專利名稱：調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模具和曲面零件的加工、制造領(lǐng)域，涉及曲面自動(dòng)化研拋加工技術(shù)。
背景技術(shù)：
模具加工的制造裝備及其相關(guān)技術(shù)是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，面向模具等產(chǎn)業(yè)的曲面自動(dòng)化研磨拋光技術(shù)及其相關(guān)裝備研究，對(duì)于促進(jìn)汽車、電子等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。目前模具曲面的精加工及光整加工，大多靠熟練工人的手工操作，存在著費(fèi)時(shí)、費(fèi)力和加工質(zhì)量差的弊端。高質(zhì)高效地完成模具曲面精加工，其關(guān)鍵是研制模具自由曲面研拋加工的自動(dòng)化加工系統(tǒng)。
在數(shù)控機(jī)床上使用球形研拋砂輪研拋?zhàn)杂汕孢^(guò)程中，隨著球形研拋砂輪在曲面上的移動(dòng)，球形研拋砂輪表面上接觸曲面的點(diǎn)隨著曲面形狀的變化而變動(dòng)。球形研拋砂輪與曲面的接觸面積(由于砂輪的彈性變形而形成一小的接觸面積)與瞬時(shí)研拋點(diǎn)的模具曲面形狀有關(guān)；同時(shí)由于球形研拋砂輪是恒轉(zhuǎn)速，球形研拋砂輪表面上研拋點(diǎn)的變動(dòng)導(dǎo)致了研拋速度的變化。上述兩方面因素都造成曲面上各點(diǎn)去除量不一致，影響曲面的形狀精度。
目前普遍采用定壓法解決去除量不一致的問(wèn)題，定壓法是保持研拋過(guò)程中球形研拋砂輪與模具曲面之間的法向接觸壓力恒定。由于球形研拋砂輪與曲面接觸面積隨著曲面形狀的變化而改變，保證恒壓力并不能保證等壓強(qiáng)研拋，且這種方法沒(méi)有考慮速度變化對(duì)去除量的影響，因此這種定壓法不能很好地保證曲面去除量的均勻一致，會(huì)影響到曲面的形狀加工精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有模具自由曲面自動(dòng)研拋設(shè)備去除量不均勻的缺點(diǎn)，使自動(dòng)研拋曲面的去除量均勻一致。
本發(fā)明解決關(guān)鍵問(wèn)題采用的技術(shù)方案是1.進(jìn)行研拋過(guò)程的力和位移同步控制。在球形研拋砂輪的移動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)球形研拋砂輪瞬時(shí)研拋點(diǎn)的模具曲面曲率，實(shí)時(shí)調(diào)整球形研拋砂輪與曲面間的法向接觸壓力，實(shí)現(xiàn)等壓強(qiáng)研拋；2.在研拋過(guò)程中進(jìn)行速度補(bǔ)償控制。針對(duì)球形研拋砂輪表面上旋轉(zhuǎn)半徑不同的點(diǎn)的圓周線速度不相等，而導(dǎo)致的研拋速度變化，根據(jù)球形研拋砂輪與模具瞬時(shí)接觸點(diǎn)的砂輪回轉(zhuǎn)半徑，實(shí)時(shí)調(diào)整球形研拋砂輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度補(bǔ)償。
由于本發(fā)明采用了上述技術(shù)方案，通過(guò)對(duì)研拋過(guò)程中力和位移的同步控制及速度補(bǔ)償，達(dá)到了均勻去除曲面余量的目的。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如下它由研拋終端執(zhí)行器、研拋壓力控制系統(tǒng)和研拋速度控制系統(tǒng)組成，伺服電機(jī)9為研拋終端執(zhí)行器和研拋速度控制系統(tǒng)共有；研拋終端執(zhí)行器和研拋壓力控制系統(tǒng)中的氣缸8與研拋壓力控制系統(tǒng)中的壓力伺服閥、氣壓傳感器連接；研拋壓力控制系統(tǒng)和研拋速度控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)與虛擬軸機(jī)床連接，同時(shí)與研拋位置檢測(cè)傳感器19、研拋壓力控制系統(tǒng)的氣壓傳感器、研拋速度控制系統(tǒng)的伺服電機(jī)9連接；調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)需安裝在虛擬軸機(jī)床上使用。
