專利名稱：：帶傾角杯狀在線砂輪修整器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種對非球面加工砂輪，尤其是涉及一種具有在線檢測功能的帶傾角杯狀砂輪修整器。技術(shù)背景目前，光學(xué)材料的磨削加工通常采用金剛石砂輪。用于磨削非球面的金剛石砂輪根據(jù)其外周截面形狀的不同，可分為平面砂輪、斜面(圓臺)砂輪、圓弧砂輪和球形砂輪四種。磨削加工不僅要求磨削精度，而且同時(shí)要求磨削效率，砂輪作為磨削的關(guān)鍵部件，除了其本身的結(jié)構(gòu)外，其加工表面的修形方法也是影響砂輪磨削性能的重要因素。修形的目的是消除砂輪的形狀誤差和表面缺陷，使砂輪具有準(zhǔn)確的幾何形狀精度，以免在磨削中產(chǎn)生振動，引起不平坦不均等的切削。因此對任意一臺磨床，砂輪修形的質(zhì)量的高低直接影響著零件的加工精度，它是超精密磨削加工中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如今，超硬超微粒金剛石砂輪的精密修形技術(shù)己得到了各國的工藝專家的高度重視，并已發(fā)展出多種實(shí)用方法。為了達(dá)到高精度非球面鏡片的加工精度要求，選擇金剛石砂輪的修形方式將直接影響到工件的加工精度及表面質(zhì)量。表1列舉了幾種常用的金剛石砂輪的修形方式。對比表1中各種修形方式所能達(dá)到的形狀精度、表面粗糙度及修形效率等指標(biāo)，可以得到對于具有高精度要求的金剛石砂輪。表1金剛石砂輪的修形方式比較<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>激光修形作為一種非接觸修形法，避開力的作用和硬接觸，基于熱的熔化和氣化機(jī)理，無疑是很有發(fā)展前途的修形技術(shù)，但需進(jìn)一步深入開展多方位研究，同時(shí)采用激光修形超硬磨料砂輪時(shí)，也存在著許多問題。如果激光修銳參數(shù)不當(dāng)，結(jié)合劑及磨料將同時(shí)被去除，砂輪表面因出現(xiàn)深溝而遭到破壞，而且受激光光斑直徑的影響以及金剛石磨料的碳化現(xiàn)象，激光修形方法不適應(yīng)細(xì)粒度金剛石砂輪的修銳。以目前的技術(shù)成熟程度來看，采用杯狀砂輪修整器進(jìn)行修形、修銳是比較理想的工作方式，其綜合性能最佳(參見文獻(xiàn)Y.Keunieda，H.Matsuura，S.Kodama,N.Yoshihara,J.Yan，T.Kuriyagawa.DevelopmentofNewLaserConditioningMethodforMicroAsphericalGrinding,ProceedingofConferenceonJspe.2006，499)。杯狀砂輪修形法的修形機(jī)理如下在修形過程中，從杯狀砂輪上脫落下來的磨粒對金剛石磨粒和結(jié)合劑的沖擊以及研磨作用產(chǎn)生修形效果。脫落下來的磨粒越大，修形效率越高，而金剛石表面越粗糙。由于依靠從杯狀砂輪上脫落磨料與金剛石砂輪的研磨作用，因此對密實(shí)型金剛石砂輪修形時(shí)，即可整形，也可同時(shí)修銳，但修形工具耗損嚴(yán)重。由于整形時(shí)的阻力很小，因此可獲得較高的整形精度。采用杯狀砂輪修整器修形超硬磨料成形砂輪，其修形效率和修形精度都比傳統(tǒng)的成形砂輪修形方法要高(參見文獻(xiàn)1、W丄ing,H.Omori,T.Yamada,etal.StudiesonmanufactureoflongdimensionXradialmirror[C].ProceedingsofJspe,2000,(10):296;2、莊司克雄，周立波，唐建設(shè).超硬磨料砂輪的整形和修銳，制造技術(shù)與機(jī)床[J],1993(5):14—18)。