專利名稱：一種同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削方法及車削裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種專門針對同心不等徑對稱分布圓弧的非圓回轉(zhuǎn)體工件的數(shù)控車削方法及其數(shù)控車削裝置。
背景技術(shù)：
在很多機(jī)械結(jié)構(gòu)中都會采用非圓回轉(zhuǎn)體零件，如內(nèi)燃機(jī)活塞、凸輪軸、盤形凸輪等。在這些零件的加工中，往往需要采用專用設(shè)備以滿足加工要求，普遍存在投資成本高， 設(shè)備柔性化程度低等問題。目前，對于非圓回轉(zhuǎn)體零件的加工技術(shù)主要有兩種一種是采用硬靠模加工法，另一種是軟靠模加工法(數(shù)控加工法)。其中，硬靠模加工法即利用仿形加工原理，根據(jù)所加工零件的輪廓設(shè)計一個或一組靠模，然后通過靠模驅(qū)動刀具作切削進(jìn)給運(yùn)動，加工出與靠模形狀一致的零件，一般采用機(jī)械或液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)。如圖1所示為凸輪的硬靠模加工法，通過靠模1的轉(zhuǎn)動，使帶有刀具 2的靠輪3作往復(fù)運(yùn)動，從而實現(xiàn)對凸輪4的車削。但是這種方法加工存在設(shè)備成本高，機(jī)床調(diào)整周期長，易磨損等問題，而且其加工精度較低，柔性差。非圓回轉(zhuǎn)體零件加工的另外一種方法是軟靠模法(數(shù)控加工法)。軟靠模加工是借助計算機(jī)技術(shù)，將非圓輪廓尺寸各參數(shù)數(shù)據(jù)化，形成數(shù)字化靠模，并以此進(jìn)行編程控制相應(yīng)的機(jī)構(gòu)實現(xiàn)車削加工。其數(shù)控系統(tǒng)或在DOS平臺下搭建，其電機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)；或者其數(shù)控系統(tǒng)采用上下位機(jī)、多處理器協(xié)調(diào)控制的結(jié)構(gòu)。然而這種方法也存在以下缺點1、 由于單片機(jī)處理能力有限，因此系統(tǒng)的控制性能不高，無法滿足實現(xiàn)新的控制算法及高速、 高頻加工的目的；2、若數(shù)控系統(tǒng)采用上下位機(jī)、多處理器協(xié)調(diào)控制，則存在成本很高的問題，并且該機(jī)床仍是一種專用設(shè)備，柔性差。如圖2和3所示為某型曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖，該曲軸在軸向上分布有8個平衡塊，每個平衡塊的截面由對稱分布、同心但半徑不同的兩段圓弧R74和R72構(gòu)成。該零件的平衡塊是典型的非圓回轉(zhuǎn)體，要實現(xiàn)對其R74和R72圓弧的加工，可采用傳統(tǒng)的硬靠模法或軟靠模法，但是，采用這些方法無法回避這些方法的缺點，即設(shè)備成本高、精度低(硬靠模法)、柔性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種能有效解決同心不等徑對稱分布圓弧的非圓回轉(zhuǎn)體零件車削問題，設(shè)備成本低、設(shè)備柔性強(qiáng)、車削精度高的基于 PMAC運(yùn)動控制系統(tǒng)的同心不等徑對稱分布圓弧數(shù)控車削方法及其數(shù)控車削裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削方法，包括以下步驟a)、將同心不等徑對稱分布圓弧的非圓回轉(zhuǎn)體零件一端卡接在主軸卡盤上，若所述零件較長，則通過尾座抵靠在零件的另一端；b)、通過設(shè)置在機(jī)床上的刀架對通過步驟a)夾持的非圓回轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行車削；其特征在于
在所述步驟a)中，主軸箱中的主軸通過卡盤帶動所述非圓回轉(zhuǎn)體零件旋轉(zhuǎn)，在所述主軸的尾端設(shè)置有編碼器，所述編碼器能將主軸實時旋轉(zhuǎn)頻率反饋到PMAC控制器；
