專(zhuān)利名稱(chēng)：大螺距弧面螺桿棒的加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)床的零件、部件或附件，特別是指一種用于油船加油泵的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置。
背景技術(shù)：
油船在執(zhí)行工農(nóng)業(yè)以及多樣化軍事任務(wù)中，充當(dāng)著后勤保障的重要角色一油料保障。由于油船的頻繁使用，就使得油船加油泵的主要部件磨損嚴(yán)重。油船加油泵的主要部件是大螺距弧面螺桿棒，而大螺距弧面螺桿棒不僅螺距大(24 88mm)，而且螺紋的壁面是由正反兩個(gè)弧面形成。在加工大螺距弧面螺桿棒的過(guò)程中，傳統(tǒng)的方法是通過(guò)鑄造出大體的螺桿形狀，然后采用手工切削和磨，從而達(dá)到要求的精度和光潔度。雖然采用手工加工工序能夠完成對(duì)工件的加工，但手工加工工序存在著加工精度和光潔度難以保證，而且效率低下的缺陷。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于針對(duì)現(xiàn)有大螺距弧面螺桿棒加工存在的缺陷，提供一種對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改進(jìn)采用由機(jī)床拖板帶動(dòng)運(yùn)行的銑刀和弧面砂輪對(duì)由夾具固定的螺桿棒進(jìn)行大螺距弧面機(jī)械加工并配備位置檢測(cè)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置。本實(shí)用新型的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改進(jìn)，由夾具、主軸電機(jī)、弧面砂輪、頂針、光電盤(pán)、機(jī)床拖板、齒輪箱、機(jī)床絲杠、單片機(jī)、接口電路和步進(jìn)電機(jī)組成，夾具的一端與主軸電機(jī)連接另一端與裝在光電盤(pán)上的頂針相對(duì)，夾具與頂針之間為螺桿棒放置位置，機(jī)床絲杠設(shè)置于夾具與頂針中心連線的平行線上，在機(jī)床絲杠上設(shè)置垂直于夾具與頂針中心連線位于機(jī)床絲杠與螺桿棒之間的可伸縮的機(jī)床拖板，機(jī)床拖板的頂端安裝有弧面砂輪，光電盤(pán)通過(guò)線路與單片機(jī)連接，單片機(jī)再通過(guò)接口電路與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪箱連接到機(jī)床絲杠。主軸電機(jī)選用IPH5137型號(hào)的異步電機(jī)，電機(jī)額定功率15KW，額定轉(zhuǎn)速40 6300r/min ;步進(jìn)電機(jī)選用型號(hào)為130BF05A，最高空載啟動(dòng)頻率3000HZ，有載啟動(dòng)頻率1500HZ，最大靜轉(zhuǎn)矩1.8Kg . m;齒輪箱的變速比為I : I ;單片機(jī)選用型號(hào)為MCS-51系列8031 ;光電盤(pán)作為位置監(jiān)測(cè)裝置型號(hào)選用為SLEC ;弧面砂輪的弧面應(yīng)與螺桿棒的壁面相吻合，如果弧面砂輪發(fā)生磨損可以用金剛筆對(duì)砂輪進(jìn)行自動(dòng)修整；車(chē)床拖板的頂端既可以安裝弧面砂輪，也可以直接安裝切削加工的銑刀。當(dāng)本實(shí)用新型的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置進(jìn)行工作時(shí)，先將螺桿棒裝入夾具，夾緊固定的同時(shí)將光電盤(pán)上的頂針頂緊，啟動(dòng)主軸電機(jī)通過(guò)夾具帶動(dòng)螺桿棒轉(zhuǎn)動(dòng)，頂針和光電盤(pán)隨螺桿棒同步轉(zhuǎn)動(dòng)。光電盤(pán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由光電盤(pán)、光欄板、光源和光電管組成，光欄板上有幾百 幾千條透光的狹縫，內(nèi)部的光電盤(pán)置于光源和光電管之間，當(dāng)光電盤(pán)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電管把射過(guò)光電盤(pán)和光欄板的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，經(jīng)整形、放大、分頻、計(jì)數(shù)和譯碼后輸出。由于光電盤(pán)每轉(zhuǎn)發(fā)生的脈沖數(shù)不變，因此根據(jù)脈沖數(shù)即可測(cè)出被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角。光電盤(pán)裝置每轉(zhuǎn)發(fā)出5000個(gè)連續(xù)脈沖序列，脈沖序列被單片機(jī)采集并經(jīng)軟件處理后，轉(zhuǎn)換成沿主軸方向的進(jìn)給脈沖，通過(guò)接口電路，輸出給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)齒輪箱帶動(dòng)機(jī)床絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推動(dòng)裝有切削加工銑刀和弧面砂輪的機(jī)床拖板沿主軸方向運(yùn)動(dòng)，完成螺紋插補(bǔ)加工。