專利名稱：一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種砂帶磨削裝置，特別涉及可編程磨削力控制的柔性砂帶磨削裝置，適用于如汽輪機(jī)葉片等復(fù)雜曲面型面的磨削加工。
背景技術(shù)：
由于功能特殊性以及現(xiàn)代社會(huì)對(duì)產(chǎn)品外觀造型越來越高的要求，復(fù)雜曲面型面在機(jī)械制造業(yè)得到日益廣泛的應(yīng)用，然而復(fù)雜曲面型面的光整加工一直是瓶頸性的工藝難題。近年來，陸續(xù)推出了一些有關(guān)曲面磨削的專利技術(shù)，例如由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公告的200710019843. 6專利技術(shù)“汽輪機(jī)葉片數(shù)控砂帶磨床及其操控方法”以及 200820238217. 6專利技術(shù)“汽輪機(jī)葉片數(shù)控砂帶磨床”等砂帶磨削設(shè)備，未考慮砂帶磨削是屬于一種柔性磨削，往往在磨削過程中受磨削力波動(dòng)會(huì)在磨削工件表面留下磨削刀痕，不能保證得到磨削工件表面理想的磨削質(zhì)量。由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公告的200810237238. 0專利技術(shù)“一種帶反饋的壓力可調(diào)的浮動(dòng)砂帶磨削裝置”，雖然通過由氣缸和補(bǔ)償彈簧組成的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)砂帶的恒力磨削，但只能按某特定的磨削力進(jìn)行磨削，未考慮磨削力會(huì)引起磨削工件變形，從而影響磨削加工精度。例如，汽輪機(jī)葉片出氣邊厚度較小，希望出氣邊磨削力小于進(jìn)氣邊磨削力，避免出氣邊磨削變形，影響葉片型面磨削精度。如何針對(duì)不同磨削工件或同一工件的不同部位采用不同的磨削力進(jìn)行磨削，如何根據(jù)磨削加工要求進(jìn)行磨削力編程及控制，在現(xiàn)有技術(shù)中均未提及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，以滿足不同工況條件下砂帶磨削的磨削力編程和控制，保證磨削質(zhì)量。為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明所述的砂帶磨削裝置由控制系統(tǒng)、比較單元、比例伺服元件、壓力缸、磨削裝置以及檢測(cè)單元組成；由檢測(cè)單元所檢測(cè)的實(shí)際磨削力經(jīng)比較單元與控制系統(tǒng)發(fā)出的指令磨削力進(jìn)行比較，將其差值轉(zhuǎn)換為控制電流或電壓經(jīng)比例伺服元件進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，直至壓力缸控制的實(shí)際磨削力等于指令磨削力來驅(qū)動(dòng)磨削裝置進(jìn)行磨削作業(yè)。本發(fā)明的砂帶磨削裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、基板、動(dòng)板、磨削輪系及砂帶、磨削力控制裝置、壓力氣缸、補(bǔ)償彈簧和砂帶張緊機(jī)構(gòu)組成；磨削輪系包含有驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪、接觸輪以及若干導(dǎo)向輪；驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪固定于基板，接觸輪、張緊輪固定于動(dòng)板；動(dòng)板與基板是通過兩根等長(zhǎng)連桿所構(gòu)成的平行四連桿機(jī)構(gòu)的鉸鏈連接；壓力氣缸固定于磨削裝置的基板上方，補(bǔ)償彈簧一段固聯(lián)于基板，一段固聯(lián)于動(dòng)板。在上述基礎(chǔ)上，本發(fā)明的磨削力控制裝置是按照下式實(shí)現(xiàn)磨削力的平衡 F段+F彈.cosθ=F重-F路式中，&為氣缸控制壓力；4為補(bǔ)償彈簧 力為動(dòng)板系統(tǒng)重力；&為磨削力4力補(bǔ)償彈簧與垂直軸的夾角。由于磨削過程動(dòng)板相對(duì)于基板屬微量移動(dòng)調(diào)節(jié)，因而可將補(bǔ)償彈簧力視為常量， 并可設(shè)置使之滿足
即磨削力等于系統(tǒng)控制力，其方向與系統(tǒng)控制力方向相反。在上述平衡條件下，若接觸輪驅(qū)動(dòng)的砂帶磨削量較小，導(dǎo)致實(shí)際磨削力小于系統(tǒng)
