專利名稱：一種滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械制造領(lǐng)域，尤其是滾珠絲杠螺母滾道磨削加工工藝工程中，尤其涉及的是一種滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置。
背景技術(shù)：
滾珠絲杠螺母內(nèi)滾道是利用數(shù)控內(nèi)螺紋磨床加工的。滾珠絲杠螺母內(nèi)、外圓柱面上沿軸向和徑向均勻開設(shè)2至6個返向器孔，返向器孔或為腰孔，或為圓孔。根據(jù)滾珠絲杠螺母加工工藝要求，必須先加工返向器孔，再完成內(nèi)滾道磨削。由于螺母內(nèi)螺紋滾道必須與所有返向器孔的中心位置保持固定幾何關(guān)系，而按照螺紋加工原理，螺母內(nèi)滾道加工時砂 輪移動速度與待加工螺母轉(zhuǎn)速比值固定。加工完成的螺母內(nèi)滾道必須既要保證螺旋線精度要求，又要與螺母圓柱面上所有返向器孔軸向尺寸固定，加工中對刀十分困難。這一問題成為制約滾珠絲杠螺母加工精度提高的主要難題?，F(xiàn)有技術(shù)依靠工人經(jīng)驗，采用“打火花法”進(jìn)打?qū)Φ?，易于廣生廢品，而且對刀精度不聞于O. 3至O. 5mm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，獲得砂輪對刀的對刀裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，包括CXD攝像機(jī)(4)、光柵讀數(shù)頭(14)、單片機(jī)(17);使待加工的滾珠絲杠螺母(3)分別轉(zhuǎn)動到其各返向器孔能正對CCD攝像機(jī)(4)的位置，CXD攝像機(jī)(4)沿滾珠絲杠螺母(3)軸線方向移動到能正對返向器孔的位置上進(jìn)行拍攝，每到一個位置，單片機(jī)(17)利用光柵讀數(shù)頭(14)讀取當(dāng)前CCD攝像機(jī)(4)的位置，單片機(jī)(17)根據(jù)CCD攝像機(jī)(4)拍攝的圖像計算出返向器孔軸線方向相對位置；單片機(jī)(17)還計算得到螺母螺旋線的位置；單片機(jī)(17)利用計算得到的螺母螺旋線位置和砂輪磨削滾珠絲杠螺母(3)時磨削點(diǎn)圓周相位情況，計算出距離砂輪(6)進(jìn)入滾珠絲杠螺母
(3)內(nèi)孔最近端面的軸向位置，砂輪(6)其它對刀點(diǎn)位置可以通過加減導(dǎo)程得到。所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，所述CXD攝像機(jī)安裝在攝像機(jī)安裝板上，攝像機(jī)安裝板(7)通過螺釘固定在燕尾滑塊(8)上，燕尾滑塊(8)在手輪(19)的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)下，相對于燕尾導(dǎo)軌(9)做平行于滾珠絲杠螺母(3)軸線的直線運(yùn)動。所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，所述燕尾滑塊(8)的一側(cè)安裝有定光柵
(13)，所述光柵讀數(shù)頭(14)通過光柵安裝板(15)安裝在與定光柵(13)同側(cè)的燕尾導(dǎo)軌
(9)上，光柵讀數(shù)頭(14)通過信號線與安裝在后導(dǎo)軌板(12)上的單片機(jī)(17)連接；在裝置機(jī)架(11)利于觀察的一側(cè)安裝有顯示操作面板(16)，用來顯示和設(shè)定所述單片機(jī)(17)。所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，所述待加工的滾珠絲杠螺母(3)夾持到三爪卡盤(I)上，橡膠圈(2)膠結(jié)固著在三爪卡盤(I)上，橡膠圈(2)隨三爪卡盤(I)和其所抓持的待加工的滾珠絲杠螺母(3) —起轉(zhuǎn)動，橡膠圈(2)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給與其緊密接觸的膠輪(24)，膠輪(24)安裝在支架(23)上，支架(23)沿待加工的滾珠絲杠螺母(3)的軸線方向調(diào)整，支架(23)安裝在調(diào)節(jié)板(20)上。所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，所述調(diào)節(jié)板(20)直接放置在后導(dǎo)軌板
