數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置和方法與流程

本發明涉及數控機床領域，特別是涉及一種數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置和方法。

背景技術：

目前，數控內螺紋機床對位是行業公認最難解決的問題。特別是尺寸小的內螺紋，滿足不了現有的非接觸傳感器的測量范圍要求。數控內螺紋機床對位存在以下問題：內螺紋位于軸內，肉眼看不到內面螺紋實際情況，導致對位不精確，磨削加工困難，砂輪容易崩碎。

傳統內螺紋對位通過靠經驗豐富的工人依靠感覺手動方式低速進給，通過磨削產生的火花進行對位，加工出來的螺紋難以滿足加工精度，工件不統一且生產效率低。現有技術采用非接觸式傳感器放入螺紋孔內部，通過信號采集分析，但是這種方式只適用于比傳感器外形尺寸大的內螺紋孔，因此磨削范圍受到限定，并且磨削時的油霧環境會對傳感器精度產生影響。

因此，數控內螺紋機床對位是內螺紋機床行業深入發展急需解決的瓶頸。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，通過提供數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置和方法，對位過程為自動控制，無需人為操作，對位精準、快捷、安全。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明一方面提供一種數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置，包括X軸移動機構、Z軸移動機構、C旋轉軸機構、A旋轉軸機構、M多工位切換機構和數控系統，所述C旋轉軸機構包括工件夾持軸機構，其特征在于：所述A旋轉軸機構連接到所述X軸移動機構，所述C旋轉軸機構連接到所述Z軸移動機構，所述M多工位切換機構連接到A旋轉軸機構；所述M多工位切換機構包括多工位夾頭、夾頭切換機構和磨削主軸，所述多工位夾頭通過所述夾頭切換機構切換到所述磨削主軸的位置；所述磨削主軸包括電動主軸和用于鎖緊所述多工位夾頭的鎖緊夾頭。

優選地，所述多工位夾頭的尺寸和形狀使得切換時所述磨削主軸中心基準不變。

優選地，C旋轉軸和A旋轉軸中心基準位于同一水平面上，磨削砂輪切換到所述磨削主軸上時，所述磨削砂輪的幾何中心處于A旋轉軸的中心線上。

進一步地，所述數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置還包括砂輪修整機構，所述砂輪修整機構連接到所述Z軸移動機構。

進一步地，所述數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置還包括校準傳感器機構，所述校準傳感器機構連接到所述Z軸移動機構。

進一步地，所述X軸移動機構和所述Z軸移動機構分別設置有光柵尺。

優選地，所述X軸移動機構、Z軸移動機構、C旋轉軸機構和A旋轉軸機構分別由伺服馬達驅動。

本發明的另一方面提供一種用于上述數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置的數控內螺紋機床接觸式自動對位方法，包括以下步驟：

測量頭工位上的測量頭測量工件尺寸，獲得磨削起點位置坐標；

所述磨削主軸移動到安全位置并切換到磨具工位，根據所述磨削起點位置坐標調整所述磨具工位上的磨具，對準工件磨削起點，完成磨具的自動對位過程；

其特征在于：所述測量頭工位切換到所述電動主軸上時，C旋轉軸和A旋轉軸中心基準位于同一水平面上，而且當磨削砂輪切換到磨削主軸上時磨削砂輪的幾何中心處于A旋轉軸的中心線上。

進一步地，所述測量頭測量工件尺寸時，觸碰被加工工件基準面自動計算砂輪Z軸原點位置，進入內螺紋，通過所述X、Z軸移動機構和A旋轉軸機構的綜合運動，帶動測量頭感知和測量兩個相連螺牙槽頂端，測量兩個相連螺牙槽頂端，發出觸發信號，通過所述數控系統獲得磨削起點位置坐標。

本發明的有益效果是：

1、對位過程為自動控制，無需人為操作，對位精準、快捷、安全；

2、C旋轉軸和A旋轉軸中心基準位于同一水平面上，而且當磨削砂輪切換到磨削主軸上時磨削砂輪的幾何中心處于A旋轉軸的中心線上，保證不同內螺紋對位安全和精度；

3、多個工位的切換具有基準精度不變、保證對位和磨削切換不產生誤差的特點，解決了對位與磨具磨削獨立分開產生的誤差；

4、磨削主軸固定在A旋轉軸機構上，使得對位和磨削一體，簡單可靠快捷；

5、X軸移動機構和Z軸移動機構設置有光柵尺，保證了移動精度；

6、具有工件夾持軸機構的C旋轉軸機構固定在Z軸移動機構上，保證工件加工和對位一致性；

7、多個工位的切換可以實現先粗加工再切換精加工，也可以使用不同的磨具實現磨削內外圓和端面。

附圖說明

圖1所示為根據本發明一實施例的數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置的示意圖；

圖2所示為根據本發明一實施例的X軸移動機構和A旋轉軸機構的示意圖；

圖3所示為根據本發明一實施例的多工位切換機構的示意圖；

圖4所示為根據本發明一實施例的Z軸移動機構和夾持軸機構的示意圖；

圖5所示為根據本發明一實施例的內螺紋兩點接觸對位順序的示意圖；

圖6所示為根據本發明一實施例的多工位切換機構和磨削主軸原理的示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案以及優點更加清楚明白，以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限制本發明。