但杯狀砂輪的修形機(jī)理主要依賴于磨料對結(jié)合劑的研蝕去除作用，這樣就造成砂輪修整器的損耗較大，需用較復(fù)雜的專用修形裝置，同時(shí)很難實(shí)現(xiàn)砂輪的在線修形，這些因素限制了它在精密及超精密磨削中的使用范圍。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的砂輪修整中有關(guān)精度和修形質(zhì)量存在的上述問題，提供一種具有在線檢測功能的帶傾角杯狀在線砂輪修整器。本發(fā)明包括數(shù)控系統(tǒng)和砂輪修整器兩部分。數(shù)控系統(tǒng)設(shè)有工控機(jī)、運(yùn)動控制器、第1電機(jī)驅(qū)動器、第2電機(jī)驅(qū)動器、第3電機(jī)驅(qū)動器和傳感器接口電路。運(yùn)動控制器插入工控機(jī)的PCI插槽中，運(yùn)動控制器的接口電路分別與第1電機(jī)驅(qū)動器、第2電機(jī)驅(qū)動器和第3電機(jī)驅(qū)動器輸入端連接。砂輪修整器設(shè)有修整砂輪、砂輪接盤、主軸帶輪箱、主軸、第1詞服電機(jī)、第1傳動機(jī)構(gòu)、第2詞服電機(jī)、第2傳動機(jī)構(gòu)、第3飼服電機(jī)、第3傳動機(jī)構(gòu)、底座、擺臂支座、擺臂轉(zhuǎn)軸、傳感器、傳感器支架和擺臂，第2傳動機(jī)構(gòu)設(shè)有滑塊和絲杠。修整砂輪設(shè)于砂輪接盤上，砂輪接盤安裝在主軸上，主軸與主軸帶輪箱通過軸承聯(lián)接，第l伺服電機(jī)與第l電機(jī)驅(qū)動器連接，第1伺服電機(jī)經(jīng)第1傳動機(jī)構(gòu)接主軸并帶動修整砂輪轉(zhuǎn)動。第2伺服電機(jī)與第2電機(jī)驅(qū)動器連接，并通過絲杠驅(qū)動滑塊運(yùn)動，從而帶動主軸帶輪箱的上下移動。第3伺服電機(jī)與第3電機(jī)驅(qū)動器連接，第3伺服電機(jī)經(jīng)第3傳動機(jī)構(gòu)接擺臂轉(zhuǎn)軸并帶動擺臂擺動。擺臂支座安裝于底座上，擺臂支座通過軸承與擺臂轉(zhuǎn)軸聯(lián)接，擺臂轉(zhuǎn)軸與擺臂之間過盈配合。主軸帶輪箱位于擺臂內(nèi)部，主軸帶輪箱的側(cè)面通過導(dǎo)軌與擺臂側(cè)面聯(lián)接，主軸帶輪箱的底面通過滑塊與擺臂底面聯(lián)接。傳感器支架安裝在擺臂上，可隨擺臂一起擺動。傳感器安裝在傳感器支架上，傳感器經(jīng)傳感器接口電路與工控機(jī)連接，傳感器的高度位于擺臂轉(zhuǎn)軸的擺動中心線下方，在擺動范圍內(nèi)可以測量到整個(gè)砂輪表面的面形。修整砂輪最好為無傾角杯狀砂輪。修整砂輪可通過環(huán)氧樹脂粘在砂輪接盤上。擺臂的擺角調(diào)節(jié)范圍最好為-1515°。主軸帶輪箱傾角最好為10°。主軸帶輪箱高度調(diào)節(jié)范圍最好為040ram。傳感器最好采用激光位移傳感器。杯狀砂輪修整器的傳動方式為圓弧齒形同步帶傳動，杯狀砂輪修整器對圓弧金剛石砂輪進(jìn)行修形的運(yùn)動關(guān)系為砂輪旋轉(zhuǎn)+修整器擺動+修整器進(jìn)給運(yùn)動+修整器往復(fù)送進(jìn)運(yùn)動。杯狀砂輪修整器在對圓弧金剛石砂輪進(jìn)行砂輪修整時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)主軸帶輪箱的高度使被修整的圓弧砂輪圓弧部分半徑的中心線與擺臂轉(zhuǎn)軸的擺動中心線在同一直線上。工控機(jī)中可采用砂輪在線修整軟件。使用時(shí)，底座安裝于磨床工作臺上。