在本實(shí)用新型的大螺距弧面螺桿棒加工裝置的加工過(guò)程中，采用數(shù)字式閉環(huán)控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，輸入信號(hào)和反饋信號(hào)在可逆計(jì)數(shù)器中進(jìn)行比較，得出誤差信號(hào)，然后誤差信號(hào)加到控制器上，促使系統(tǒng)的誤差減小，從而輸出量逐漸趨近于所希望的穩(wěn)定值。單片機(jī)程序使用MCS-51指令系統(tǒng)編程。單片機(jī)主要工作程序過(guò)程如下開(kāi)機(jī)一啟動(dòng)自檢程序一放入大螺距弧面螺桿棒加工工件后夾緊定位并啟動(dòng)主軸電機(jī)一根據(jù)工件型號(hào)設(shè)置初值，即給定刀具的起點(diǎn)位置、螺紋長(zhǎng)度和螺距一啟動(dòng)加工程序，單片機(jī)根據(jù)設(shè)置的初值發(fā)出脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)一步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并通過(guò)齒輪箱、機(jī)床絲杠帶動(dòng)刀具定位于左旋螺紋加工起點(diǎn)位置一單片機(jī)采集光電盤(pán)的脈沖序列并經(jīng)處理后，轉(zhuǎn)換成沿主軸方向的進(jìn)給脈沖一步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并通過(guò)齒輪箱、機(jī)床絲杠帶動(dòng)刀具完成左旋螺紋的加工一步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并通過(guò)齒輪箱、機(jī)床絲杠帶動(dòng)刀具退刀并定位于右旋螺紋加工起點(diǎn)位置一單片機(jī)采集光電盤(pán)的脈沖序列并經(jīng)處理后，轉(zhuǎn)換成沿主軸方向的進(jìn)給脈沖一步-進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并通過(guò)齒輪箱、機(jī)床絲杠帶動(dòng)刀具完成右旋螺紋的加工。根據(jù)螺桿棒工件精度和光潔度要求，可重復(fù)上述過(guò)程。砂輪磨損變形，可通過(guò)弧面砂輪自動(dòng)修整裝置修形，砂輪修形后，單片機(jī)控制程序能根據(jù)修形后的尺寸，自動(dòng)調(diào)整刀具起點(diǎn)位置并重復(fù)加工過(guò)程，直至達(dá)到加工工藝要求的精度和光潔度。本實(shí)用新型的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置可完成螺紋切削加工和螺旋槽側(cè)面的磨加工，整機(jī)的技術(shù)性能如下I.加工螺距 24 88 mm;2.定位精度 Z向(軸向)+0· 03 mm,-O. 01 mm ；X 向(徑向)+0. 01 mm，-0.01mm;3.光潔度▽ 6。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)就在于由于采用了由機(jī)床拖板帶動(dòng)運(yùn)行的銑刀和弧面砂輪對(duì)由夾具固定的螺桿棒進(jìn)行大螺距弧面機(jī)械加工并配備位置檢測(cè)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)，使大螺距弧面螺桿棒的加工由手工加工工序達(dá)到了采用機(jī)械化加工，使加工質(zhì)量大為提高，克服了手工加工工序的加工精度和光潔度難以保證的缺陷，不但加工質(zhì)量提高而且也大大降低了加工勞動(dòng)強(qiáng)度。由于在大螺距弧面螺桿棒的加工過(guò)程中，采用數(shù)字式閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使系統(tǒng)的誤差減小，從而輸出量逐漸趨近于所希望的穩(wěn)定值。避免了采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)無(wú)法知道步進(jìn)電機(jī)是否丟步和超步以及由于負(fù)載變化而引起的速度變化的缺點(diǎn)，滿(mǎn)足了高精度、高速度的加工要求，產(chǎn)品的合格率大大提高。因而本實(shí)用新型的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

