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調壓調速式模具曲面研拋系統的制作方法

文檔序號:3403977閱讀:364來源:國知局
專利名稱:調壓調速式模具曲面研拋系統的制作方法
技術領域
本發明屬于模具和曲面零件的加工、制造領域,涉及曲面自動化研拋加工技術。
背景技術
模具加工的制造裝備及其相關技術是模具工業發展的基礎,面向模具等產業的曲面自動化研磨拋光技術及其相關裝備研究,對于促進汽車、電子等產業的發展意義重大。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,存在著費時、費力和加工質量差的弊端。高質高效地完成模具曲面精加工,其關鍵是研制模具自由曲面研拋加工的自動化加工系統。
在數控機床上使用球形研拋砂輪研拋自由曲面過程中,隨著球形研拋砂輪在曲面上的移動,球形研拋砂輪表面上接觸曲面的點隨著曲面形狀的變化而變動。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)與瞬時研拋點的模具曲面形狀有關;同時由于球形研拋砂輪是恒轉速,球形研拋砂輪表面上研拋點的變動導致了研拋速度的變化。上述兩方面因素都造成曲面上各點去除量不一致,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題,定壓法是保持研拋過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研拋,且這種方法沒有考慮速度變化對去除量的影響,因此這種定壓法不能很好地保證曲面去除量的均勻一致,會影響到曲面的形狀加工精度。

發明內容
本發明的目的是克服現有模具自由曲面自動研拋設備去除量不均勻的缺點,使自動研拋曲面的去除量均勻一致。
本發明解決關鍵問題采用的技術方案是1.進行研拋過程的力和位移同步控制。在球形研拋砂輪的移動過程中,根據球形研拋砂輪瞬時研拋點的模具曲面曲率,實時調整球形研拋砂輪與曲面間的法向接觸壓力,實現等壓強研拋;2.在研拋過程中進行速度補償控制。針對球形研拋砂輪表面上旋轉半徑不同的點的圓周線速度不相等,而導致的研拋速度變化,根據球形研拋砂輪與模具瞬時接觸點的砂輪回轉半徑,實時調整球形研拋砂輪轉速進行速度補償。
由于本發明采用了上述技術方案,通過對研拋過程中力和位移的同步控制及速度補償,達到了均勻去除曲面余量的目的。
本發明的具體結構如下它由研拋終端執行器、研拋壓力控制系統和研拋速度控制系統組成,伺服電機9為研拋終端執行器和研拋速度控制系統共有;研拋終端執行器和研拋壓力控制系統中的氣缸8與研拋壓力控制系統中的壓力伺服閥、氣壓傳感器連接;研拋壓力控制系統和研拋速度控制系統中的計算機經數控系統與虛擬軸機床連接,同時與研拋位置檢測傳感器19、研拋壓力控制系統的氣壓傳感器、研拋速度控制系統的伺服電機9連接;調壓調速式模具曲面研拋系統需安裝在虛擬軸機床上使用。
研拋終端執行器由支架1、導向柱2、彈簧3、電機座4、螺釘5、電機壓蓋6、氣缸活塞桿7、氣缸8、伺服電機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9、電機座4、直線軸承11、導向柱2和支架1順序連接,伺服電機9由螺釘5和電機壓蓋6緊固在電機座4上,兩個導向柱2對稱分布,導向柱2通過螺母13固定在支架1上,電機座4通過四個直線軸承11安裝在兩個導向柱2上;兩個氣缸8通過螺紋對稱安裝在支架1上,氣缸8的活塞桿頂在電機座4上面;彈簧3安裝在導向柱2上,位于電機座4和支架1之間,兩個彈簧左右對稱分布;夾頭16、主軸15、連軸器18、伺服電機9順序連接;主軸15由軸承17支撐在主軸座套14內,主軸座套14由螺栓12緊固在伺服電機9的外殼上。夾頭16用于安裝球形研拋砂輪,套在導向柱2上的彈簧3使電機座4向上復位,改變氣缸8中的氣壓調節球形研拋砂輪與曲面間的法向壓力。
研拋壓力控制系統由研拋位置檢測傳感器、氣源、過濾器、壓力伺服閥、氣缸、氣壓傳感器和計算機組成,其中研拋位置檢測傳感器19與計算機連接;氣源、過濾器、壓力伺服閥、氣缸和氣壓傳感器順序連接;氣壓傳感器(信號輸出端)與計算機連接,計算機有一線直接與壓力伺服閥(控制信號輸入端)連接。研拋壓力控制系統采用氣壓伺服調節氣缸中的壓力,氣源產生的壓縮空氣先由過濾器凈化,再輸入壓力伺服閥,壓力伺服閥根據計算機發出的控制信號調節伺服閥的輸出氣壓,通過控制氣缸的氣壓,調節球形研拋砂輪與曲面的法向接觸壓力。