控制力，即％ < -Fe，此時(shí)磨削裝置在系統(tǒng)控制力作用下，由壓力氣缸的輸出桿驅(qū)動(dòng)著的
動(dòng)板并推動(dòng)著磨削接觸輪向下移動(dòng)。隨著動(dòng)板的向下移動(dòng)，一方面使壓力氣缸腔體內(nèi)的容積空間加大，導(dǎo)致氣缸腔體內(nèi)的壓力減小，在氣動(dòng)控制回路中的壓力檢測(cè)元件檢測(cè)到系統(tǒng)壓力的變化，經(jīng)與指令壓力比較，通過比例伺服元件使系統(tǒng)壓力迅速恢復(fù)到所要求的控制
壓力；另一方面由于動(dòng)板帶動(dòng)磨削接觸輪下移，導(dǎo)致砂帶磨削深度增加，磨削力增大，即4
> -Fw ,又迫使動(dòng)板上移，直至滿足4 = -Ffi平衡條件，此時(shí)由壓力氣缸輸出桿帶動(dòng)氣缸活
塞上移，使氣缸腔體內(nèi)的容積空間減小，系統(tǒng)控制壓力增加，再經(jīng)比例伺服閥的調(diào)節(jié)作用， 使系統(tǒng)控制壓力達(dá)到新的平衡。本發(fā)明的任意磨削點(diǎn)指令磨削力通過二維或三維插值運(yùn)算求取，即在被磨削工件表面幾個(gè)已知關(guān)鍵點(diǎn)處給定所需磨削力大小，然后根據(jù)已知關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)值以及給定的磨削力，通過二維(平面或平坦表面)，三維(三維曲面)坐標(biāo)插值運(yùn)算求取任意磨削點(diǎn)的磨削力。本發(fā)明的張緊輪設(shè)置在磨削砂帶的緊邊，在砂帶緊邊的導(dǎo)向輪軸上設(shè)置手動(dòng)調(diào)偏機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的特點(diǎn)是1)通過磨削力控制調(diào)節(jié)裝置對(duì)砂帶磨削裝置的磨削力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使實(shí)際磨削力按指令磨削力進(jìn)行磨削作業(yè)，保證了工件表面的磨削質(zhì)量；2)指令磨削力可編程實(shí)現(xiàn)，可針對(duì)不同磨削工件或同一工件的不同部位采用不同的磨削力進(jìn)行磨削； 3)任意磨削點(diǎn)的磨削力可根據(jù)給定的被磨削表面幾個(gè)已知關(guān)鍵點(diǎn)磨削力大小，通過二維或三維插值運(yùn)算求取，各磨削點(diǎn)磨削力過渡平滑，不會(huì)產(chǎn)生磨削力突變現(xiàn)象。


圖1為本發(fā)明控制裝置的控制原理圖。圖2為本發(fā)明磨削裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明磨削裝置磨削力分析簡(jiǎn)圖。圖中1基板，2動(dòng)板，3張緊輪，4導(dǎo)向輪(1)，5導(dǎo)向輪(2)，6導(dǎo)向輪(3)，7導(dǎo)向輪 (4)，8導(dǎo)向輪(5)，9接觸輪，10驅(qū)動(dòng)輪，11驅(qū)動(dòng)電機(jī)，12下連桿，13補(bǔ)償彈簧，14砂帶，15 上連桿，16張緊彈簧，17張緊氣缸，18壓力氣缸。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的砂帶磨削裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)11、基板1、動(dòng)板2、磨削輪系及砂帶14、磨削力控制裝置、壓力氣缸18、補(bǔ)償彈簧13和砂帶張緊機(jī)構(gòu)組成；磨削輪系包含有驅(qū)動(dòng)輪10、張緊輪3、接觸輪9以及若干導(dǎo)向輪；驅(qū)動(dòng)電機(jī)11和驅(qū)動(dòng)輪10固定于基板1，接觸輪9、張緊輪 3固定于動(dòng)板2 ；動(dòng)板2與基板1是通過等長(zhǎng)的上連桿和下連桿所構(gòu)成的平行四連桿機(jī)構(gòu)的鉸鏈連接；壓力氣缸18固定于磨削裝置的基板1上方，補(bǔ)償彈簧13 —段固聯(lián)于基板1，一段固聯(lián)于動(dòng)板2 ；其中的磨削力控制裝置由控制系統(tǒng)、比較單元、比例伺服元件、壓力氣缸 18、磨削裝置以及檢測(cè)單元組成；由檢測(cè)單元所檢測(cè)的實(shí)際磨削力經(jīng)比較單元與控制系統(tǒng)發(fā)出的指令磨削力進(jìn)行比較，將其差值轉(zhuǎn)換為控制電流或電壓經(jīng)比例伺服元件進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，直至壓力氣缸18控制的實(shí)際磨削力等于指令磨削力來驅(qū)動(dòng)磨削裝置進(jìn)行磨削作業(yè)本發(fā)明的磨削力控制裝置是按照下式實(shí)現(xiàn)磨削力的平衡