[0016]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明；圖I是本實(shí)用新型大螺距弧面螺桿棒的加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型大螺距弧面螺桿棒的加工裝置的數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型大螺距弧面螺桿棒的加工裝置的PID (比例、積分和微分)算法控制方框示意圖；圖4是本實(shí)用新型大螺距弧面螺桿棒的加工裝置的增量式PID算法程序流程示意圖；圖5是本實(shí)用新型大螺距弧面螺桿棒的加工裝置的弧面砂輪自動(dòng)修整裝置示意圖； 圖6是本實(shí)用新型大螺距弧面螺桿棒的加工裝置的成型弧面砂輪示意圖。參照附圖，如圖I: I、夾具，2、主軸電機(jī)，3、弧面砂輪，4、頂針，5、光電盤(pán)，6、機(jī)床拖板，7、齒輪箱，8、機(jī)床絲杠，9、單片機(jī)，10、接口電路，11、步進(jìn)電機(jī)。圖中字母C表示螺桿棒，字母A為螺桿棒左旋螺紋，字母B為螺桿棒右旋螺紋。如圖5 :3_1、待修整砂輪，3-2、金剛筆。如圖6 :3、成型弧面砂輪。
具體實(shí)施方式
以下是本實(shí)用新型的實(shí)施例，本實(shí)用新型的實(shí)際使用并不局限于實(shí)施例。實(shí)施例1，大螺距弧面螺桿棒的加工裝置采用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床C6140數(shù)控車(chē)床進(jìn)行改進(jìn)。參閱附圖，如圖1，大螺距弧面螺桿棒的加工裝置由夾具I、主軸電機(jī)2、弧面砂輪3、頂針4、光電盤(pán)5、機(jī)床拖板6、齒輪箱7、機(jī)床絲杠8、單片機(jī)9、接口電路10和步進(jìn)電機(jī)11組成，夾具I的一端與主軸電機(jī)2連接另一端與裝在光電盤(pán)5上的頂針4相對(duì)，夾具I與頂針4之間為螺桿棒C放置位置，機(jī)床絲杠8設(shè)置于夾具與頂針中心連線的平行線上，在機(jī)床絲杠8上設(shè)置垂直于夾具與頂針中心連線位于機(jī)床絲杠與螺桿棒C之間的可伸縮的機(jī)床拖板6，機(jī)床拖板6的頂端安裝有弧面砂輪3 ;光電盤(pán)5通過(guò)線路與單片機(jī)9連接，單片機(jī)9再通過(guò)接口電路10與步進(jìn)電機(jī)11連接，步進(jìn)電機(jī)11帶動(dòng)齒輪箱7連接到機(jī)床絲杠8。如圖，字母A和B分別表示螺桿棒C上的左右螺旋螺紋。主軸電機(jī)選用IPH5137型號(hào)的異步電機(jī)，電機(jī)額定功率15KW，額定轉(zhuǎn)速40 6300r/min ;步進(jìn)電機(jī)選用型號(hào)為130BR)5A，最高空載啟動(dòng)頻率3000HZ，有載啟動(dòng)頻率1500HZ，最大靜轉(zhuǎn)矩I. 8Kg . m ;齒輪箱的變速比為I : I ;光電盤(pán)作為位置監(jiān)測(cè)裝置，型號(hào)選用為SLEC，每轉(zhuǎn)能發(fā)出5000個(gè)連續(xù)脈沖序列；單片機(jī)選用型號(hào)為MCS-51系列8031，單片機(jī)程序使用MCS-51指令系統(tǒng)編程；單片機(jī)主要工作程序過(guò)程如下開(kāi)機(jī)一啟動(dòng)自檢程序一放入大螺距弧面螺桿棒加工工件后夾緊定位并啟動(dòng)主軸電機(jī)一根據(jù)工件型號(hào)設(shè)置初值，即給定刀具的起點(diǎn)位置、螺紋長(zhǎng)度和螺距—啟動(dòng)加工程序，單片機(jī)根據(jù)設(shè)置的初值發(fā)出脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)一步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并通過(guò)齒輪箱、機(jī)床絲杠帶動(dòng)刀具定位于左旋螺紋加工起點(diǎn)位置一單片機(jī)采集光電盤(pán)的脈沖序列并經(jīng)處理后，轉(zhuǎn)換成沿主軸方向的進(jìn)給脈沖一步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并通過(guò)齒輪箱、機(jī)床絲杠帶動(dòng)刀具完成左旋螺紋的加工一步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并通過(guò)齒輪箱、機(jī)床絲杠帶動(dòng)刀具退刀并定位于右旋螺紋加工起點(diǎn)位置一單片機(jī)采集光電盤(pán)的脈沖序列并經(jīng)處理后，轉(zhuǎn)換成沿主軸方向的進(jìn)給脈沖一步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并通過(guò)齒輪箱、機(jī)床絲杠帶動(dòng)刀具完成右旋螺紋的加工。根據(jù)螺桿棒工件精度和光潔度要求，可重復(fù)上述過(guò)程。砂輪磨損變形，可通過(guò)弧面砂輪自動(dòng)修整裝置修形，砂輪修形后，單片機(jī)控制程序能根據(jù)修形后的尺寸，自動(dòng)調(diào)整刀具起點(diǎn)位置并重復(fù)加工過(guò)程，直至達(dá)到加工工藝要求的精度和光潔度。圖6為成型弧面砂輪，弧面砂輪的弧面與螺桿棒的壁面相吻合。圖5是弧面砂輪發(fā)生磨損變形后用金剛筆對(duì)砂輪進(jìn)行自動(dòng)修整裝置。機(jī)床拖板的頂端既可以安裝弧面砂輪，也可以直接安裝切削加工的銑刀。