(12)上，通過擰緊調(diào)節(jié)螺釘(21)增大橡膠輪(24)與安裝在三爪卡盤(I)上的橡膠圈(2)的接觸力，保證橡膠圈(2)隨三爪卡盤(I)轉(zhuǎn)動時，橡膠輪(24)能隨橡膠圈(2)同步轉(zhuǎn)動，而無相對滑動。所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，所述橡膠輪(24)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角位移通過與其聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器(22)感測，CCD攝像機(jī)(4)利用放置在其鏡頭前面的環(huán)形光源
(5)實現(xiàn)待加工滾珠絲杠螺母3圓柱面上各返向器孔位置的照明。 采用上述方案，容易實現(xiàn)高精度的對刀操作，同時提高成品率。


圖I為滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖；圖3為本發(fā)明中螺旋線擬合計算圖；圖4為本發(fā)明中相位差計算圖；I三爪卡盤,2橡膠圈,3滾珠絲杠螺母，4(XD攝像機(jī),5環(huán)形光源,6砂輪,7攝像機(jī)安裝板，8燕尾滑塊，9燕尾導(dǎo)軌，10前導(dǎo)軌板，11機(jī)架，12后導(dǎo)軌板，13定光柵，14光柵讀數(shù)頭，15光柵安裝板，16顯示操作面板，17單片機(jī)，18鎖緊螺釘，19手輪，20調(diào)節(jié)板，21調(diào)節(jié)螺釘，22旋轉(zhuǎn)編碼器，23支架，24橡膠輪；25磨床砂輪架導(dǎo)軌。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參考圖1，滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置包括橡膠圈(2)、CXD攝像機(jī)(4)、環(huán)形光源(5)、攝像機(jī)安裝板(7)、燕尾滑塊(8)、燕尾導(dǎo)軌(9)、前導(dǎo)軌板(10)、機(jī)架(11)、后導(dǎo)軌板(12)、定光柵(13)、光柵讀數(shù)頭(14)、光柵安裝板(15)、顯示操作面板(16)、單片機(jī)
(17)、鎖緊螺釘(18)、手輪(19)、調(diào)節(jié)板(20)、調(diào)節(jié)螺釘(21)、編碼器(22)、支架(23)、橡膠輪(24)；橡膠圈2膠結(jié)固著在三爪卡盤I上，橡膠圈2可隨三爪卡盤I和其所抓持的待加工的滾珠絲杠螺母3 —起轉(zhuǎn)動，橡膠圈2將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給與其緊密接觸的膠輪24，膠輪24安裝在支架23上，支架23可以沿待加工的滾珠絲杠螺母3的軸線方向調(diào)整，支架23安裝在調(diào)節(jié)板20上，調(diào)節(jié)板20直接放置在后導(dǎo)軌板12上，通過擰緊調(diào)節(jié)螺釘21可以增大橡膠輪24與安裝在三爪卡盤I上的橡膠圈2的接觸力，保證橡膠圈2隨三爪卡盤I轉(zhuǎn)動時，橡膠輪24能隨橡膠圈2同步轉(zhuǎn)動，而無相對滑動。橡膠輪24旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角位移通過與其聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器22感測，CXD攝像機(jī)4用于對待加工滾珠絲杠螺母3圓柱面上各返向器孔位置進(jìn)行拍攝，利用放置在其鏡頭前面的環(huán)形光源5實現(xiàn)待加工滾珠絲杠螺母3圓柱面上各返向器孔位置的照明，CXD攝像機(jī)安裝在攝像機(jī)安裝板7上，攝像機(jī)安裝板7通過螺釘固定在燕尾滑塊8上，燕尾滑塊8可在手輪19的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)下，相對于燕尾導(dǎo)軌9做平行于滾珠絲杠螺母3軸線的直線運(yùn)動。