凸轮非圆磨削的自动定位及在线测量方法和装置
专利汇可以提供凸轮非圆磨削的自动定位及在线测量方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 凸轮 非圆磨削的自动 定位 及在线测量方法和装置。此方法利用数控非圆磨床C轴、X轴的高 精度 运动性能及其 位置 测量装置返回的位置数据，通过凸轮非圆磨削运动模型控制 砂轮 架X轴 跟踪 头架 C轴，保持径向位移 传感器 的测头与 工件 接触 ，以砂轮架的运动弥补径向传感器量程的不足。按时间序列采集机床C轴和X轴的坐标值以及径向位移传感器的读数，对这三组数据采用“敏感点法”遵循“最小条件”原则进行处理，即可得到最优的凸轮加工零位以及准确的凸轮轮廓误差。本发明大大降低了对径向位移传感器量程的要求，使测量装置结构紧凑，便于在线测量与自动定位，保证了凸轮非圆磨削的加工效率及加工精度。，下面是凸轮非圆磨削的自动定位及在线测量方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种凸轮非圆磨削自动定位及在线测量方法，其特征在于利用数控非圆磨床C轴、X轴 的高精度运动性能及其位置测量装置返回的位置数据，通过凸轮非圆磨削运动模型控制 砂轮架X轴跟踪头架C轴，保持径向位移传感器的测头与工件接触，以砂轮架的运动弥 补径向传感器量程的不足；按时间序列采集机床C轴和X轴的坐标值以及径向位移传感 器的读数，对这三组数据采用“敏感点法”遵循“最小条件”原则进行处理，得到最优 的凸轮加工零位以及准确的凸轮轮廓误差。其操作步骤为：
a.根据凸轮轮廓参数，设定凸轮几何参数r、rg、rs、Hi、H(θi)；并且初始化常量N、 K；其中：r为凸轮(1)的基圆半径，rg为滚子(6)的半径，rs为砂轮(5)的半 径，Hi为升程值，H(θi)为升程函数；N是被测面上的被测点数，K是径向位移传 感器测头的机械安装常数；
b.计算测量时与凸轮升程角θi对应的凸轮工件C轴和砂轮架X轴的运动坐标和
c.根据求得的和编写测量程序以模拟磨削加工时的C轴—X轴联动；
d.砂轮架沿Z轴纵向运动到测量工位，由可编程逻辑控制器PLC控制旋转汽缸翻转放 下测量头；
e.运行测量程序，可编程逻辑控制器PLC分别从C轴、X轴光栅以及径向位移传感器 中，采集坐标值Ci、X′i以及径向位移读数δi，直至程序结束；
f.测量结束，将Ci、X′i、δi由通讯接口上传至上位机，再采用“敏感点法”遵循“最 小条件”原则进行处理，即可得到最优的凸轮加工零点以及准确的凸轮轮廓的加工 误差。
2.根据权利要求1所述的凸轮非圆磨削的自动定位及在线测量方法，其特征在于所述步骤2) 的计算：测量时确定与凸轮升程角θi对应的凸轮工件C轴和砂轮架X轴的运动坐标和 的方法如下：
a.求出凸轮型面上测量点对应的凸轮升程角θi：
b.求出与凸轮升程角θi对应的凸轮转角(C轴运动坐标)：
c.与凸轮升程角θi对应砂轮架X轴的运动坐标
3.一种根据权利要求1所述凸轮非圆磨削的自动定位及在线测量方法用的装置，包括一个 连接上位机的径向位移传感器(3)特征在于：
a.所述径向位移传感器(3)固定于一个汽缸(2)上，所述旋转汽缸(2)由所述数控 磨床的可编程逻辑控制器PLC控制旋转，从而带动所述位移传感器(3)在测量时放 下，磨削时收起；
b.所述旋转汽缸(2)固定安装在砂轮架(4)上，必须保证所述位移传感器(3)测量 头的中心与凸轮(1)回转中心等高。
技术领域
背景技术
发明内容
为达到上述目的，本发明的构思是：充分利用数控非圆磨床C轴、X轴的高精度运动性 能以及其位置测量系统(由于非圆磨床定位精度要求很高，一般采用圆光栅和直线光栅)返 回的位置数据：通过凸轮非圆磨削模型控制砂轮架X轴跟随头架C轴运动，保持径向位移传 感器的测头与工件接触，以砂轮架的运动弥补径向传感器量程的不足。在测量过程中，按时 间序列采集机床C轴和X轴的坐标值以及径向位移传感器的读数。测量过程结束后，对这三 组数据按照“敏感点法”遵循“最小条件”原则进行处理，即可得到的最优的凸轮加工零位 以及准确的凸轮轮廓误差。这样大大降低了对径向位移传感器的量程要求，使测量装置结构 紧凑，有利于在线测量与自动定位，以实现凸轮设计基准、加工基准、测量基准的统一。
根据上述发明构思，本发明采下述技术方案：
一种凸轮非圆磨削自动定位及在线测量方法，其特征在于操作步骤为：
1)根据凸轮轮廓参数，设定凸轮几何参数r、rg、rs、Hi、H(θi)；并且初始化常量N、K。 其中：r为凸轮(1)的基圆半径，rg为滚子(6)的半径，rs为砂轮(5)的半径，Hi 为升程值，H(θi)为升程函数；N是被测面上的被测点数，K是径向位移传感器测头 的机械安装常数；
2)计算测量时与凸轮升程角θi对应的凸轮工件C轴和砂轮架X轴的运动坐标和
3)根据求得的和编写测量程序以模拟磨削加工时的C轴—X轴联动；
4)砂轮架沿Z轴纵向运动到测量工位，由PLC(可编程逻辑控制器)控制旋转汽缸翻转 放下测量头；
