專利名稱：一種同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削方法及車削裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及數控加工技術領域，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體工件的數控車削方法及其數控車削裝置。
背景技術：
在很多機械結構中都會采用非圓回轉體零件，如內燃機活塞、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備以滿足加工要求，普遍存在投資成本高， 設備柔性化程度低等問題。目前，對于非圓回轉體零件的加工技術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(數控加工法)。其中，硬靠模加工法即利用仿形加工原理，根據所加工零件的輪廓設計一個或一組靠模，然后通過靠模驅動刀具作切削進給運動，加工出與靠模形狀一致的零件，一般采用機械或液壓驅動機構。如圖1所示為凸輪的硬靠模加工法，通過靠模1的轉動，使帶有刀具 2的靠輪3作往復運動，從而實現對凸輪4的車削。但是這種方法加工存在設備成本高，機床調整周期長，易磨損等問題，而且其加工精度較低，柔性差。非圓回轉體零件加工的另外一種方法是軟靠模法(數控加工法)。軟靠模加工是借助計算機技術，將非圓輪廓尺寸各參數數據化，形成數字化靠模，并以此進行編程控制相應的機構實現車削加工。其數控系統或在DOS平臺下搭建，其電機控制系統采用單片機；或者其數控系統采用上下位機、多處理器協調控制的結構。然而這種方法也存在以下缺點1、 由于單片機處理能力有限，因此系統的控制性能不高，無法滿足實現新的控制算法及高速、 高頻加工的目的；2、若數控系統采用上下位機、多處理器協調控制，則存在成本很高的問題，并且該機床仍是一種專用設備，柔性差。如圖2和3所示為某型曲軸的結構示意圖，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構成。該零件的平衡塊是典型的非圓回轉體，要實現對其R74和R72圓弧的加工，可采用傳統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，即設備成本高、精度低(硬靠模法)、柔性差。

發明內容
本發明的發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體零件車削問題，設備成本低、設備柔性強、車削精度高的基于 PMAC運動控制系統的同心不等徑對稱分布圓弧數控車削方法及其數控車削裝置。本發明的技術方案是這樣實現的一種同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削方法，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)、通過設置在機床上的刀架對通過步驟a)夾持的非圓回轉體零件進行車削；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體零件旋轉，在所述主軸的尾端設置有編碼器，所述編碼器能將主軸實時旋轉頻率反饋到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軸方向上的目標位置信息，控制與X軸滾珠絲桿驅動連接的X軸伺服電機，帶動刀架上的刀具作沿X軸方向的往復運動，同時控制與Z軸滾珠絲桿驅動連接的Z軸伺服電機，帶動刀架上的刀具作沿Z軸方向的進給運動。本發明所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削方法，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的頻率控制刀架的執行速率，所述刀架的運動速度與主軸旋轉頻率成正比，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控車削裝置，其特征在于包括機床主體、PMAC 控制器、電動刀架、X軸伺服電機及滾珠絲杠、Z軸伺服電機及滾珠絲杠，在機床主軸箱中設置有主軸，所述主軸的動力輸出端設置有卡盤，在所述主軸的尾端設置有編碼器，所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠設置在機床主體上，所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠分別與對應的X軸伺服電機和Z軸伺服電機驅動連接，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軸方向上作往復運動，在Z軸方向上作進給運動，所述編碼器、X軸伺服電機和ζ軸伺服電機分別與所述PMAC控制器連接。本發明所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削裝置，其所述編碼器安裝在機床主軸尾端，實時檢測主軸旋轉頻率。本發明所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削裝置，其所述X軸滾珠絲桿和 Z軸滾珠絲杠通過無齒隙聯軸器分別與X軸伺服電機和Z軸伺服電機連接。本發明所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削裝置，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。本發明通過與主軸同軸旋轉的編碼器將主軸旋轉的實時頻率反饋到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運動，即X軸進時車削小徑圓弧，X軸退時車削大徑圓弧，同時，Z軸實現車削過程中電動刀架在Z方向上的進給運動。綜上所述，由于采用了上述技術方案，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，主軸轉速可控制在 200r/min 以內。
2、該設備成本低，整機成本僅8萬人民幣左右。3、該設備利用PMAC控制器的強大編程功能，可實現軸類、盤類零件的加工，具有一般數控車床的功能，設備的柔性強。


圖1是采用現有硬靠模加工法加工凸輪的結構示意圖。圖2是某型曲軸的結構示意圖。圖3是圖2中A-A剖面圖。圖4是本發明數控車削裝置的結構示意圖。圖5是本發明的數控系統結構圖。