燕尾滑塊8的一側(cè)安裝有定光柵13，光柵讀數(shù)頭14通過光柵安裝板15安裝在與定光柵13同側(cè)的燕尾導(dǎo)軌9上，光柵讀數(shù)頭14通過信號線與安裝在后導(dǎo)軌板12上的單片機(jī)17連接。在裝置機(jī)架11利于觀察的一側(cè)安裝有顯示操作面板16，用來顯示和設(shè)定單片機(jī)17。整個機(jī)架11通過銷釘聯(lián)接的前導(dǎo)軌板10和后導(dǎo)軌板12安裝在磨床砂輪架導(dǎo)軌25上，當(dāng)裝置位置調(diào)整好后，還通過鎖緊螺釘18實現(xiàn)裝置與機(jī)床導(dǎo)軌鎖定。在不改變機(jī)床本體的情況下，利用橡膠圈2、膠輪24及旋轉(zhuǎn)編碼器22獲取待加工螺母的角向運(yùn)動位移，根據(jù)該角向位移和CCD攝像機(jī)4所拍圖像中返向器孔的相對位置計算出螺旋線延長線位置。光柵測量裝置(包括光柵讀數(shù)頭14、定光柵15、燕尾滑塊8、燕尾導(dǎo)軌9及手輪19)獲取CCD攝像機(jī)4在拍攝螺母各返向器孔和拍攝砂輪時的相對位置關(guān)系。當(dāng)把待加工的滾珠絲杠螺母3夾持到三爪卡盤I上后，手動轉(zhuǎn)動三爪卡盤1，使其分別轉(zhuǎn)動到滾珠絲杠螺母3的各返向器孔能正對CXD攝像機(jī)4的位置，期間CXD攝像機(jī)4可以在手輪19的調(diào)節(jié)下沿滾珠絲杠螺母3軸線方向移動到能正對返向器孔的位置上進(jìn)行 拍攝。每到一個位置，單片機(jī)17利用光柵讀數(shù)頭14讀取當(dāng)前CCD攝像機(jī)位置，并根據(jù)拍攝的圖像計算出返向器孔軸線方向相對位置；同時單片機(jī)17還利用橡膠圈2、膠輪24及旋轉(zhuǎn)編碼器23感測各返向器孔的相對角向位移，再根據(jù)螺母螺紋導(dǎo)程，計算得到螺母螺旋線的位置。單片機(jī)17利用計算得到的螺母螺旋線位置和砂輪磨削滾珠絲杠螺母3時磨削點(diǎn)圓周相位情況，計算出距離砂輪6進(jìn)入滾珠絲杠螺母3內(nèi)孔最近端面的軸向位置，砂輪6其它對刀點(diǎn)位置可以通過加減導(dǎo)程得到。砂輪6對刀的起始坐標(biāo)位置可以在初次使用時確定，確定方法是在機(jī)床啟動，但三爪卡盤I和砂輪6停轉(zhuǎn)的狀態(tài)下(即系統(tǒng)啟動)，利用顯示操作面板16上的設(shè)定功能按鈕選擇待加工螺母的設(shè)計導(dǎo)程，移動砂輪6至CXD攝像機(jī)4正前方，用顯示操作面板16上的拍攝功能按鈕拍攝砂輪6的廓形，單片機(jī)17根據(jù)光柵讀數(shù)頭14和砂輪廓形圖像，計算出砂輪6的位置，以利用機(jī)床調(diào)節(jié)裝置移動砂輪6到螺旋線延長線的位置上。參考圖2，測量系統(tǒng)包含兩個坐標(biāo)系，即機(jī)床坐標(biāo)系和定位裝置坐標(biāo)系，機(jī)床坐標(biāo)系為數(shù)控磨床所固有，主要有進(jìn)給方向X和主軸軸線方向Z方向，二者可由機(jī)床數(shù)顯裝置直接獲??；定位裝置坐標(biāo)系主要有主軸軸線直線方向Z’和主軸的角向位移方向Φ，二者分別由光柵測量裝置和編碼器22來獲??；在圖2中，1、11為待加工的滾珠絲杠螺母3上的條形回珠槽，SP為螺母滾道大徑位置上的螺旋線。根據(jù)滾珠絲杠螺母加工工藝，滾珠絲杠螺母3在進(jìn)行內(nèi)螺紋滾道加工前已經(jīng)完成條形回珠槽Ι、Π的加工，螺母螺紋滾道加工時應(yīng)該使所加工的螺母滾道剛好經(jīng)過所有回珠槽的兩端半圓的中心。由于導(dǎo)程固定，加工過程中內(nèi)螺紋磨床的砂輪6沿Z軸方向運(yùn)動和螺母3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動速比關(guān)系是固定的，因此加工前只需要將砂輪停在螺母螺旋線的延長線上即可實現(xiàn)螺紋滾道的準(zhǔn)確加工。