本發(fā)明所提供的帶傾角杯狀在線砂輪修整器能實(shí)現(xiàn)修整砂輪相對于金剛石砂輪的前后左右和上下移動，并且具有在線檢測并進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)墓δ?，可有效地提高修整精度和修整效率。因此本發(fā)明能精確修整用于磨削非球面的圓弧和球形金剛石砂輪，另外本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、體小質(zhì)輕、功能強(qiáng)大和編程靈活等優(yōu)點(diǎn)。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)原理圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)主視剖面示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的修整運(yùn)動原理圖。以下給出圖15中的各主要配件的代號1激光位移傳感器，2金剛石砂輪，3修整砂輪，4砂輪接盤，5第1飼服電機(jī)，6主軸，7軸承，8第1傳動機(jī)構(gòu)，9主軸帶輪箱，10絲杠，11傳感器支架，12擺臂轉(zhuǎn)軸，13第3傳動機(jī)構(gòu)，14軸承，15擺臂，16擺臂支座，17滑塊，18第2飼服電機(jī)，19底座，20導(dǎo)軌，21第3飼服電機(jī)；A砂輪在線修整軟件，B工控機(jī)，C運(yùn)動控制器，D傳感器接口電路，E第1電機(jī)驅(qū)動器，F(xiàn)第2電機(jī)驅(qū)動器，G第3電機(jī)驅(qū)動器。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。參照圖1，工控機(jī)B通過PCI總線與運(yùn)動控制器C相連，運(yùn)動控制器C經(jīng)其接口電路分別與第1電機(jī)驅(qū)動器E、第2電機(jī)驅(qū)動器F和第3電機(jī)驅(qū)動器G輸入端相連，由第1電機(jī)驅(qū)動器E、第2電機(jī)驅(qū)動器F和第3電機(jī)驅(qū)動器G輸出端分別驅(qū)動第1飼服電機(jī)5、第2詞服電機(jī)18和第3詞服電機(jī)21。工控機(jī)B經(jīng)傳感器接口電路D與傳感器1相連。在砂輪修整過程中，由工控機(jī)端軟件A對運(yùn)動控制器C進(jìn)行控制，運(yùn)動控制器C控制第1電機(jī)驅(qū)動器E、第2電機(jī)驅(qū)動器F和第3電機(jī)驅(qū)動器G輸出端，從而驅(qū)動第1飼服電機(jī)5、第2飼服電機(jī)18和第3詞服電機(jī)21轉(zhuǎn)動進(jìn)行修整，同時(shí)激光位移傳感器1將測量得到的數(shù)據(jù)經(jīng)傳感器接口電路D傳送給工控機(jī)B，砂輪在線修整軟件A讀取激光位移傳感器1數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，得到補(bǔ)償加工數(shù)據(jù)。參見圖14,砂輪修整器設(shè)有修整砂輪3、砂輪接盤4、主軸帶輪箱9、主軸6、軸承7、第1飼服電機(jī)5、第1傳動機(jī)構(gòu)8、第2飼服電機(jī)18、第2傳動機(jī)構(gòu)(包括絲桿10和滑塊17)、第3飼服電機(jī)21、第3傳動機(jī)構(gòu)13、軸承14、底座19、導(dǎo)軌20、擺臂支座16、擺臂轉(zhuǎn)軸12、激光位移傳感器l、傳感器支架11和擺臂15。修整砂輪3設(shè)于砂輪接盤4上，砂輪接盤4安裝在主軸6上，主軸6與主軸帶輪箱9通過軸承7聯(lián)接，第1伺服電機(jī)5與第1電機(jī)驅(qū)動器E連接，第1伺服電機(jī)5經(jīng)第1傳動機(jī)構(gòu)8接主軸6并帶動修整砂輪3轉(zhuǎn)動。