研拋終端執(zhí)行器由支架1、導(dǎo)向柱2、彈簧3、電機(jī)座4、螺釘5、電機(jī)壓蓋6、氣缸活塞桿7、氣缸8、伺服電機(jī)9、氣缸接頭10、直線軸承11、螺栓12、螺母13、主軸座套14、主軸15、夾頭16、軸承17和連軸器18組成，其中伺服電機(jī)9、電機(jī)座4、直線軸承11、導(dǎo)向柱2和支架1順序連接，伺服電機(jī)9由螺釘5和電機(jī)壓蓋6緊固在電機(jī)座4上，兩個(gè)導(dǎo)向柱2對(duì)稱分布，導(dǎo)向柱2通過(guò)螺母13固定在支架1上，電機(jī)座4通過(guò)四個(gè)直線軸承11安裝在兩個(gè)導(dǎo)向柱2上；兩個(gè)氣缸8通過(guò)螺紋對(duì)稱安裝在支架1上，氣缸8的活塞桿頂在電機(jī)座4上面；彈簧3安裝在導(dǎo)向柱2上，位于電機(jī)座4和支架1之間，兩個(gè)彈簧左右對(duì)稱分布；夾頭16、主軸15、連軸器18、伺服電機(jī)9順序連接；主軸15由軸承17支撐在主軸座套14內(nèi)，主軸座套14由螺栓12緊固在伺服電機(jī)9的外殼上。夾頭16用于安裝球形研拋砂輪，套在導(dǎo)向柱2上的彈簧3使電機(jī)座4向上復(fù)位，改變氣缸8中的氣壓調(diào)節(jié)球形研拋砂輪與曲面間的法向壓力。
研拋壓力控制系統(tǒng)由研拋位置檢測(cè)傳感器、氣源、過(guò)濾器、壓力伺服閥、氣缸、氣壓傳感器和計(jì)算機(jī)組成，其中研拋位置檢測(cè)傳感器19與計(jì)算機(jī)連接；氣源、過(guò)濾器、壓力伺服閥、氣缸和氣壓傳感器順序連接；氣壓傳感器(信號(hào)輸出端)與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)有一線直接與壓力伺服閥(控制信號(hào)輸入端)連接。研拋壓力控制系統(tǒng)采用氣壓伺服調(diào)節(jié)氣缸中的壓力，氣源產(chǎn)生的壓縮空氣先由過(guò)濾器凈化，再輸入壓力伺服閥，壓力伺服閥根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)調(diào)節(jié)伺服閥的輸出氣壓，通過(guò)控制氣缸的氣壓，調(diào)節(jié)球形研拋砂輪與曲面的法向接觸壓力。
研拋速度控制系統(tǒng)由研拋位置檢測(cè)傳感器、計(jì)算機(jī)和伺服電機(jī)組成，其中研拋位置檢測(cè)傳感器19與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與伺服電機(jī)9連接。
在虛擬軸機(jī)床與本系統(tǒng)的連接關(guān)系中，研拋位置檢測(cè)傳感器19安裝于虛擬軸機(jī)床的滾珠絲杠21上，研拋終端執(zhí)行器22通過(guò)螺栓安裝在虛擬軸機(jī)床動(dòng)平臺(tái)20下面。
需要特別強(qiáng)調(diào)的技術(shù)特征和結(jié)構(gòu)特征是(1)力、位移同步控制和速度補(bǔ)償式等余量去除。在研拋過(guò)程中進(jìn)行力和位移同步控制，根據(jù)與球形研拋砂輪接觸點(diǎn)的模具曲面形狀實(shí)時(shí)調(diào)整球形研拋砂輪與曲面間的法向壓力，實(shí)現(xiàn)研拋恒壓強(qiáng)；根據(jù)球形研拋砂輪上研拋點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整球形研拋砂輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度補(bǔ)償。
(2)研拋終端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)特征是伺服電機(jī)9、電機(jī)座4、直線軸承11、導(dǎo)向柱2、支架1順序連接，兩個(gè)導(dǎo)向柱2對(duì)稱分布；兩個(gè)氣缸8通過(guò)螺紋對(duì)稱安裝在支架1上面，氣缸8的活塞桿頂在電機(jī)座4上面；彈簧3安裝在導(dǎo)向柱2上，位于電機(jī)座4和支架1之間，兩個(gè)彈簧對(duì)稱分布。