如圖2，本實(shí)用新型的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置采用數(shù)字式閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，從位置檢測(cè)裝置光電盤(pán)輸出的反饋信號(hào)是脈沖，通過(guò)可逆計(jì)數(shù)器把指令脈沖與反饋脈沖進(jìn)行比較，兩者的差值(數(shù)字量)存入計(jì)數(shù)器中，只要誤差信號(hào)存在，控制器就能使進(jìn)給脈沖進(jìn)入功放，從而啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)床拖板移動(dòng)。本實(shí)用新型的加工裝置避免了在系統(tǒng)中自行設(shè)置A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，而是利用步進(jìn)電機(jī)本身所具有的D/A轉(zhuǎn)換功能和編碼盤(pán)的A/D轉(zhuǎn)換功能。這在很大程度上保證了系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，并且還避免了轉(zhuǎn)換誤差對(duì)控制精度的影響。本實(shí)用新型的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置采用常規(guī)的PID (比例、積分和微分)調(diào)節(jié)器，利用軟件實(shí)現(xiàn)增量式PID控制，控制方框圖和程序流程圖分別如圖3和圖4。在磨加工工序中，弧面砂輪會(huì)由于磨損而變形，此時(shí)可按圖5的方式對(duì)砂輪進(jìn)行自動(dòng)修整。本實(shí)施例加工螺距為88mm螺桿棒的工藝過(guò)程I.粗銑螺旋槽，使用16mm標(biāo)準(zhǔn)立銑刀；2.半精銑螺旋面，使用成形立銑刀單邊銑削；3.磨螺旋面，使用成型弧面砂輪單邊磨削。加工精度徑向?yàn)椤?. 01mm，光潔度為▽ 6。采用本實(shí)用新型的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置加工軍用油船加油泵弧面螺桿棒，加工完成的油船加油泵弧面螺桿棒達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)用新型的大螺距弧面螺桿棒的加工裝置為在以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床加工大螺距弧面螺桿棒的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)拓了一條新路，滿(mǎn)足了戰(zhàn)時(shí)和應(yīng)急情況下戰(zhàn)備器材保障要求。應(yīng)用效果較好。
權(quán)利要求1.一種大螺距弧面螺桿棒的加工裝置，其特征在于對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改進(jìn)，由夾具、主軸電機(jī)、弧面砂輪、頂針、光電盤(pán)、機(jī)床拖板、齒輪箱、機(jī)床絲杠、單片機(jī)、接口電路和步進(jìn)電機(jī)組成，夾具的一端與主軸電機(jī)連接另一端與裝在光電盤(pán)上的頂針相對(duì)，夾具與頂針之間為螺桿棒放置位置，機(jī)床絲杠設(shè)置于夾具與頂針中心連線的平行線上，在機(jī)床絲杠上設(shè)置垂直于夾具與頂針中心連線位于機(jī)床絲杠與螺桿棒之間的可伸縮的機(jī)床拖板，機(jī)床拖板的頂端安裝有弧面砂輪，光電盤(pán)通過(guò)線路與單片機(jī)連接，單片機(jī)再通過(guò)接口電路與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪箱連接到機(jī)床絲杠。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種大螺距弧面螺桿棒的加工裝置，該裝置對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改進(jìn),由夾具、主軸電機(jī)、弧面砂輪、頂針、光電盤(pán)、機(jī)床拖板、齒輪箱、機(jī)床絲杠、單片機(jī)、接口電路和步進(jìn)電機(jī)組成，夾具的一端與主軸電機(jī)連接另一端與裝在光電盤(pán)上的頂針相對(duì)，夾具與頂針之間為螺桿棒放置位置，機(jī)床絲杠設(shè)置于夾具與頂針中心連線的平行線上，在機(jī)床絲杠上設(shè)置垂直于夾具與頂針中心連線位于機(jī)床絲杠與螺桿棒之間的可伸縮的機(jī)床拖板，機(jī)床拖板的頂端安裝有弧面砂輪，光電盤(pán)通過(guò)線路與單片機(jī)連接，單片機(jī)再通過(guò)接口電路與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪箱連接到機(jī)床絲杠。本實(shí)用新型使大螺距弧面螺桿棒的加工由手工加工達(dá)到了機(jī)械化加工，克服了手工加工工序的加工精度和光潔度難以保證的缺陷。
文檔編號(hào)B23G1/00GK202428067SQ201120521798
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者王善斌, 童志國(guó) 申請(qǐng)人:王善斌