F +F ‘ COS^=Fsl-Fb
式中，F(xiàn) 為壓力氣缸18控制壓力；、為補(bǔ)償氣彈簧13力；Fil為動(dòng)板2系統(tǒng)重力為磨削力4為補(bǔ)償氣彈簧13與垂直軸的夾角。由于磨削過程動(dòng)板2相對(duì)于基板1屬微量移動(dòng)調(diào)節(jié)，因而可將補(bǔ)償氣彈簧13力視為常量，并可設(shè)置使之滿足
F^ =F^ / cos θ
則
即磨削力等于系統(tǒng)控制力，其方向與系統(tǒng)控制力方向相反。在上述平衡條件下，若磨削輪9驅(qū)動(dòng)的砂帶14磨削量較小，導(dǎo)致實(shí)際磨削力小于
系統(tǒng)控制力，即4 <_% ,此時(shí)磨削裝置在系統(tǒng)控制力作用下，由壓力氣缸18的輸出桿驅(qū)動(dòng)
著的動(dòng)板2并推動(dòng)著磨削輪9向下移動(dòng)。隨著動(dòng)板2的向下移動(dòng)，一方面使壓力氣缸18腔體內(nèi)的容積空間加大，導(dǎo)致氣缸18腔體內(nèi)的壓力減小，在氣動(dòng)控制回路中的壓力檢測(cè)元件檢測(cè)到系統(tǒng)壓力的變化，經(jīng)與指令壓力比較，通過比例伺服元件使系統(tǒng)壓力迅速恢復(fù)到所要求的控制壓力；另一方面由于動(dòng)板2帶動(dòng)磨削輪9下移，導(dǎo)致砂帶14磨削深度增加，磨削
力增大，即、> -Fe，又迫使動(dòng)板2上移，直至滿足Fe 平衡條件，此時(shí)由壓力氣缸18
輸出桿帶動(dòng)氣缸活塞上移，使氣缸18腔體內(nèi)的容積空間減小，系統(tǒng)控制壓力增加，再經(jīng)比例伺服閥的調(diào)節(jié)作用，使控制壓力達(dá)到新的平衡。本發(fā)明的任意磨削點(diǎn)的指令磨削力通過二維或三維插值運(yùn)算求取，即在被磨削工件表面幾個(gè)已知關(guān)鍵點(diǎn)處給定所需磨削力大小，然后根據(jù)已知關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)值以及給定的磨削力，通過二維(平面或平坦表面)，三維(三維曲面)坐標(biāo)插值運(yùn)算求取任意磨削點(diǎn)的磨削力。本發(fā)明的磨削輪系中的驅(qū)動(dòng)輪10、導(dǎo)向輪(1)4和導(dǎo)向輪(2) 5設(shè)置于基板1，壓力輪9、張緊輪3以及導(dǎo)向輪(3)6、導(dǎo)向輪(4) 7、導(dǎo)向輪(5) 8設(shè)置于動(dòng)板2上；導(dǎo)向輪(1) 4和導(dǎo)向輪(2)5的設(shè)置使砂帶14在主動(dòng)輪上的包角盡可能大，避免砂帶14在主動(dòng)輪上打滑；同樣導(dǎo)向輪(3)6和導(dǎo)向輪(5)8的設(shè)置使砂帶14在接觸輪上的包角盡可能大，避免砂帶14在接觸輪上打滑；導(dǎo)向輪(2)5和導(dǎo)向輪(3)6支撐的砂帶14部分以及張緊輪3和導(dǎo)向輪(4)7所支撐的砂帶14部分基本平行，保證了動(dòng)板2相對(duì)于基板1移動(dòng)時(shí)，砂帶14的總長(zhǎng)度保持不變。
本發(fā)明的張緊輪3設(shè)置在磨削砂帶14的緊邊；為了糾正砂帶14跑偏，在砂帶緊邊的導(dǎo)向輪(4)7軸上設(shè)置了手動(dòng)調(diào)偏機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的砂帶張緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在磨削裝置的動(dòng)板2上，由張緊輪3、轉(zhuǎn)動(dòng)桿、張緊氣缸17和張緊彈簧16組成，通過給單向張緊氣缸17通氣，氣缸輸出桿克服張緊彈簧16力伸出，推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿通過張緊輪3使砂帶14張緊；當(dāng)使張緊氣缸17排氣后，由張緊彈簧16的回復(fù)力拉動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿，通過張緊輪3將砂帶14松開。
權(quán)利要求
