一种基于状态预测控制的外圆磨床制造技术

本发明专利技术涉及一种基于状态预测控制的外圆磨床，包括工作台组件、设于工作台组件上的头架组件、纵向移动设于工作台组件上的尾座组件及砂轮横向进给机构以及与砂轮横向进给机构电连接的状态预测控制组件，头架组件及尾座组件分别位于工件的两端，砂轮横向进给机构位于工件的一侧。与现有技术相比，本发明专利技术适用于金属工件外圆磨削，尾座组件的顶针具有伸缩功能，用于保证加工过程对工件的柔性夹持，并达到减震的目的；状态预测控制组件具有自动消除外扰、保证系统稳定性的作用，可以解决砂轮在磨削过程中随磨粒脱落引起磨削厚度减少的问题，实时调节砂轮位置，满足加工要求，提高磨削效率及工件表面质量。

An external grinder based on State Predictive Control

The invention relates to an external grinder based on state prediction control, which comprises a workbench component, a head frame component arranged on the workbench component, a tail seat component longitudinally moved on the workbench component, a wheel traverse feed mechanism and a state prediction control component electrically connected with the wheel traverse feed mechanism. The head frame component and the tail seat component are respectively located at two ends of the workpiece, and the wheel traverse feed mechanism is connected with the wheel traverse feed mechanism The feed mechanism is located on one side of the workpiece. Compared with the prior art, the invention is applicable to the cylindrical grinding of metal workpieces. The thimble of the tailstock assembly has the function of expansion and contraction, which is used to ensure the flexible clamping of workpieces during the processing and achieve the purpose of shock absorption; the state prediction control assembly has the function of automatically eliminating the external disturbance and ensuring the stability of the system, which can solve the problem that the grinding wheel reduces the grinding thickness with the falling off of abrasive particles in the grinding process It can adjust the position of grinding wheel in real time, meet the processing requirements, improve grinding efficiency and workpiece surface quality.