砂輪所停位置的X坐標(biāo)可通過試切準(zhǔn)確實現(xiàn)，而其Z軸方向定位需要分兩個個步驟來完成。第一步是找到機(jī)床坐標(biāo)系與定位裝置坐標(biāo)系二者在Z軸方向的相互關(guān)系。通過定位裝置拍攝砂輪輪廓獲取砂輪在定位裝置坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)ΖΜ，也就是砂輪的起始坐標(biāo)位置，然后手動輸入此時砂輪在機(jī)床坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)Ztl，可計算二者位置關(guān)系，S卩ΛΖ
=7 —7 z^O z^M0第二步是求出砂輪在定位裝置坐標(biāo)系中的系列坐標(biāo)點(diǎn)ΖΜ，即砂輪在定位裝置坐標(biāo)系中的理想對刀點(diǎn)。如果設(shè)數(shù)控滾珠絲杠磨床坐標(biāo)系為Χ0Ζ，定位裝置的系統(tǒng)坐標(biāo)系為Ζ 'φ。定位裝置通過CXD傳感器拍攝條形孔來得到附圖2中各條形孔兩端圓弧中心K1' B1,
A2, B2......的cpD、Zd坐標(biāo)，通過圖I中編碼器22和光柵讀數(shù)頭13則用來獲取不同拍攝
位置的相對坐標(biāo)φχ、ZX，cpd^獲取可直接由編碼器22得到，而Zx則需要由返向器孔軸向方向上的相對位置和CCD相機(jī)的拍攝位置來計算得到。從而獲得各條孔兩端圓弧中心坐標(biāo)ΦΒ+ΦΧ，ZD+ZX，根據(jù)這些點(diǎn)按最小二乘法擬合出螺旋線方程Z = aO+b，式中a、b為擬合方程系數(shù)，見圖3。當(dāng)B4點(diǎn)相位與砂輪磨削點(diǎn)相位在圓周上相位相同時，即可得到系列砂輪位置點(diǎn)Zm = ΖΒ4+Λ M，式中Zb4 = aOB4+b ；ΔΜ = N-L07L0為螺紋導(dǎo)程，N為正整數(shù)。當(dāng)B4點(diǎn)相
位與砂輪磨削點(diǎn)相位存在相位差時，砂輪位置點(diǎn)為^ = Zba + Am式中LO為螺母導(dǎo)
LTt
程，Λ Θ為B4點(diǎn)相位與砂輪磨削點(diǎn)在同一圓周上的相位差。由于砂輪磨削點(diǎn)始終在螺母軸線的水平面內(nèi)，且位于CXD攝像機(jī)拍攝側(cè)，即圖4中ζ-ζ線上，則可以通過拍攝B4點(diǎn)圖像的
,d
幾何關(guān)系，計算出相位差八^ :,這項工作由單片機(jī)17完成。為避免過多的圖像處理
d
和計算，定位時可盡量將B4點(diǎn)對準(zhǔn)在螺母的中心線上。根據(jù)以上兩個步驟，單片機(jī)17可完成砂輪在機(jī)床坐標(biāo)系中對刀點(diǎn)Z坐標(biāo)計算，即Zs = Zm+Λ Z，其后，單片機(jī)將Zs送往顯示操作面板15顯示，操作人員根據(jù)操作顯示面板15的顯示值完成砂輪的定位。由于Zs是針對當(dāng)前待加工螺母條孔位置計算出來砂輪對刀位置點(diǎn)，只要這樣的位置點(diǎn)是螺母螺紋滾道導(dǎo)程的整數(shù)倍，都可以正確對刀，因此操作者可以根據(jù)當(dāng)前砂輪位置選最近點(diǎn)實現(xiàn)對刀。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，其特征在于，包括CXD攝像機(jī)(4)、光柵讀數(shù)頭(14)、單片機(jī)(17);使待加工的滾珠絲杠螺母(3)分別轉(zhuǎn)動到其各返向器孔能正對CCD攝像機(jī)(4)的位置，CCD攝像機(jī)(4)沿滾珠絲杠螺母(3)軸線方向移動到能正對返向器孔的位置上進(jìn)行拍攝，每到一個位置，單片機(jī)(17)利用光柵讀數(shù)頭(14)讀取當(dāng)前CCD攝像機(jī)(4)的位置，單片機(jī)(17)根據(jù)CCD攝像機(jī)(4)拍攝的圖像計算出返向器孔軸線方向相對位置；單片機(jī)(17)還計算得到螺母螺旋線的位置；單片機(jī)(17)