1.一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，所述的砂帶磨削裝置由控制系統(tǒng)、比較單元、比例伺服元件、壓力缸、磨削裝置以及檢測(cè)單元組成；由檢測(cè)單元所檢測(cè)的實(shí)際磨削力經(jīng)比較單元與控制系統(tǒng)發(fā)出的指令磨削力進(jìn)行比較，將其差值轉(zhuǎn)換為控制電流或電壓經(jīng)比例伺服元件進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，直至壓力缸控制的實(shí)際磨削力等于指令磨削力來驅(qū)動(dòng)磨削裝置進(jìn)行磨削作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，所述砂帶磨削裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、基板、動(dòng)板、磨削輪系及砂帶、磨削力控制裝置、壓力氣缸、補(bǔ)償彈簧和砂帶張緊機(jī)構(gòu)組成；磨削輪系包含有驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪、接觸輪以及若干導(dǎo)向輪；驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪固定于基板，接觸輪、張緊輪固定于動(dòng)板；動(dòng)板與基板是通過兩根等長(zhǎng)連桿所構(gòu)成的平行四連桿機(jī)構(gòu)的鉸鏈連接；壓力氣缸固定于磨削裝置的基板上方，補(bǔ)償彈簧一段固聯(lián)于基板，一段固聯(lián)于動(dòng)板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，磨削力控制裝置是按照下式實(shí)現(xiàn)磨削力的平衡
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，其任意磨削點(diǎn)的指令磨削力通過二維或三維插值運(yùn)算求取，即在被磨削工件表面幾個(gè)已知關(guān)鍵點(diǎn)處給定所需磨削力大小，然后根據(jù)已知關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)值以及給定的磨削力，通過二維(平面或平坦表面)，三維(三維曲面)坐標(biāo)插值運(yùn)算求取任意磨削點(diǎn)的磨削力。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置，其特征在于，張緊輪設(shè)置在磨削砂帶的緊邊 ，在砂帶緊邊的導(dǎo)向輪軸上設(shè)置手動(dòng)調(diào)偏機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可編程磨削力控制的砂帶磨削裝置。所述的砂帶磨削裝置由控制系統(tǒng)、比較單元、比例伺服元件、壓力缸、磨削裝置以及檢測(cè)單元組成；由檢測(cè)單元所檢測(cè)的實(shí)際磨削力經(jīng)比較單元與控制系統(tǒng)發(fā)出的指令磨削力進(jìn)行比較，將其差值轉(zhuǎn)換為控制電流或電壓經(jīng)比例伺服元件進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，直至壓力缸控制的實(shí)際磨削力等于指令磨削力來驅(qū)動(dòng)磨削裝置進(jìn)行磨削作業(yè)。本發(fā)明的特點(diǎn)是1)通過磨削力控制調(diào)節(jié)裝置對(duì)砂帶磨削裝置的磨削力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使實(shí)際磨削力按指令磨削力進(jìn)行磨削作業(yè)，保證了工件表面的磨削質(zhì)量；2)指令磨削力可編程實(shí)現(xiàn)，可針對(duì)不同磨削工件或同一工件的不同部位采用不同的磨削力進(jìn)行磨削；3)任意磨削點(diǎn)的磨削力可根據(jù)給定的被磨削表面幾個(gè)已知關(guān)鍵點(diǎn)磨削力大小，通過二維或三維插值運(yùn)算求取，各磨削點(diǎn)磨削力過渡平滑，不會(huì)產(chǎn)生磨削力突變現(xiàn)象。
文檔編號(hào)B24B21/18GK102294640SQ20111023133
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者王隆太, 項(xiàng)余建 申請(qǐng)人:揚(yáng)州智科光機(jī)電技術(shù)開發(fā)中心有限公司