【技术实现步骤摘要】
一种基于状态预测控制的外圆磨床
本专利技术属于磨削设备
，涉及一种基于状态预测控制的外圆磨床。
技术介绍
磨削是一种必不可少的精加工方法，为适应日趋精密的工作精度需求及不断追求的高效率和低成本的目标，磨床已经成为越来越重要的机械加工方式。伴随着制造业的不断发展和进步，金属磨削技术正朝着高精度、高自动化和高效率的方向发展。传统的磨削加工过程中，存在磨床结构不合理、自动化程度比较低，加工精度满足不了生产实际的需要等弊端。研发自动化程度比较高的外圆磨床，能降低生产成本，在保证工件质量的同时，提高生产效率。现有的自动化外圆磨床一般存在以下问题：(1)磨削过程中，砂轮磨粒脱落引起磨削厚度减少，导致加工成品不符合加工要求；(2)磨削工件采用刚性夹持的方式固定，当工件因为加工过程升温而膨胀伸长时，易受到夹持设备的挤压而导致磨损或变形。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于状态预测控制的外圆磨床。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于状态预测控制的外圆磨床，用于对工件进行磨削加工，包括工作台组件、设于工作台组件上的头架组件、分别纵向移动设于工作台组件上的尾座组件及砂轮横向进给机构以及与砂轮横向进给机构电连接的状态预测控制组件，所述的头架组件及尾座组件分别位于工件的两端，所述的砂轮横向进给机构位于工件的一侧。所述的头架组件、尾座组件将工件轴向夹持固定，并通过头架组件带动工件保持圆周旋转运动，砂轮横向进给机构沿工作台组件的纵向保持匀速进给运动，横向进给通过状态预测控制组件依据加工需要控制，以完成对工件的外圆磨削。进一步地，所述的工作台组件包括床身、设于床身上的工作台、设于工作台上的纵向导轨以及设于床身一侧并与砂轮横向进给机构传动连接的工作台控制箱，所述的工作台控制箱上设有砂轮纵向进给手轮与砂轮横向进给手轮，所述的尾座组件及砂轮横向进给机构均移动设于纵向导轨上。所述的砂轮纵向进给手轮与砂轮横向进给手轮分别实现砂轮横向进给机构的纵向、横向的手动备用操作。所述的尾座组件及砂轮横向进给机构均可沿纵向导轨移动。进一步地，所述的工作台组件还包括设于床身上并与砂轮横向进给机构传动连接的纵移电机，所述的纵移电机与状态预测控制组件电连接。所述的状态预测控制组件控制纵移电机使砂轮横向进给机构沿纵向导轨移动。进一步地，所述的头架组件包括移动设于工作台组件上的头架底座、设于头架底座上的主电机以及依次与主电机传动连接的联轴器、减速机及头架，所述的头架上设有三爪卡盘。所述的联轴器用于传动连接主电机与减速机。所述的减速机用于提高输出扭矩，以带动头架及工件转动。所述的三爪卡盘用于将工件卡紧，主电机通过联轴器与减速机带动头架转动并驱动工件旋转。作为优选的技术方案，所述的头架底座设于纵向导轨上，使头架组件可沿纵向导轨移动，配合尾座组件适应不同长度的工件，头架底座上设有头架底座手刹，可用于将头架组件固定于纵向导轨上。进一步地，所述的尾座组件包括移动设于工作台组件上的顶针外壳、沿纵向贯穿顶针外壳内部的顶针、设于顶针一端的顶针手轮以及设于顶针外壳上的手刹。所述的顶针外壳设于纵向导轨上，所述的尾座组件可沿着纵向导轨移动至工作位置，使顶针将工件后端顶紧，以完成工件的轴向定位，并用手刹将尾座组件固定在纵向导轨上，以防止工件的颤振。进一步地，所述的顶针包括顶针前端、顶针后端以及设于顶针前端与顶针后端之间的弹簧，所述的顶针后端与顶针手轮固定连接。所述的顶针后端的侧面上设有外螺纹，所述的顶针外壳内设有与外螺纹相适配的内螺纹，通过正向或反向转动顶针手轮即可使得顶针后端沿内螺纹及外螺纹前后移动。正向转动顶针手轮，顶针后端向前推进，通过弹簧带动顶针前端向前移动，顶紧工件的后端，由于弹簧的作用，使头架组件和尾座组件组成的工件夹持系统处于柔性状态，达到减震的效果；反向转动顶针手轮，顶针后端向后移动，带动顶针前端向后移动，离开工件，完成工件的顶紧任务。所述的弹簧设于顶针前端与顶针后端之间，使得顶针具有伸缩功能，可以通过弹簧的作用向外伸出，达到顶紧工件的目的，当工件因为升温而膨胀伸长时，也可以使弹簧自动退回，以尽可能保持顶针对工件压力不变，保证加工过程对工件的柔性夹持，避免工件受到过分的磨损或变形。进一步地，所述的顶针前端的后端开设有盲孔，所述的盲孔边缘沿径向向内设有环状限位凸起，所述的顶针后端的前端设有与盲孔相适配的圆柱状凸台，所述的圆柱状凸台的侧面开设有与环状限位凸起相适配的限位凹槽，所述的弹簧套设在圆柱状凸台上并位于限位凹槽内。所述的环状限位凸起可在限位凹槽内滑动，使顶针前端与顶针后端滑动连接，并限制两者的相对位移距离。进一步地，所述的砂轮横向进给机构包括移动设置于工作台组件上的横向导轨、设于横向导轨上的砂轮架、设于砂轮架上的砂轮组件以及与砂轮架传动连接的横移电机，所述的横移电机与状态预测控制组件电连接。通过状态预测控制组件控制横移电机工作，进而控制砂轮组件相对于工件的横向移动，保证工件的外圆直径符合要求，完成磨削任务。所述的横向导轨设于导轨底座上，所述的导轨底座移动设于纵向导轨上。进一步地，所述的砂轮组件包括分别设于砂轮架上的砂轮电机与砂轮、与砂轮电机传动连接的砂轮电机带轮、与砂轮传动连接的砂轮带轮以及绕设在砂轮电机带轮与砂轮带轮之间的三角带。所述的砂轮电机带轮固定安装于砂轮电机的主轴—砂轮电机轴上，所述的砂轮带轮固定安装于砂轮的转轴上。所述的砂轮电机工作时带动同轴的砂轮电机带轮旋转，通过三角带使砂轮电机带轮与砂轮带轮传动连接，并最终带动与砂轮带轮同轴设置的砂轮旋转。作为优选的技术方案，所述的砂轮及转轴外设有砂轮安全罩。作为优选的技术方案，所述的砂轮组件外设有砂轮架安全罩。进一步地，所述的状态预测控制组件包括设于工作台组件上的控制器以及设于砂轮横向进给机构上并与控制器电连接的直径测量传感器，所述的控制器与砂轮横向进给机构电连接。所述的控制器还分别与主电机、纵移电机及砂轮电机电连接，以分别控制工件转速、砂轮横向进给机构的纵向位移及砂轮的转速。所述的状态预测控制组件用于解决因砂轮在磨削过程中随磨粒脱落引起磨削厚度减少导致加工成品不符合加工要求的问题，在砂轮架上设置直径测量传感器，该直径测量传感器靠近砂轮与工件耦合部位，以将工件加工部位的实时直径测量信息反馈给控制器，控制器根据实时直径测量信息及加工要求控制砂轮横向进给机构，实现对工件的连续磨削。状态预测控制组件的工作原理如下：通过控制器上的控制面板输入目标值及相关参数，由设于控制器内部的积分器根据输入参数及直径测量传感器采集的工件磨削部位的直径测量数据进行闭环补偿，并根据闭环补偿结果发出控制信号，实时调节砂轮横向进给机构的位置，使工件的磨削厚度一致，提高控制精度，满足被磨削工件的外圆直径加工要求，完成磨削任务。控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于状态预测控制的外圆磨床，该磨床用于对工件(7)进行磨削加工，其特征在于，所述的磨床包括工作台组件、设于工作台组件上的头架组件、分别纵向移动设于工作台组件上的尾座组件(19)及砂轮横向进给机构以及与砂轮横向进给机构电连接的状态预测控制组件，所述的头架组件及尾座组件(19)分别位于工件(7)的两端，所述的砂轮横向进给机构位于工件(7)的一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于状态预测控制的外圆磨床，该磨床用于对工件(7)进行磨削加工，其特征在于，所述的磨床包括工作台组件、设于工作台组件上的头架组件、分别纵向移动设于工作台组件上的尾座组件(19)及砂轮横向进给机构以及与砂轮横向进给机构电连接的状态预测控制组件，所述的头架组件及尾座组件(19)分别位于工件(7)的两端，所述的砂轮横向进给机构位于工件(7)的一侧。