調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)的工作過(guò)程
研拋過(guò)程中，研拋終端執(zhí)行器22在虛擬軸機(jī)床動(dòng)平臺(tái)20的帶動(dòng)下，根據(jù)模具曲面形狀作曲線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)接收研拋位置檢測(cè)傳感器19檢測(cè)到的瞬時(shí)研拋位置信息，根據(jù)瞬時(shí)研拋位置的模具曲面形狀，向壓力伺服閥發(fā)出信號(hào)，控制伺服閥輸出氣壓，改變球形研拋砂輪與模具之間的法向接觸壓力。當(dāng)球形研拋砂輪與模具曲面的接觸面積增大時(shí)增大壓力，反之減小壓力。
同時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)球形研拋砂輪上研拋點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑的變化，控制伺服電機(jī)9改變轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)調(diào)整球形研拋砂輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度補(bǔ)償。研拋速度的控制是通過(guò)控制伺服電機(jī)9的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)球形研拋砂輪表面研拋點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑增大時(shí)，減小砂輪轉(zhuǎn)速，反之增大轉(zhuǎn)速。
伺服電機(jī)9連同電機(jī)座4可沿導(dǎo)向柱2上下移動(dòng)，通過(guò)控制氣缸8中的氣壓，實(shí)現(xiàn)研拋壓力的實(shí)時(shí)控制。在研拋加工過(guò)程中，球形研拋砂輪沿曲面的運(yùn)動(dòng)軌跡由虛擬軸機(jī)床保證，電機(jī)座4相對(duì)于導(dǎo)向柱2的滑動(dòng)，僅是由于模具表面微觀不平而導(dǎo)致的微小相對(duì)滑動(dòng)。
本發(fā)明的積極效果在于解決了球形研拋砂輪研拋?zhàn)杂汕孢^(guò)程中，由于球形研拋砂輪表面與模具曲面接觸面積的變化和球形研拋砂輪表面上研拋點(diǎn)速度的變化而導(dǎo)致的模具曲面上各點(diǎn)去除量不一致的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)力、位移的同步控制，和采用速度補(bǔ)償式等余量去除技術(shù)，在研拋過(guò)程中根據(jù)與球形研拋砂輪接觸點(diǎn)的模具曲面形狀實(shí)時(shí)調(diào)整球形研拋砂輪與曲面間的法向壓力和球形研拋砂輪的轉(zhuǎn)速，達(dá)到了自動(dòng)化均勻去除模具和曲面余量的目的。


圖1為調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意2為調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)中的研拋終端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖其中1.支架 2.導(dǎo)向柱 3.彈簧 4.電機(jī)座 5.螺釘 6.電機(jī)壓蓋 7.氣缸活塞桿 8.氣缸 9.伺服電機(jī) 10.氣缸接頭 11.直線軸承 12.螺栓 13.螺母 14.主軸座套 15.主軸 16.夾頭 17.軸承 18.連軸器圖3為虛擬軸機(jī)床與調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)示意圖其中19.研拋位置檢測(cè)傳感器 20.虛擬軸機(jī)床動(dòng)平臺(tái) 21.虛擬軸機(jī)床的滾珠絲杠 22.研拋終端執(zhí)行器 23.模具圖4為調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)控制流程圖具體實(shí)施方式
