服電機(jī)產(chǎn)生。X方向拖板10上的兩條X方向拖板導(dǎo)軌槽11與兩根磨頭X方向?qū)к?配合，X方 向拖板10上的拖板螺母座12與設(shè)置在導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭之間的測量機(jī)構(gòu)X方向絲杠2 配合，使整個(gè)熱伸長非接觸測量機(jī)構(gòu)安裝在導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭之間，安裝后非接觸激光 位移傳感器18位于磨頭主軸3砂輪4的上表面。加工時(shí)，工件6裝夾在工作臺(tái)5上，龍門架7上的磨頭主軸3驅(qū)動(dòng)砂輪4對工件6 側(cè)面進(jìn)行精密磨削，本測量裝置實(shí)現(xiàn)加工中兩個(gè)磨頭主軸3的熱伸長檢測功能。整個(gè)測量 機(jī)構(gòu)可在X方向定位于左右磨頭砂輪上表面的測量位置，使激光點(diǎn)位于砂輪上表面，并通 過Z方向定位200 300mm范圍的非接觸測量高度。測量時(shí)，在左磨頭砂輪測量位置進(jìn)行 一次采集多個(gè)點(diǎn)求取均值，減小測量誤差，獲得高度值，然后通過X方向絲杠2驅(qū)動(dòng)X方向 拖板10，到達(dá)右磨頭砂輪測量位置，并獲得測量值。將當(dāng)前測量值與前次測量對比，將熱伸 長差異信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。采用激光位移傳感器進(jìn)行非接觸測量時(shí)，通過發(fā)射光在測量工件表面產(chǎn)生漫反 射，根據(jù)反射光在CCD成像中的位置變化，傳感器利用三角測量原理，計(jì)算被測砂輪的位移 量，從而實(shí)現(xiàn)高精度測量。激光位移傳感器非接觸測量原理如圖9所示。本發(fā)明的工作過程如下1、對刀調(diào)整左右砂輪至等高，開啟磨頭主軸，加工開始；2、獲得左右磨頭X軸向位置信息，并控制測量機(jī)構(gòu)X方向定位于砂輪上表面位置， 以便于對左磨頭進(jìn)行測量；3、啟動(dòng)非接觸激光位移傳感器，將光點(diǎn)打至砂輪上表面，并根據(jù)測量值，調(diào)整測量 機(jī)構(gòu)，使其在Z方向定位于200 300mm的最佳測量高度；4、動(dòng)態(tài)連續(xù)采集批量數(shù)據(jù)，并均化處理后輸出，作為本次高度測量結(jié)果反饋給系 統(tǒng)；5、重復(fù)2 4步，對右砂輪進(jìn)行測量；6、通過本次左右砂輪測量數(shù)據(jù)與前次測量數(shù)據(jù)的比較，獲得磨頭熱伸長量，將此 熱伸長量通過數(shù)控系統(tǒng)接口反饋給機(jī)床，進(jìn)行補(bǔ)償。激光非接觸熱伸長測量工作過程如圖10所示。
權(quán)利要求
1. 一種導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭熱伸長非接觸測量機(jī)構(gòu)，其特征在于熱伸長非接觸測量 機(jī)構(gòu)它包括X方向拖板(10)、Z方向拖板(9)和非接觸激光位移傳感器(18)；其中1)X方向拖板(10)—側(cè)面上下分別設(shè)有對稱布置的X方向拖板導(dǎo)軌槽，靠近X方向托 板導(dǎo)軌槽的X方向拖板(10)下方設(shè)有X方向托板螺母座(1 ，X方向拖板(10)的另一側(cè) 面的左邊設(shè)有Z方向單導(dǎo)軌(13)，右邊設(shè)有Z方向絲杠(14)；2)Z方向拖板(9)一側(cè)面左邊設(shè)有Z方向拖板螺母座(15)，右邊設(shè)有Z方向拖板導(dǎo)軌 槽(19) ；Z方向拖板(9)導(dǎo)軌槽(19)與所述X方向拖板(10)的單導(dǎo)軌(13)配合，Z方向 拖板螺母座(15)與所述X方向拖板(10)的Z方向絲杠(14)配合；Z方向拖板(9)下端設(shè) 有傳感器安裝座(16)，安裝座上安裝非接觸激光位移傳感器(18)，通過螺釘(17)固定；X方向拖板(10)上的兩條X方向拖板導(dǎo)軌槽(11)與兩根磨頭X方向?qū)к?1)配合，X 方向拖板(10)上的拖板螺母座(12)與設(shè)置在導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭之間的測量機(jī)構(gòu)X方向 絲杠(2)配合，使整個(gè)熱伸長非接觸測量機(jī)構(gòu)安裝在導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭之間，安裝后非 接觸激光位移傳感器(18)位于砂輪的上表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭熱伸長非接觸測量機(jī)構(gòu)。包括X方向拖板、Z方向拖板和非接觸激光位移傳感器；X方向拖板和Z方向拖板相配合后，X方向拖板上的兩條X方向拖板導(dǎo)軌槽與兩根磨頭X方向?qū)к壟浜希琗方向拖板上的拖板螺母座與設(shè)置在導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭之間的測量機(jī)構(gòu)X方向絲杠配合，使整個(gè)熱伸長非接觸測量機(jī)構(gòu)安裝在導(dǎo)軌成形磨床雙磨頭之間，安裝后非接觸激光位移傳感器位于砂輪的上表面。本發(fā)明在不影響磨床龍門架及磨頭主結(jié)構(gòu)的前提下，通過增加的附加結(jié)構(gòu)，能夠有效實(shí)現(xiàn)雙磨頭熱伸長的非接觸測量，機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性好，操控簡便，測量精度高，有效提高了導(dǎo)軌成形磨削中兩個(gè)側(cè)面的對稱性和精度，改善了導(dǎo)軌的性能。
文檔編號B24B49/12GK102059652SQ201010231749
公開日2011年5月18日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者傅建中, 姚鑫驊, 沈洪垚, 甘文峰, 賀永 申請人:浙江大學(xué)