研拋速度控制系統由研拋位置檢測傳感器、計算機和伺服電機組成,其中研拋位置檢測傳感器19與計算機連接,計算機與伺服電機9連接。
在虛擬軸機床與本系統的連接關系中,研拋位置檢測傳感器19安裝于虛擬軸機床的滾珠絲杠21上,研拋終端執行器22通過螺栓安裝在虛擬軸機床動平臺20下面。
需要特別強調的技術特征和結構特征是(1)力、位移同步控制和速度補償式等余量去除。在研拋過程中進行力和位移同步控制,根據與球形研拋砂輪接觸點的模具曲面形狀實時調整球形研拋砂輪與曲面間的法向壓力,實現研拋恒壓強;根據球形研拋砂輪上研拋點的回轉半徑的變化,實時調整球形研拋砂輪轉速進行速度補償。
(2)研拋終端執行器的結構特征是伺服電機9、電機座4、直線軸承11、導向柱2、支架1順序連接,兩個導向柱2對稱分布;兩個氣缸8通過螺紋對稱安裝在支架1上面,氣缸8的活塞桿頂在電機座4上面;彈簧3安裝在導向柱2上,位于電機座4和支架1之間,兩個彈簧對稱分布。
調壓調速式模具曲面研拋系統的工作過程
研拋過程中,研拋終端執行器22在虛擬軸機床動平臺20的帶動下,根據模具曲面形狀作曲線進給運動。計算機接收研拋位置檢測傳感器19檢測到的瞬時研拋位置信息,根據瞬時研拋位置的模具曲面形狀,向壓力伺服閥發出信號,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。當球形研拋砂輪與模具曲面的接觸面積增大時增大壓力,反之減小壓力。
同時,計算機根據球形研拋砂輪上研拋點的回轉半徑的變化,控制伺服電機9改變轉速,實時調整球形研拋砂輪轉速進行速度補償。研拋速度的控制是通過控制伺服電機9的轉速來實現,當球形研拋砂輪表面研拋點的回轉半徑增大時,減小砂輪轉速,反之增大轉速。
伺服電機9連同電機座4可沿導向柱2上下移動,通過控制氣缸8中的氣壓,實現研拋壓力的實時控制。在研拋加工過程中,球形研拋砂輪沿曲面的運動軌跡由虛擬軸機床保證,電機座4相對于導向柱2的滑動,僅是由于模具表面微觀不平而導致的微小相對滑動。
本發明的積極效果在于解決了球形研拋砂輪研拋自由曲面過程中,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速度的變化而導致的模具曲面上各點去除量不一致的問題。通過對力、位移的同步控制,和采用速度補償式等余量去除技術,在研拋過程中根據與球形研拋砂輪接觸點的模具曲面形狀實時調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速,達到了自動化均勻去除模具和曲面余量的目的。


圖1為調壓調速式模具曲面研拋系統的總體結構示意2為調壓調速式模具曲面研拋系統中的研拋終端執行器結構圖其中1.支架 2.導向柱 3.彈簧 4.電機座 5.螺釘 6.電機壓蓋 7.氣缸活塞桿 8.氣缸 9.伺服電機 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為虛擬軸機床與調壓調速式模具曲面研拋系統示意圖其中19.研拋位置檢測傳感器 20.虛擬軸機床動平臺 21.虛擬軸機床的滾珠絲杠 22.研拋終端執行器 23.模具圖4為調壓調速式模具曲面研拋系統控制流程圖具體實施方式
調壓調速式模具曲面研拋系統由研拋終端執行器、研拋壓力控制系統和研拋速度控制系統組成,伺服電機9為研拋終端執行器和研拋速度控制系統共有;研拋終端執行器和研拋壓力控制系統中的氣缸8與研拋壓力控制系統中的壓力伺服閥、氣壓傳感器連接;研拋壓力控制系統和研拋速度控制系統中的計算機經數控系統與虛擬軸機床連接,同時與研拋位置檢測傳感器19、研拋壓力控制系統的氣壓傳感器、研拋速度控制系統的伺服電機9連接;調壓調速式模具曲面研拋系統需安裝在虛擬軸機床上使用。
伺服電機9、電機座4、直線軸承11、導向柱2和支架1順序連接,伺服電機9由螺釘5和電機壓蓋6緊固在電機座4上,兩個導向柱2對稱分布,導向柱2通過螺母13固定在支架1上,電機座4通過四個直線軸承11安裝在兩個導向柱2上;兩個氣缸8通過螺紋對稱安裝在支架1上面,氣缸8的活塞桿頂在電機座4上面;彈簧3安裝在導向柱2上,位于電機座4和支架1之間,兩個彈簧左右對稱分布;夾頭16、主軸15、連軸器18和伺服電機9順序連接;主軸15由軸承17支撐在主軸座套14內部,主軸座套14由螺栓12緊固在伺服電機9的外殼上。伺服電機9連同電機座4可沿導向柱2上下移動,此結構可通過控制氣缸中的氣壓實現研拋壓力的實時控制,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。計算機根據模具曲面形狀的變化向壓力伺服閥發出信號,控制球形研拋砂輪與模具的接觸壓力。在研拋加工過程中,球形研拋砂輪沿曲面的運動軌跡由虛擬軸機床保證。