調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)由研拋終端執(zhí)行器、研拋壓力控制系統(tǒng)和研拋速度控制系統(tǒng)組成，伺服電機(jī)9為研拋終端執(zhí)行器和研拋速度控制系統(tǒng)共有；研拋終端執(zhí)行器和研拋壓力控制系統(tǒng)中的氣缸8與研拋壓力控制系統(tǒng)中的壓力伺服閥、氣壓傳感器連接；研拋壓力控制系統(tǒng)和研拋速度控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)與虛擬軸機(jī)床連接，同時(shí)與研拋位置檢測(cè)傳感器19、研拋壓力控制系統(tǒng)的氣壓傳感器、研拋速度控制系統(tǒng)的伺服電機(jī)9連接；調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)需安裝在虛擬軸機(jī)床上使用。
伺服電機(jī)9、電機(jī)座4、直線軸承11、導(dǎo)向柱2和支架1順序連接，伺服電機(jī)9由螺釘5和電機(jī)壓蓋6緊固在電機(jī)座4上，兩個(gè)導(dǎo)向柱2對(duì)稱分布，導(dǎo)向柱2通過(guò)螺母13固定在支架1上，電機(jī)座4通過(guò)四個(gè)直線軸承11安裝在兩個(gè)導(dǎo)向柱2上；兩個(gè)氣缸8通過(guò)螺紋對(duì)稱安裝在支架1上面，氣缸8的活塞桿頂在電機(jī)座4上面；彈簧3安裝在導(dǎo)向柱2上，位于電機(jī)座4和支架1之間，兩個(gè)彈簧左右對(duì)稱分布；夾頭16、主軸15、連軸器18和伺服電機(jī)9順序連接；主軸15由軸承17支撐在主軸座套14內(nèi)部，主軸座套14由螺栓12緊固在伺服電機(jī)9的外殼上。伺服電機(jī)9連同電機(jī)座4可沿導(dǎo)向柱2上下移動(dòng)，此結(jié)構(gòu)可通過(guò)控制氣缸中的氣壓實(shí)現(xiàn)研拋壓力的實(shí)時(shí)控制，氣缸活塞桿輸出壓力的變化使球形研拋砂輪與模具的壓力改變，氣缸中的氣壓由壓力伺服閥控制。計(jì)算機(jī)根據(jù)模具曲面形狀的變化向壓力伺服閥發(fā)出信號(hào)，控制球形研拋砂輪與模具的接觸壓力。在研拋加工過(guò)程中，球形研拋砂輪沿曲面的運(yùn)動(dòng)軌跡由虛擬軸機(jī)床保證。
研拋壓力控制系統(tǒng)由研拋位置檢測(cè)傳感器、氣源、過(guò)濾器、壓力伺服閥、氣缸、氣壓傳感器和計(jì)算機(jī)組成，其中研拋位置檢測(cè)傳感器19與計(jì)算機(jī)連接；氣源、過(guò)濾器、壓力伺服閥、氣缸和氣壓傳感器順序連接；氣壓傳感器(信號(hào)輸出端)與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)有一線直接與壓力伺服閥(控制信號(hào)輸入端)連接。
研拋速度控制系統(tǒng)由研拋位置檢測(cè)傳感器、計(jì)算機(jī)和伺服電機(jī)組成，其中研拋位置檢測(cè)傳感器19與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與伺服電機(jī)9連接。
在虛擬軸機(jī)床與本系統(tǒng)的連接關(guān)系中，研拋位置檢測(cè)傳感器19安裝于虛擬軸機(jī)床的滾珠絲杠21上，研拋終端執(zhí)行器22通過(guò)螺栓安裝在虛擬軸機(jī)床動(dòng)平臺(tái)20下面。
伺服電機(jī)9采用90SZ01型直流伺服電機(jī)，壓力伺服閥采用23BPD2型壓力伺服閥，氣壓傳感器采用AK-1型氣壓傳感器，氣缸采用薄膜氣缸。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)，由研拋終端執(zhí)行器、研拋壓力控制系統(tǒng)和研拋速度控制系統(tǒng)組成，其特征在于伺服電機(jī)(9)為研拋終端執(zhí)行器和研拋速度控制系統(tǒng)共有；研拋終端執(zhí)行器和研拋壓力控制系統(tǒng)中的氣缸(8)與研拋壓力控制系統(tǒng)中的壓力伺服閥、氣壓傳感器連接；研拋壓力控制系統(tǒng)和研拋速度控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)與虛擬軸機(jī)床連接，同時(shí)與研拋位置檢測(cè)傳感器(19)、研拋壓力控制系統(tǒng)的氣壓傳感器、研拋速度控制系統(tǒng)的伺服電機(jī)(9)連接；調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)需安裝在虛擬軸機(jī)床上使用。