第2伺服電機(jī)18與第2電機(jī)驅(qū)動器F連接，并通過絲杠10驅(qū)動滑塊17運(yùn)動，從而帶動主軸帶輪箱9的上下移動。第3伺服電機(jī)21與第3電機(jī)驅(qū)動器G連接，第3伺服電機(jī)21經(jīng)第3傳動機(jī)構(gòu)13接擺臂轉(zhuǎn)軸12并帶動擺臂15擺動。擺臂支座16安裝于底座19上，擺臂支座16通過軸承14與擺臂轉(zhuǎn)軸12聯(lián)接，擺臂轉(zhuǎn)軸12與擺臂15之間過盈配合。主軸帶輪箱9位于擺臂15內(nèi)部，主軸帶輪箱9的側(cè)面通過導(dǎo)軌20與擺臂15側(cè)面聯(lián)接，主軸帶輪箱9的底面通過滑塊17與擺臂15底面聯(lián)接。傳感器支架11安裝在擺臂15上，可隨擺臂15—起擺動。傳感器l安裝在傳感器支架ll上，傳感器1經(jīng)傳感器接口電路D與工控機(jī)B連接，傳感器1的高度位于擺臂轉(zhuǎn)軸12的擺動中心線下方，在擺動范圍內(nèi)可以測量到整個(gè)砂輪表面的面形。修整砂輪3采用無傾角杯狀砂輪，修整砂輪3通過環(huán)氧樹脂粘在砂輪接盤4上。擺臂15的擺角調(diào)節(jié)范圍為-1515°。主軸帶輪箱9傾角10。。主軸帶輪箱高度調(diào)節(jié)范圍為040mra。導(dǎo)軌采用燕尾形導(dǎo)軌。使用時(shí)，砂輪修整器的底座安裝于磨床工作臺上。圖5給出本發(fā)明實(shí)施例的帶傾角杯狀在線砂輪修整器的修整運(yùn)動原理圖。本發(fā)明的傳動方式采用圓弧齒形同步帶傳動，對圓弧金剛石砂輪2進(jìn)行修形的運(yùn)動關(guān)系砂輪旋轉(zhuǎn)+修整器擺動+修整器進(jìn)給運(yùn)動+修整器往復(fù)送進(jìn)運(yùn)動。修形過程中，被修整圓弧金剛石砂輪2繞砂輪軸旋轉(zhuǎn)，杯狀砂輪3同時(shí)進(jìn)行往復(fù)縱向送進(jìn)運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動、擺動運(yùn)動和自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，擺動運(yùn)動以擺動中心O為圓心。同時(shí)激光位移傳感器對砂輪表面進(jìn)行在線測量，將測量結(jié)果反饋給砂輪在線修整軟件用以確定是否需要補(bǔ)償加工。當(dāng)采用本發(fā)明對圓弧金剛石砂輪2進(jìn)行砂輪修整時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)主軸帶輪箱的高度使被修整的圓弧砂輪圓弧部分半徑的中心線與擺臂轉(zhuǎn)軸的擺動中心線0在同一直線上。在采用本發(fā)明對金剛石砂輪進(jìn)行修整時(shí)，砂輪修整器的底座安裝于磨床工作臺上，由于磨床工作臺可在磨床床身作x向左右運(yùn)動，金剛石砂輪可在磨床床身作z向前后運(yùn)動和y向上下運(yùn)動。因此砂輪修整器的底座本身已能實(shí)現(xiàn)相對于金剛石砂輪做x，z，y軸，即前后、左右和上下運(yùn)動，因砂輪修整器又具有擺動功能，故本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)相對于金剛石砂輪表面做三移動軸和一轉(zhuǎn)動軸即繞x軸轉(zhuǎn)動的功能。權(quán)利要求1.