研拋壓力控制系統由研拋位置檢測傳感器、氣源、過濾器、壓力伺服閥、氣缸、氣壓傳感器和計算機組成,其中研拋位置檢測傳感器19與計算機連接;氣源、過濾器、壓力伺服閥、氣缸和氣壓傳感器順序連接;氣壓傳感器(信號輸出端)與計算機連接,計算機有一線直接與壓力伺服閥(控制信號輸入端)連接。
研拋速度控制系統由研拋位置檢測傳感器、計算機和伺服電機組成,其中研拋位置檢測傳感器19與計算機連接,計算機與伺服電機9連接。
在虛擬軸機床與本系統的連接關系中,研拋位置檢測傳感器19安裝于虛擬軸機床的滾珠絲杠21上,研拋終端執行器22通過螺栓安裝在虛擬軸機床動平臺20下面。
伺服電機9采用90SZ01型直流伺服電機,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。
權利要求
1.一種調壓調速式模具曲面研拋系統,由研拋終端執行器、研拋壓力控制系統和研拋速度控制系統組成,其特征在于伺服電機(9)為研拋終端執行器和研拋速度控制系統共有;研拋終端執行器和研拋壓力控制系統中的氣缸(8)與研拋壓力控制系統中的壓力伺服閥、氣壓傳感器連接;研拋壓力控制系統和研拋速度控制系統中的計算機經數控系統與虛擬軸機床連接,同時與研拋位置檢測傳感器(19)、研拋壓力控制系統的氣壓傳感器、研拋速度控制系統的伺服電機(9)連接;調壓調速式模具曲面研拋系統需安裝在虛擬軸機床上使用。
2.按權利要求1所述的調壓調速式模具曲面研拋系統,其中的研拋終端執行器由支架(1)、導向柱(2)、彈簧(3)、電機座(4)、螺釘(5)、電機壓蓋(6)、氣缸活塞桿(7)、氣缸(8)、伺服電機(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(9)、電機座(4)、直線軸承(11)、導向柱(2)和支架(1)順序連接,伺服電機(9)由螺釘(5)和電機壓蓋(6)緊固在電機座(4)上,兩個導向柱(2)對稱分布,導向柱(2)通過螺母(13)固定在支架(1)上,電機座(4)通過四個直線軸承(11)安裝在兩個導向柱(2)上;兩個氣缸(8)通過螺紋對稱安裝在支架(1)上,氣缸(8)的活塞桿頂在電機座(4)上面;彈簧(3)安裝在導向柱(2)上,位于電機座(4)和支架(1)之間,兩個彈簧左右對稱分布;夾頭(16)、主軸(15)、連軸器(18)和伺服電機(9)順序連接;主軸(15)由軸承(17)支撐在主軸座套(14)內,主軸座套(14)由螺栓(12)緊固在伺服電機(9)的外殼上。
3.按權利要求1所述的調壓調速式模具曲面研拋系統,其中的研拋壓力控制系統由研拋位置檢測傳感器、氣源、過濾器、壓力伺服閥、氣缸、氣壓傳感器和計算機組成,其特征在于研拋位置檢測傳感器(19)與計算機連接;氣源、過濾器、壓力伺服閥、氣缸和氣壓傳感器順序連接;氣壓傳感器(信號輸出端)與計算機連接,計算機有一線直接與壓力伺服閥(控制信號輸入端)連接。
4.按權利要求1所述的調壓調速式模具曲面研拋系統,其中的研拋速度控制系統由研拋位置檢測傳感器、計算機和伺服電機組成,其特征在于研拋位置檢測傳感器(19)與計算機連接,計算機與伺服電機(9)連接。
全文摘要
調壓調速式模具曲面研拋系統屬模具和曲面零件的加工和制造領域,目的是克服現有模具自由曲面自動研拋設備去除量不均勻的缺點,本發明由研拋終端執行器、研拋壓力控制系統和研拋速度控制系統組成。伺服電機為研拋終端執行器和研拋速度控制系統共有;研拋終端執行器和研拋壓力控制系統中的氣缸與研拋壓力控制系統中的壓力伺服閥、氣壓傳感器連接;研拋壓力控制系統和研拋速度控制系統中的計算機經數控系統與虛擬軸機床連接,計算機同時與氣壓傳感器、伺服電機連接;本發明需安裝在虛擬軸機床上使用。本發明通過對力、位移的同步控制和采用速度補償式等余量去除技術,達到了自動化均勻去除模具曲面余量的目的。
文檔編號B24B49/08GK1935456SQ20061001724
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月17日 優先權日2006年10月17日
發明者祝佩興, 趙繼, 王義強, 周淑紅, 韓春學 申請人:吉林大學
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