在所述步驟b)中，所述刀架在X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠的帶動下在X軸方向和Z 軸方向運(yùn)動，PMAC控制器捕獲編碼器反饋的脈沖信號后，更新刀架在X軸方向上的目標(biāo)位置信息，控制與X軸滾珠絲桿驅(qū)動連接的X軸伺服電機(jī)，帶動刀架上的刀具作沿X軸方向的往復(fù)運(yùn)動，同時控制與Z軸滾珠絲桿驅(qū)動連接的Z軸伺服電機(jī)，帶動刀架上的刀具作沿Z軸方向的進(jìn)給運(yùn)動。本發(fā)明所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削方法，其在所述步驟b)中， PMAC的時基控制用編碼器反饋的主軸旋轉(zhuǎn)的頻率控制刀架的執(zhí)行速率，所述刀架的運(yùn)動速度與主軸旋轉(zhuǎn)頻率成正比，刀架在所有位置保持與主軸同步。一種同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削裝置，其特征在于包括機(jī)床主體、PMAC 控制器、電動刀架、X軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠、Z軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠，在機(jī)床主軸箱中設(shè)置有主軸，所述主軸的動力輸出端設(shè)置有卡盤，在所述主軸的尾端設(shè)置有編碼器，所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠設(shè)置在機(jī)床主體上，所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠分別與對應(yīng)的X軸伺服電機(jī)和Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動連接，所述電動刀架通過X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠分別在X軸方向上作往復(fù)運(yùn)動，在Z軸方向上作進(jìn)給運(yùn)動，所述編碼器、X軸伺服電機(jī)和ζ軸伺服電機(jī)分別與所述PMAC控制器連接。本發(fā)明所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削裝置，其所述編碼器安裝在機(jī)床主軸尾端，實時檢測主軸旋轉(zhuǎn)頻率。本發(fā)明所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削裝置，其所述X軸滾珠絲桿和 Z軸滾珠絲杠通過無齒隙聯(lián)軸器分別與X軸伺服電機(jī)和Z軸伺服電機(jī)連接。本發(fā)明所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削裝置，其所述X軸滾珠絲桿和 Z軸滾珠絲杠采用角接觸軸承支撐。本發(fā)明通過與主軸同軸旋轉(zhuǎn)的編碼器將主軸旋轉(zhuǎn)的實時頻率反饋到PMAC控制器，PMAC控制器捕獲該反饋脈沖信號后，更新電動刀架(X軸)的目標(biāo)位置信息，使電動刀架上的刀具在X軸方向上作高頻高精度往復(fù)運(yùn)動，即X軸進(jìn)時車削小徑圓弧，X軸退時車削大徑圓弧，同時，Z軸實現(xiàn)車削過程中電動刀架在Z方向上的進(jìn)給運(yùn)動。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，其有益效果是
1、該方法成功地解決了同心不等徑對稱分布圓弧的車削問題，主軸轉(zhuǎn)速可控制在 200r/min 以內(nèi)。
2、該設(shè)備成本低，整機(jī)成本僅8萬人民幣左右。3、該設(shè)備利用PMAC控制器的強(qiáng)大編程功能，可實現(xiàn)軸類、盤類零件的加工，具有一般數(shù)控車床的功能，設(shè)備的柔性強(qiáng)。


圖1是采用現(xiàn)有硬靠模加工法加工凸輪的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是某型曲軸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中A-A剖面圖。圖4是本發(fā)明數(shù)控車削裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖中標(biāo)記1為靠模，2為刀具，3為靠輪，4為凸輪，5為機(jī)床主體，6為電動刀架，7 為主軸箱，8為尾座，9為卡盤，10為X軸滾珠絲桿，11為Z軸滾珠絲桿，12為X軸伺服電機(jī)， 13為Z軸伺服電機(jī)，R72、R74為同心不等徑對稱分布的兩段圓弧半徑。