帶傾角杯狀在線砂輪修整器，其特征在于包括數(shù)控系統(tǒng)和砂輪修整器兩部分；數(shù)控系統(tǒng)設(shè)有工控機(jī)、運(yùn)動控制器、第1電機(jī)驅(qū)動器、第2電機(jī)驅(qū)動器、第3電機(jī)驅(qū)動器和傳感器接口電路，運(yùn)動控制器插入工控機(jī)的PCI插槽中，運(yùn)動控制器的接口電路分別與第1電機(jī)驅(qū)動器、第2電機(jī)驅(qū)動器和第3電機(jī)驅(qū)動器輸入端連接；砂輪修整器設(shè)有修整砂輪、砂輪接盤、主軸帶輪箱、主軸、第1飼服電機(jī)、第1傳動機(jī)構(gòu)、第2飼服電機(jī)、第2傳動機(jī)構(gòu)、第3飼服電機(jī)、第3傳動機(jī)構(gòu)、底座、擺臂支座、擺臂轉(zhuǎn)軸、傳感器、傳感器支架和擺臂，第2傳動機(jī)構(gòu)設(shè)有滑塊和絲杠，修整砂輪設(shè)于砂輪接盤上，砂輪接盤安裝在主軸上，主軸與主軸帶輪箱通過軸承聯(lián)接，第1伺服電機(jī)與第1電機(jī)驅(qū)動器連接，第1伺服電機(jī)經(jīng)第1傳動機(jī)構(gòu)接主軸并帶動修整砂輪轉(zhuǎn)動，第2伺服電機(jī)與第2電機(jī)驅(qū)動器連接，并通過絲杠驅(qū)動滑塊運(yùn)動，從而帶動主軸帶輪箱的上下移動，第3伺服電機(jī)與第3電機(jī)驅(qū)動器連接，第3伺服電機(jī)經(jīng)第3傳動機(jī)構(gòu)接擺臂轉(zhuǎn)軸并帶動擺臂擺動，擺臂支座安裝于底座上，擺臂支座通過軸承與擺臂轉(zhuǎn)軸聯(lián)接，擺臂轉(zhuǎn)軸與擺臂之間過盈配合，主軸帶輪箱位于擺臂內(nèi)部，主軸帶輪箱的側(cè)面通過導(dǎo)軌與擺臂側(cè)面聯(lián)接，主軸帶輪箱的底面通過滑塊與擺臂底面聯(lián)接，傳感器支架安裝在擺臂上，傳感器安裝在傳感器支架上，傳感器經(jīng)傳感器接口電路與工控機(jī)連接。2.如權(quán)利要求1所述的帶傾角杯狀在線砂輪修整器，其特征在于修整砂輪為無傾角杯狀砂輪。3.如權(quán)利要求1或2所述的帶傾角杯狀在線砂輪修整器，其特征在于修整砂輪通過環(huán)氧樹脂粘在砂輪接盤上。4.如權(quán)利要求1所述的帶傾角杯狀在線砂輪修整器，其特征在于擺臂的擺角調(diào)節(jié)范圍為-1515。。5.如權(quán)利要求1所述的帶傾角杯狀在線砂輪修整器，其特征在于主軸帶輪箱傾角為10°。6.如權(quán)利要求1所述的帶傾角杯狀在線砂輪修整器，其特征在于主軸帶輪箱高度調(diào)節(jié)范圍為040mm。7.如權(quán)利要求1所述的帶傾角杯狀在線砂輪修整器，其特征在于傳感器為激光位移傳感器。全文摘要帶傾角杯狀在線砂輪修整器，涉及一種對非球面加工砂輪。提供一種具有在線檢測功能的帶傾角杯狀在線砂輪修整器。數(shù)控系統(tǒng)設(shè)有工控機(jī)、運(yùn)動控制器、3個(gè)電機(jī)驅(qū)動器和傳感器接口電路，運(yùn)動控制器接工控機(jī)和3個(gè)電機(jī)驅(qū)動器。砂輪修整器設(shè)有修整砂輪、砂輪接盤、主軸帶輪箱、主軸、3個(gè)飼服電機(jī)、3個(gè)傳動機(jī)構(gòu)、底座、擺臂支座、擺臂轉(zhuǎn)軸、傳感器、傳感器支架和擺臂，修整砂輪設(shè)于砂輪接盤上，砂輪接盤安裝在主軸上，3個(gè)電機(jī)與3個(gè)驅(qū)動器連接，第1電機(jī)經(jīng)第1傳動機(jī)構(gòu)接主軸。第2電機(jī)驅(qū)動滑塊，第3電機(jī)經(jīng)第3傳動機(jī)構(gòu)接擺臂轉(zhuǎn)軸。擺臂支座安裝于底座上，擺臂支座接擺臂轉(zhuǎn)軸，主軸帶輪箱接擺臂，傳感器支架安裝在擺臂上，傳感器與工控機(jī)連接。文檔編號B24B53/12GK101125417SQ20071000962公開日2008年2月20日申請日期2007年9月30日優(yōu)先權(quán)日2007年9月30日發(fā)明者王振忠,江郭,郭隱彪申請人:廈門大學(xué)