[发明专利]高精度数控内圆磨机床

说明书

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，具体提供一种高精度数控内圆磨机床。

背景技术

在数控内圆磨设备设计上，目前磨削轴系安排有主轴磨头旋转，主轴轴向(即Z向)、径向(即X向)位移不动，而工件轴旋转并且轴向(即Z向)、径向(即X向)位移进给。在测量控制系统上，目前采用人工测量或光栅测量反馈。

主轴轴向、径向位移不动而工件轴旋转并且轴向、径向位移进给有如下不足之处：主轴上砂轮磨削时，砂轮尺寸变化影响加工精度，并需要控制主轴上的砂轮摆动的锥度。同样工件轴既有旋转又有轴向和径向运动，需要控制三维方向运动精度。在轴系安排上，需要对工件轴和主轴都进行位移及旋转精度控制。这样主轴和工件轴的精度调整复杂，两轴的精度调整控制困难，对机床相关部件的加工精度和装配精度要求更高，从而增加了机床部件的加工难度。

人工测量反馈的不足之处：测量人员的技能和方法受到人的素质和情绪的限制，再者反馈不及时或因反馈信息不正确导致精度控制调整错误，不利于加工精度的控制。而光栅测量控制的不足之处：光栅测量受机床环境限制，光栅尺容易受环境污染，对机床安装和使用环境提出较高要求，从而相对的质量成本相对较高，投入较大。

发明内容

本发明创造的目的在于提供一种简单但高精度控制的磨床轴系安排，加工精度和装配调整精度控制简单，自动测量反馈闭环控制的机床设备技术。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

高精度数控内圆磨机床，包括床身、设置在所述床身上的机床轴系、伺服给进系统、主动力装置系统、定位装置及电气控制器系统、自动测量反馈控制系统，其特征在于该机床轴系为主轴磨头旋转并且主轴轴向（即Z向）、径向（即X向）位移进给，而工件轴旋转且工件轴Y向锥度控制，Z向、X向进给不动，自动测量反馈控制系统为自动测量闭环控制系统，所述机床轴系安排包括：

主轴三维运动控制装置：用于控制磨床内磨砂轮的修整、磨削进给运动控制；

和工件轴运动控制装置：用于工件轴旋转及Y向摆动锥度调整控制；

和工件自动测量闭环控制系统装置：用于磨削工件的测量及机床加工精度自动控制。

所述主轴三维运动控制装置包括

一个与床身相连的磨头滑座机构，通过伺服进给油缸驱动磨头滑座在床身导轨上滑动，实现磨头滑座与床身形成Z向位移，进而实现内磨砂轮相对工件的Z向位移；

一个与磨头滑座相连的磨头横向滑座机构，通过伺服电机驱动磨头横向滑座在磨头滑座导轨上滑动，实现横向磨头滑座与磨头滑座形成X向位移，进而实现内磨砂轮相对工件的X向位移进给（最小进给量为0.0001mm）；

一个与磨头横向滑座固联的磨头，用于安装砂轮主轴；

一个与磨头固联的砂轮主轴，用于实现内磨砂轮高速旋转，进而实现内磨砂轮切削工件内壁；

以及与砂轮主轴固联的内磨砂轮，为切削工件的刀具。

所述工件轴运动控制装置包括

一个与床身固联的头架底板，用于支撑安装工件的头架；

一个与头架底板固联的头架机构，由动静压轴承支撑安装工件轴机构（距端面200mm处径向跳动为0.001mm），并由伺服电机驱动头架实现绕Y轴微动，进而实现工件与内磨砂轮的Y向摆动锥度调整；

一个与头架相连的工件轴机构，由电机驱动工件轴绕Z轴旋转，进而实现工件相对于内磨砂轮的旋转；

以及与工件轴固联的油缸卡盘，用于自动装夹工件。

所述工件自动测量闭环控制系统装置包括

一组自动测量测头，一个自动送料检测机构，一个闭环控制系统。

应用本内圆磨机床进行工件磨削的加工方法包含以下步骤：

A、        自动上料步骤，由自动送料机构，将工件通过管道送至机床油缸卡盘，通过油缸顶出油缸卡盘卡爪，实现夹紧工件。

B、         磨削步骤，首先砂轮主轴启动，实现内磨砂轮高速旋转；然后通过伺服油缸控制，实现磨削Z向进给；最后伺服电机通过伺服控制，控制磨头横向滑座位移实现内磨砂轮的磨削X向进给。

C、        自动出料步骤，油缸卡盘退回，松开油缸卡盘，从而松开已磨好的工件，通过自动送料机构，将工件送至检测工位。

D、        自动测量反馈步骤，工件由自动送料机构送到检测工位，由自动测量装置测量尺寸，并由反馈系统反馈给磨床主机控制系统，主机控制系统根据测量结果自动调整伺服电机X向和Y向进给，从而实现自动控制。