2.根据权利要求1所述的一种基于状态预测控制的外圆磨床，其特征在于，所述的工作台组件包括床身(22)、设于床身(22)上的工作台(1)、设于工作台(1)上的纵向导轨(20)以及设于床身(22)一侧并与砂轮横向进给机构传动连接的工作台控制箱(23)，所述的工作台控制箱(23)上设有砂轮纵向进给手轮(24)与砂轮横向进给手轮(25)，所述的尾座组件(19)及砂轮横向进给机构均移动设于纵向导轨(20)上。


3.根据权利要求2所述的一种基于状态预测控制的外圆磨床，其特征在于，所述的工作台组件还包括设于床身(22)上并与砂轮横向进给机构传动连接的纵移电机，所述的纵移电机与状态预测控制组件电连接。


4.根据权利要求1所述的一种基于状态预测控制的外圆磨床，其特征在于，所述的头架组件包括移动设于工作台组件上的头架底座(14)、设于头架底座(14)上的主电机(2)以及依次与主电机(2)传动连接的联轴器(3)、减速机(4)及头架(5)，所述的头架(5)上设有三爪卡盘(6)。


5.根据权利要求1所述的一种基于状态预测控制的外圆磨床，其特征在于，所述的尾座组件(19)包括移动设于工作台组件上的顶针外壳(1902)、沿纵向贯穿顶针外壳(1902)内部的顶针、设于顶针一端的顶针手轮(1906)以及设于顶针外壳(1902)上的手刹(1905)。


6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴淑晶，王大中，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31