利用計算得到的螺母螺旋線位置和砂輪磨削滾珠絲杠螺母(3)時磨削點(diǎn)圓周相位情況，計算出距離砂輪(6)進(jìn)入滾珠絲杠螺母(3)內(nèi)孔最近端面的軸向位置，砂輪(6)其它對刀點(diǎn)位置可以通過加減導(dǎo)程得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，其特征在于，所述CCD攝像機(jī)安裝在攝像機(jī)安裝板(7)上，攝像機(jī)安裝板(7)通過螺釘固定在燕尾滑塊(8)上，燕尾滑塊(8)在手輪(19)的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)下，相對于燕尾導(dǎo)軌(9)做平行于滾珠絲杠螺母(3)軸線的直線運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，其特征在于，所述燕尾滑塊(8)的一側(cè)安裝有定光柵(13)，所述光柵讀數(shù)頭(14)通過光柵安裝板(15)安裝在與定光柵(13)同側(cè)的燕尾導(dǎo)軌(9)上，光柵讀數(shù)頭(14)通過信號線與安裝在后導(dǎo)軌板(12)上的單片機(jī)(17)連接；在裝置機(jī)架(11)利于觀察的一側(cè)安裝有顯示操作面板(16)，用來顯示和設(shè)定所述單片機(jī)(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，其特征在于，所述待加工的滾珠絲杠螺母(3)夾持到三爪卡盤(I)上，橡膠圈(2)膠結(jié)固著在三爪卡盤(I)上，橡膠圈(2)隨三爪卡盤(I)和其所抓持的待加工的滾珠絲杠螺母(3) —起轉(zhuǎn)動，橡膠圈(2)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給與其緊密接觸的膠輪(24)，膠輪(24)安裝在支架(23)上，支架(23)沿待加工的滾珠絲杠螺母(3)的軸線方向調(diào)整，支架(23)安裝在調(diào)節(jié)板(20)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)板(20)直接放置在后導(dǎo)軌板(12)上，通過擰緊調(diào)節(jié)螺釘(21)增大橡膠輪(24)與安裝在三爪卡盤(I)上的橡膠圈(2)的接觸力，保證橡膠圈(2)隨三爪卡盤(I)轉(zhuǎn)動時，橡膠輪(24)能隨橡膠圈(2)同步轉(zhuǎn)動，而無相對滑動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，其特征在于，所述橡膠輪(24)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角位移通過與其聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器(22)感測，CCD攝像機(jī)(4)利用放置在其鏡頭前面的環(huán)形光源(5)實現(xiàn)待加工滾珠絲杠螺母3圓柱面上各返向器孔位置的照明。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滾珠絲杠螺母滾道磨削定位裝置，包括CCD攝像機(jī)(4)、光柵讀數(shù)頭(14)、單片機(jī)(17)；單片機(jī)(17)根據(jù)CCD攝像機(jī)(4)拍攝的圖像計算出返向器孔軸線方向相對位置；單片機(jī)(17)還計算得到螺母螺旋線的位置；單片機(jī)(17)利用計算得到的螺母螺旋線位置和砂輪磨削滾珠絲杠螺母(3)時磨削點(diǎn)圓周相位情況，計算出距離砂輪(6)進(jìn)入滾珠絲杠螺母(3)內(nèi)孔最近端面的軸向位置，砂輪(6)其它對刀點(diǎn)位置可以通過加減導(dǎo)程得到。采用上述方案，容易實現(xiàn)高精度的對刀操作，同時提高成品率。
文檔編號B24B41/06GK102962746SQ20121046423
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者陳曼龍 申請人:陜西理工學(xué)院