圖中標記1為靠模，2為刀具，3為靠輪，4為凸輪，5為機床主體，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， 13為Z軸伺服電機，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合附圖，對本發明作詳細的說明。為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。如圖4和5所示，一種同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削裝置，包括機床主體5、 PMAC控制器、電動刀架6、設置在所述機床主體1上的主軸箱7和尾座8，其中，所述機床主體5采用C6140車床光機進行數控化改造，床身材料為耐磨鑄鐵，床身導軌跨度390mm，導軌經超音頻淬火和精磨，拖板道軌貼耐磨聚四氟乙烯軟帶；在所述主軸箱7中設置有主軸，主軸孔徑Φ82πιπι，切削力大，可進行強力切削，主軸運行平穩，精度高，所述主軸的動力輸出端設置有卡盤9，在所述主軸的尾端設置有IOM線/轉同軸旋轉編碼器，PMAC控制器是機床的控制中心，PMAC控制器內部RAM上能固化IOM個運動程序，32個PLC程序，由于開放式數控系統的靈活性和高性能，該數控車床既可以完成非圓截面加工，同時有具有普通數控車床的全部功能。在所述機床主體1上設置有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分別與對應的X軸伺服電機12和Z軸伺服電機13通過無齒隙聯軸器驅動連接，傳動平穩、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軸方向上作往復運動，在Z軸方向上作進給運動， 所述編碼器、X軸伺服電機12和Z軸伺服電機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的，首先獲取非圓截面數據信息，根據對主軸編碼器信號的解碼，插補，完成時基基準計算和裝夾定位點的固化，根據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整，實時調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體零件旋轉，在所述主軸的尾端設置有同軸旋轉編碼器，所述編碼器能將主軸實時旋轉頻率反饋到PMAC控制器；
b)、通過設置在機床上的刀架對通過步驟a)夾持的非圓回轉體零件進行車削；PMAC的時基控制用編碼器反饋的主軸旋轉的頻率控制刀架的執行速率，所述刀架的運動速度與主軸旋轉頻率成正比，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軸方向上的目標位置信息，控制與X軸滾珠絲桿驅動連接的X軸伺服電機，帶動刀架上的刀具作沿X軸方向的往復運動，同時控制與Z軸滾珠絲桿驅動連接的Z軸伺服電機，帶動刀架上的刀具作沿Z軸方向的進給運動。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削方法，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)、通過設置在機床刀架上的刀具對通過步驟a)夾持的非圓回轉體零件進行車削；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體零件旋轉，在所述主軸的尾端設置有編碼器，所述編碼器能將主軸實時旋轉頻率反饋到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軸方向上的目標位置信息，控制與X軸滾珠絲桿驅動連接的X軸伺服電機，帶動刀架上的刀具作沿X軸方向的往復運動，同時控制與Z軸滾珠絲桿驅動連接的Z軸伺服電機，帶動刀架上的刀具作沿Z軸方向的進給運動。
2.根據權利要求1所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削方法，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的頻率控制刀架的執行速率，所述刀架的運動速度與主軸旋轉頻率成正比，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控車削裝置，其特征在于包括機床主體、PMAC 控制器、電動刀架、X軸伺服電機及滾珠絲杠、Z軸伺服電機及滾珠絲杠，在機床主軸箱中設置有主軸，所述主軸的動力輸出端設置有卡盤，在所述主軸的尾端設置有編碼器，所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠設置在機床主體上，所述X軸滾珠絲桿和Z軸滾珠絲杠分別與對應的X軸伺服電機和Z軸伺服電機驅動連接，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軸方向上作往復運動，在Z軸方向上作進給運動，所述編碼器、X軸伺服電機和ζ軸伺服電機分別與所述PMAC控制器連接。
4.根據權利要求3所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削裝置，其特征在于所述編碼器安裝在機床主軸尾端，實時檢測主軸旋轉頻率。
5.根據權利要求3或4所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削裝置，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軸器分別與X軸伺服電機和Z軸伺服電機的主軸連接。
6.根據權利要求5所述的同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削裝置，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
本發明公開了一種同心不等徑對稱分布圓弧的數控車削方法及車削裝置，包括機床主體、PMAC控制器、電動刀架、X軸伺服電機及滾珠絲杠、Z軸伺服電機及滾珠絲杠，在機床主軸箱中設置有主軸，所述主軸的動力輸出端設置有卡盤，在所述主軸的尾端設置有編碼器，所述X軸和Z軸滾珠絲杠分別與對應的X軸伺服電機和Z軸伺服電機驅動連接。本發明通過安裝在主軸上的編碼器將主軸旋轉的實時頻率反饋到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運動，即X軸進時車削R72圓弧，X軸退時車削R74圓弧，同時，Z軸實現車削過程中電動刀架在Z方向上的進給運動。
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 優先權日2011年2月24日
發明者曹輝, 李自勝, 要小鵬, 龔偉 申請人:西南科技大學