圖1所示為根據本發明一實施例的數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置的示意圖：

本發明的數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置，包括X軸移動機構、Z軸移動機構、C旋轉軸機構、A旋轉軸機構、M多工位切換機構和數控系統，所述C旋轉軸機構包括工件夾持軸機構，其特征在于：所述A旋轉軸機構連接到所述X軸移動機構，所述C旋轉軸機構連接到所述Z軸移動機構，所述M多工位切換機構連接到A旋轉軸機構；所述M多工位切換機構包括多工位夾頭、夾頭切換機構和磨削主軸，所述多工位夾頭通過所述夾頭切換機構切換到所述磨削主軸的位置；所述磨削主軸包括電動主軸和用于鎖緊所述多工位夾頭的鎖緊夾頭。所述夾頭切換機構包括馬達驅動切換機構。所述X軸移動機構帶動所述A旋轉軸機構前進后退，所述Z軸移動機構帶動C旋轉軸機構左右移動，所述夾持軸機構夾住被加工工件。

自動對位開始時，測量頭工位上的測量頭測量工件尺寸，獲得磨削起點位置坐標。接著，所述磨削主軸移動到安全位置并切換到磨具工位，根據所獲得的磨削起點位置坐標調整所述磨具工位上的磨具，對準工件磨削起點，完成磨具的自動對位過程。所述安全位置為使得所述磨削主軸的旋轉切換是安全的。測量頭測量工件尺寸時相對工件所需的角度調整和位置移動通過所述A旋轉軸機構的傾斜旋轉、所述X軸移動機構的運動或所述Z軸移動機構的運動或者至少兩者的組合實現。所述磨削主軸移動到所述安全位置通過所述A旋轉軸機構的傾斜旋轉、所述X軸移動機構的運動或所述Z軸移動機構的運動或者至少兩者的組合實現。

所述測量頭測量工件尺寸時，根據機床預置中心點位置，調整和移動所述測量頭，所述測量頭測量工件尺寸時相對工件所需的角度調整和位置移動通過所述A旋轉軸機構的傾斜旋轉、所述X軸移動機構的運動或所述Z軸移動機構的運動或者至少兩者的組合實現。所述測量頭測量工件尺寸時，觸碰被加工工件基準面自動計算砂輪Z軸原點位置。接著，所述測量頭進入內螺紋，采用兩點接觸式對刀技術，測量兩個相連螺牙槽頂端觸發，發出觸發信號，數控系統自動記錄坐標，通過測量所得參數運算得出兩牙距中心，從而自動計算兩個螺牙的中心位置，獲得磨削起點位置坐標，得到內螺紋磨削對位位置。該對刀過程為自動控制，無需人為操作，對位精準、快捷、安全。優選地，所述測量頭沿工件中心點進入內螺紋。

優選地，C旋轉軸和A旋轉軸中心基準位于一為同一水平面上，而且當磨削砂輪切換到磨削主軸上時磨削砂輪的幾何中心處于A旋轉軸的中心線上。優選地，所述多個工位的切換具有基準精度不變、保證對位和磨削切換不產生誤差的特點，解決了對位與磨具磨削獨立分開產生的誤差。在本發明的一實施例中，所述多個工位的切換可以實現先粗加工再切換精加工，也可以使用不同的磨具實現磨削內外圓和端面。

優選地，所述數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置還包括砂輪修整機構和校準傳感器機構，用于校準和修整磨削砂輪。通過數控系統對于修整后砂輪的加工量進行補償。

在本發明的一實施例中，所述多工位切換機構，可以自動切換，而且還可以設置測量頭和若干個砂輪磨具。

優選地，所述多工位切換機構和所述磨削主軸固定在所述A旋轉軸機構上，使得對位和磨削一體，簡單可靠快捷。

進一步地，所述X軸移動機構和所述Z軸移動機構設置有光柵尺，保證了移動精度。

優選地，所述C旋轉軸機構和所述工件夾持軸機構固定在所述Z軸移動機構上，保證工件加工和對位一致性。

如圖2所示，在本發明的一實施例中，所述X軸移動機構包括底板1、導軌2、滑塊3、光柵尺測頭4、光柵尺5、固定板6、縱板7、絲桿8和伺服電機9。導軌2固定在底板1上，滑塊3連接到導軌2并帶動縱板7，縱板7與絲桿8連接，伺服電機9控制絲桿8的旋轉，實現縱板7的前進或后退，即實現X方向的移動。光柵尺5設置在縱板7上，光柵尺測頭4檢測縱板7的精確移動，將信號反饋給數控系統，光柵尺測頭4連接固定板6，固定板6固定在底板1上。