2.按權(quán)利要求1所述的調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)，其中的研拋終端執(zhí)行器由支架(1)、導(dǎo)向柱(2)、彈簧(3)、電機(jī)座(4)、螺釘(5)、電機(jī)壓蓋(6)、氣缸活塞桿(7)、氣缸(8)、伺服電機(jī)(9)、氣缸接頭(10)、直線軸承(11)、螺栓(12)、螺母(13)、主軸座套(14)、主軸(15)、夾頭(16)、軸承(17)和連軸器(18)組成，其特征在于伺服電機(jī)(9)、電機(jī)座(4)、直線軸承(11)、導(dǎo)向柱(2)和支架(1)順序連接，伺服電機(jī)(9)由螺釘(5)和電機(jī)壓蓋(6)緊固在電機(jī)座(4)上，兩個(gè)導(dǎo)向柱(2)對(duì)稱分布，導(dǎo)向柱(2)通過(guò)螺母(13)固定在支架(1)上，電機(jī)座(4)通過(guò)四個(gè)直線軸承(11)安裝在兩個(gè)導(dǎo)向柱(2)上；兩個(gè)氣缸(8)通過(guò)螺紋對(duì)稱安裝在支架(1)上，氣缸(8)的活塞桿頂在電機(jī)座(4)上面；彈簧(3)安裝在導(dǎo)向柱(2)上，位于電機(jī)座(4)和支架(1)之間，兩個(gè)彈簧左右對(duì)稱分布；夾頭(16)、主軸(15)、連軸器(18)和伺服電機(jī)(9)順序連接；主軸(15)由軸承(17)支撐在主軸座套(14)內(nèi)，主軸座套(14)由螺栓(12)緊固在伺服電機(jī)(9)的外殼上。
3.按權(quán)利要求1所述的調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)，其中的研拋壓力控制系統(tǒng)由研拋位置檢測(cè)傳感器、氣源、過(guò)濾器、壓力伺服閥、氣缸、氣壓傳感器和計(jì)算機(jī)組成，其特征在于研拋位置檢測(cè)傳感器(19)與計(jì)算機(jī)連接；氣源、過(guò)濾器、壓力伺服閥、氣缸和氣壓傳感器順序連接；氣壓傳感器(信號(hào)輸出端)與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)有一線直接與壓力伺服閥(控制信號(hào)輸入端)連接。
4.按權(quán)利要求1所述的調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)，其中的研拋速度控制系統(tǒng)由研拋位置檢測(cè)傳感器、計(jì)算機(jī)和伺服電機(jī)組成，其特征在于研拋位置檢測(cè)傳感器(19)與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與伺服電機(jī)(9)連接。
全文摘要
調(diào)壓調(diào)速式模具曲面研拋系統(tǒng)屬模具和曲面零件的加工和制造領(lǐng)域，目的是克服現(xiàn)有模具自由曲面自動(dòng)研拋設(shè)備去除量不均勻的缺點(diǎn)，本發(fā)明由研拋終端執(zhí)行器、研拋壓力控制系統(tǒng)和研拋速度控制系統(tǒng)組成。伺服電機(jī)為研拋終端執(zhí)行器和研拋速度控制系統(tǒng)共有；研拋終端執(zhí)行器和研拋壓力控制系統(tǒng)中的氣缸與研拋壓力控制系統(tǒng)中的壓力伺服閥、氣壓傳感器連接；研拋壓力控制系統(tǒng)和研拋速度控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)與虛擬軸機(jī)床連接，計(jì)算機(jī)同時(shí)與氣壓傳感器、伺服電機(jī)連接；本發(fā)明需安裝在虛擬軸機(jī)床上使用。本發(fā)明通過(guò)對(duì)力、位移的同步控制和采用速度補(bǔ)償式等余量去除技術(shù)，達(dá)到了自動(dòng)化均勻去除模具曲面余量的目的。
文檔編號(hào)B24B49/08GK1935456SQ20061001724
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者祝佩興, 趙繼, 王義強(qiáng), 周淑紅, 韓春學(xué) 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)