5)运行测量程序，PLC(可编程逻辑控制器)分别从C轴、X轴光栅以及径向位移传感 器中，采集坐标值Ci、X′i以及径向位移读数δi，直至程序结束；
6)测量结束，将Ci、X′i、δi由通讯接口上传至上位机，再采用“敏感点法”遵循“最 小条件”原则进行处理，即可得到最优的凸轮加工零点以及准确的凸轮轮廓的加工误 差。
上述步骤2)的计算用于确定测量时与凸轮升程角θi对应的凸轮工件C轴和砂轮架X轴 的运动坐标和其方法如下：
1)求出凸轮型面上测量点对应的凸轮升程角θi：
2)求出与凸轮升程角θi对应的凸轮转角(C轴运动坐标)：
3)与凸轮升程角θi对应砂轮架X轴的运动坐标
本发明所用测量装置，包括一个连接上位机的径向位移传感器。其特征在于：
1)所述径向位移传感器固定于一个汽缸上，所述旋转汽缸由所述数控磨床的可编程逻辑控 制器PLC控制旋转，从而带动所述位移传感器在测量时放下，磨削时收起；
2)所述旋转汽缸固定安装在砂轮架上，必须保证所述位移传感器测量头的中心与凸轮回转 中心等高。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明以 砂轮架的运动弥补径向位移传感器量程的不足，大大降低了对径向位移传感器的量程要求； 采用在线测量采集机床C轴和X轴的坐标值及径向位移传感器的读数，按照“敏感点法”遵 循“最小条件”原理进行处理，即得到最优的凸轮加工零位及准确的凸轮轮廓误差，有利实 现在线测量与自动定位。本发明的测两装置结构简单、紧凑，有利于推广应用。
附图说明
图1凸轮非圆磨削示意图。
图2是本发明中所述磨削加工时测量装置所处位置图(加工工位)。
图3是本发明中所述测量过程示意图(测量工位)。
图4是本发明中所述测量方法的操作流程图。
图5是测量装置在砂轮架上的安装位置示意图(图测量头已放下，处于测量状态)。
具体实施方式
参见图2、图3和图5，本凸轮非圆磨削的自动定位及在线测量装置包括一个连接上位机 的径向位移传感器3，该径向位移传感器3固定于一个旋转汽缸2上，所述旋转汽缸2由所 述数控磨床的可编程逻辑控制器PLC控制旋转，由旋转汽缸2带动所述位移传感器在测量时 放下(如图3所示)，磨削时收起(如图2所示)。旋转汽缸2固定安装在砂轮架4上，必须 保证位移传感器测量头的中心与凸轮1的回转中心等高。
参见图1和图4，本凸轮非圆磨削的自动定位及在线测量方法是：
首先人工确定一个初始凸轮零点。人工找零的误差ε应控制在一定范围之内，具体要求 由所选径向位移传感器的量程S与所测凸轮的最大升程变化率的比值决定，一般 如果需要测量几个系列不同型号的凸轮，则应该选取所有凸轮 中最大值的来确定对人工找零误差ε的要求。例如，在所有凸轮中最大的 而根据机床可提供的空间选定径向位移传感器的量程为±15mm，则ε 应控制在±3.725°内。
另外为了获取完整的凸轮径向位移信息，还需要预先确定凸轮径向参数Li＝Xi+K+δi 中的机械安装常数K，其数值与径向位移传感器测头的安装位置有关。可利用一个半径己知 的标准圆形工件，将K计算出来。
测量时，使砂轮架沿如附图3中所示Z轴导轨运动到测量工位：将砂轮的位置让出，才 用PLC(可编程逻辑控制器)控制汽缸将测量头翻转放下，并由机械保证球形测量头的球心 与头架C轴的回转中心等高、测量臂轴线与砂轮架导轨X轴平行。在自动定位前，先由人工 粗略地确定凸轮的零位。计算测量时与凸轮升程角θi对应的凸轮工件C轴和砂轮架X轴的运 动坐标和的方法：
1)求出凸轮型面上测量点对应的凸轮升程角θi：
2)求出与凸轮升程角θi对应的凸轮转角(C轴运动坐标)：
3)与凸轮升程角θi对应砂轮架X轴的运动坐标：
其中，为凸轮升程角θi处的凸轮转角；Xi为凸轮升程角θi处砂轮中心位置；为凸 轮升程角θi处测量头球心位置；K是径向位移传感器测头的机械安装常数，以保证能够容纳 测量装置；N是被测面上的被测点数。r为基圆半径，rg为滚子半径，rs为砂轮半径，Hi为 升程值，H(θi)为升程函数，∠O1OO2为滚子中心到凸轮基圆圆心连线和砂轮中心到凸轮基 圆圆心连线的夹角，∠OO1M与∠OO2M见附图1，其中OM为凸轮基圆中心O与滚子中心O1 连线OO1的垂线。
然后，根据计算结果编写测量程序。并使砂轮架沿Z轴纵向运动到测量工位，由可编程逻辑 控制器PLC控制旋转汽缸翻转放下测量头。运行测量程序，可编程逻辑控制器PLC同时分 别从C轴、X轴光栅以及径向位移传感器中，采集坐标值Ci、X′i以及径向位移读数δi，直 至程序结束后将Ci、X′i、δi由通讯接口上传至上位机，由此凸轮轮廓零点定位以及轮廓测 量所需的原始数据Ci、Li都可以得到，其中凸轮径向参数Li＝Xi+K+δi＝X′i+δi。最后再 采用“敏感点法”遵循“最小条件”原则进行处理，即可得到最优的凸轮加工零点以及准确 的凸轮轮廓的加工误差。
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