如圖2和3所示，在本發明的一實施例中，所述A旋轉軸機構包括角度編碼器電機10、減速機11、轉子12、旋轉本體13、L固定件14、限位調整塊15和蓋板27。旋轉本體13固定在縱板7上，轉子12在旋轉本體13上滾動，轉子12與減速機11和角度編碼器電機10連接，減速機11和角度編碼器電機10固定在蓋板27上，L固定件14固定在轉子12上，磨削主軸18固定在L固定件14上，磨削主軸18上設置有若干個工位夾頭108，工位夾頭108夾持測量頭16或和砂輪磨具17。

如圖4所示，在本發明的一實施例中，所述Z軸移動機構包括導軌202、滑塊203、光柵尺測頭204、光柵尺205、固定板206、絲桿208、伺服電機209、固定臺19、橫板20、固定臂24、傳感器25和調整滑臺26。導軌202固定在固定臺19上，滑塊203連接導軌202并帶動橫板20，橫板20與絲桿208連接，伺服電機209控制絲桿208旋轉，實現橫板20的左右移動，即實現Z方向的移動。光柵尺205設置在固定臺19上，光柵尺測頭204檢測橫板20的精確移動，將信號反饋給數控系統，光柵尺測頭204連接固定板206，固定板206固定在橫板20上。橫板20設置有固定臂24，固定臂24設置有傳感器25和調整滑臺26。

如圖4所示，在本發明的一實施例中，所述夾持軸機構包括油箱缸21、油箱蓋22、筒夾23、伺服電機28和夾持軸29。油箱缸21固定在橫板20上，油箱缸21由油箱蓋22封蓋，夾持軸29與油箱缸21滾動連接，筒夾23固定在夾持軸29上，測量工件固定在筒夾23上，砂輪修整器200固定在油箱缸21上。

如圖5所示，在本發明的一實施例中，測量頭16通過X軸移動機構前后移動，A旋轉軸機構傾斜旋轉調整角度，Z軸移動機構帶動夾持軸機構左右移動，測量頭16觸碰工件端部基準面確定原點坐標，然后測量頭16沿工件預置中心線Co坐標進入內螺紋。測量頭16通過傾斜角度和X方向的移動調整，觸碰相連兩個螺牙頂端P1和P2，自動計算兩個螺牙的中心位置Cp，從而自動獲得磨削起點位置坐標。A旋轉軸機構調整角度使得測量頭16與工件中心線Co平行，Z軸移動機構后退，測量頭16移動到安全位置，磨削主軸切換到砂輪工位，根據測量坐標，調整砂輪磨具17對準工件磨削起點，從而完成砂輪磨具17的自動對位過程。圖中包括但不限于，僅通過示例性地描述了三角螺紋、梯形螺紋、矩形螺紋和滾道螺紋的對位過程。

如圖6所示，在本發明的一實施例中，所述多工位切換機構和磨削主軸的原理為：主軸換位時，拉緊驅動35作動于拉緊軸30，松開刀柄44；驅動缸31向右移動，連接塊32帶動移動板33和鎖緊夾頭34向右移動，移動板33與電動主軸41固定連接，電動主軸上的感應器37移動至接近開關E處，鎖緊夾頭34與工位夾頭40分離，工位夾頭40處于松開狀態。與此同時，刀柄44與驅動軸39逐漸脫離，齒輪和電機38帶動工位夾頭40上的刀柄44進行旋轉。當工位夾頭40轉動到位時，感應開關36感應驅動軸39前端鍵朝上，驅動缸31向左移動，感應器37移動至接近開關D處，驅動軸39前端鍵與刀柄44的鍵槽吻合，同時鎖緊夾頭34鎖緊工位夾頭40，拉緊驅動35作動于拉緊軸30，張緊刀柄44。定子部件43得到信號帶動轉子部件42上的驅動軸39旋轉，驅動軸39帶動刀柄44的刀具旋轉。

根據本發明的數控內螺紋機床接觸式自動對位裝置可以實現包括但不限于直徑4mm以上內螺紋對位。對于直徑20mm以上的內螺紋，所述接觸式測量頭也可以采用非接觸式測量頭。

以上所述，只是本發明的較佳實施例而已，本發明并不局限于上述實施方式，只要其以相同的手段達到本發明的技術效果，都應屬于本發明的保護范圍。在本發明的保護范圍內其技術方案和/或實施方式可以有各種不同的修改和變化。