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖4和5所示，一種同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削裝置，包括機(jī)床主體5、 PMAC控制器、電動刀架6、設(shè)置在所述機(jī)床主體1上的主軸箱7和尾座8，其中，所述機(jī)床主體5采用C6140車床光機(jī)進(jìn)行數(shù)控化改造，床身材料為耐磨鑄鐵，床身導(dǎo)軌跨度390mm，導(dǎo)軌經(jīng)超音頻淬火和精磨，拖板道軌貼耐磨聚四氟乙烯軟帶；在所述主軸箱7中設(shè)置有主軸，主軸孔徑Φ82πιπι，切削力大，可進(jìn)行強(qiáng)力切削，主軸運(yùn)行平穩(wěn)，精度高，所述主軸的動力輸出端設(shè)置有卡盤9，在所述主軸的尾端設(shè)置有IOM線/轉(zhuǎn)同軸旋轉(zhuǎn)編碼器，PMAC控制器是機(jī)床的控制中心，PMAC控制器內(nèi)部RAM上能固化IOM個運(yùn)動程序，32個PLC程序，由于開放式數(shù)控系統(tǒng)的靈活性和高性能，該數(shù)控車床既可以完成非圓截面加工，同時有具有普通數(shù)控車床的全部功能。在所述機(jī)床主體1上設(shè)置有X軸滾珠絲桿10和Z軸滾珠絲杠11，所述X軸滾珠絲桿10和Z軸滾珠絲杠11分別與對應(yīng)的X軸伺服電機(jī)12和Z軸伺服電機(jī)13通過無齒隙聯(lián)軸器驅(qū)動連接，傳動平穩(wěn)、無噪聲，所述X軸滾珠絲桿10和Z軸滾珠絲杠11采用角接觸軸承支撐，克服了采用消隙齒輪傳動造成的噪音、振動和傳動誤差；所述電動刀架6通過X軸滾珠絲桿10和Z軸滾珠絲杠11分別在X軸方向上作往復(fù)運(yùn)動，在Z軸方向上作進(jìn)給運(yùn)動， 所述編碼器、X軸伺服電機(jī)12和Z軸伺服電機(jī)13分別與所述PMAC控制器連接。該裝置的非圓截面車削功能主要是通過PMAC特殊的軟件功能實現(xiàn)的，首先獲取非圓截面數(shù)據(jù)信息，根據(jù)對主軸編碼器信號的解碼，插補(bǔ)，完成時基基準(zhǔn)計算和裝夾定位點的固化，根據(jù)主軸編碼器時基輸出頻率，通過特有的時基跟隨功能完成對刀具位置的實時調(diào)整，實時調(diào)整刀具位置來跟隨加工非圓截面的輪廓。一種同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削方法，包括以下步驟a)、將同心不等徑對稱分布圓弧的非圓回轉(zhuǎn)體零件一端卡接在主軸卡盤上(零件較長則通過尾座抵靠在所述零件的另一端)，主軸箱中的主軸通過卡盤帶動所述非圓回轉(zhuǎn)體零件旋轉(zhuǎn)，在所述主軸的尾端設(shè)置有同軸旋轉(zhuǎn)編碼器，所述編碼器能將主軸實時旋轉(zhuǎn)頻率反饋到PMAC控制器；
b)、通過設(shè)置在機(jī)床上的刀架對通過步驟a)夾持的非圓回轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行車削；PMAC的時基控制用編碼器反饋的主軸旋轉(zhuǎn)的頻率控制刀架的執(zhí)行速率，所述刀架的運(yùn)動速度與主軸旋轉(zhuǎn)頻率成正比，刀架在所有位置保持與主軸同步；所述刀架在X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠的帶動下在X軸方向和Z軸方向運(yùn)動，PMAC控制器捕獲編碼器反饋的脈沖信號后，更新刀架在X軸方向上的目標(biāo)位置信息，控制與X軸滾珠絲桿驅(qū)動連接的X軸伺服電機(jī)，帶動刀架上的刀具作沿X軸方向的往復(fù)運(yùn)動，同時控制與Z軸滾珠絲桿驅(qū)動連接的Z軸伺服電機(jī)，帶動刀架上的刀具作沿Z軸方向的進(jìn)給運(yùn)動。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削方法，包括以下步驟a)、將同心不等徑對稱分布圓弧的非圓回轉(zhuǎn)體零件一端卡接在主軸卡盤上，若所述零件較長，則通過尾座抵靠在零件的另一端；b)、通過設(shè)置在機(jī)床刀架上的刀具對通過步驟a)夾持的非圓回轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行車削；其特征在于在所述步驟a)中，主軸箱中的主軸通過卡盤帶動所述非圓回轉(zhuǎn)體零件旋轉(zhuǎn)，在所述主軸的尾端設(shè)置有編碼器，所述編碼器能將主軸實時旋轉(zhuǎn)頻率反饋到PMAC控制器；在所述步驟b)中，所述刀架在X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠的帶動下在X軸方向和Z 軸方向運(yùn)動，PMAC控制器捕獲編碼器反饋的脈沖信號后，更新刀架在X軸方向上的目標(biāo)位置信息，控制與X軸滾珠絲桿驅(qū)動連接的X軸伺服電機(jī)，帶動刀架上的刀具作沿X軸方向的往復(fù)運(yùn)動，同時控制與Z軸滾珠絲桿驅(qū)動連接的Z軸伺服電機(jī)，帶動刀架上的刀具作沿Z軸方向的進(jìn)給運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削方法，其特征在于在所述步驟b)中，PMAC的時基控制用編碼器反饋的主軸旋轉(zhuǎn)的頻率控制刀架的執(zhí)行速率，所述刀架的運(yùn)動速度與主軸旋轉(zhuǎn)頻率成正比，刀架在所有位置保持與主軸同步。
3.一種同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削裝置，其特征在于包括機(jī)床主體、PMAC 控制器、電動刀架、X軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠、Z軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠，在機(jī)床主軸箱中設(shè)置有主軸，所述主軸的動力輸出端設(shè)置有卡盤，在所述主軸的尾端設(shè)置有編碼器，所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠設(shè)置在機(jī)床主體上，所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠分別與對應(yīng)的X軸伺服電機(jī)和Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動連接，所述電動刀架通過X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠分別在X軸方向上作往復(fù)運(yùn)動，在Z軸方向上作進(jìn)給運(yùn)動，所述編碼器、X軸伺服電機(jī)和ζ軸伺服電機(jī)分別與所述PMAC控制器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削裝置，其特征在于所述編碼器安裝在機(jī)床主軸尾端，實時檢測主軸旋轉(zhuǎn)頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削裝置，其特征在于 所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠通過無齒隙聯(lián)軸器分別與X軸伺服電機(jī)和Z軸伺服電機(jī)的主軸連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削裝置，其特征在于所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠采用角接觸軸承支撐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同心不等徑對稱分布圓弧的數(shù)控車削方法及車削裝置，包括機(jī)床主體、PMAC控制器、電動刀架、X軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠、Z軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠，在機(jī)床主軸箱中設(shè)置有主軸，所述主軸的動力輸出端設(shè)置有卡盤，在所述主軸的尾端設(shè)置有編碼器，所述X軸和Z軸滾珠絲杠分別與對應(yīng)的X軸伺服電機(jī)和Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動連接。本發(fā)明通過安裝在主軸上的編碼器將主軸旋轉(zhuǎn)的實時頻率反饋到PMAC控制器，PMAC控制器捕獲該反饋脈沖信號后，更新電動刀架(X軸)的目標(biāo)位置信息，使電動刀架上的刀具在X軸方向上作高頻高精度往復(fù)運(yùn)動，即X軸進(jìn)時車削R72圓弧，X軸退時車削R74圓弧，同時，Z軸實現(xiàn)車削過程中電動刀架在Z方向上的進(jìn)給運(yùn)動。
文檔編號B23B1/00GK102151844SQ20111004376
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者曹輝, 李自勝, 要小鵬, 龔偉 申請人:西南科技大學(xué)