專利名稱：單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置及其計算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置及其計算方法。
背景技術：
管螺紋車床是一種專門加工管螺紋的車床，目前，一般選擇工件自身旋轉的專用 管子車床，當加工管子口徑較大(Φ100 φ 340mm)且較長(5000 10000mm)時，存在一 些困難如由于管子長，質量大，裝夾比較困難，主軸帶動這樣的管子做旋轉運動，不僅產(chǎn)生 極大的振動和噪音，而且影響加工精度和表面質量，所以提高機床的精度和生產(chǎn)效率是很 困難的。為此，國內已有機床企業(yè)開發(fā)出管子不旋轉，刀具旋轉的用于加工大口徑管子螺紋 的數(shù)控機床，但是，已報導的這種機床均采用機械結構差動機構實現(xiàn)運動合成。但是由于機 械結構差動機構的存在，導致機構復雜，增加了傳動誤差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術的不足，提供一種伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床 的運動合成的裝置及其計算方法。針對現(xiàn)有技術的缺陷而提供一種工件不動，刀具旋轉，并 具有徑向進給功能的新式高效管螺紋車床，刀具能夠在做回轉運動的同時實現(xiàn)徑向進給運 動。利用電子傳動鏈代替機械傳動鏈實現(xiàn)刀具在旋轉中同時徑向進給的運動合成。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為一種單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋 車床的運動合成裝置，其主要特點是包括有在機床主軸箱的外側設有主電機(1)，主電機 (1)的輸出軸通過變速裝置的輸出齒輪與主傳動大齒輪(6)嚙合，主傳動大齒輪(6)與主 軸(7)固連，主軸(7)的端部固連有平旋盤(13)；徑向進給傳動軸⑷設于主軸(7)的內 孔中，與主軸(7)為同一軸線，其尾部設有進給伺服電機(2)，其端部與主動錐齒輪(9)固連 并與從動錐齒輪(12)嚙合從動錐齒輪(12)固連于徑向進給絲杠(8)，徑向進給絲杠(8) 與平旋盤(13)固連；滑板(10)固連于與徑向進給絲杠⑶配合的螺母(14)上，滑板(10) 上設有徑向刀架(11)；旋轉編碼器(3)通過同步齒形帶機構(15)與主軸(7)連接。所述的單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置，還包括有數(shù)控裝置， 所述的數(shù)控裝置包括有人機界面(101)與數(shù)控系統(tǒng)(102)雙向連接，數(shù)控系統(tǒng)(102)的接 口連接主電機(103)、徑向進給電機(104)和軸向進給電機(115)，主電機(103)的輸出端 通過連接主傳動鏈(105)連接運動合成(108)，徑向進給電機(104)的輸出端通過連接徑向 進給傳動鏈(106)連接運動合成機構(108)；軸向進給電機(115)輸出端通過連接軸向進 給傳動鏈(114)連接軸向進給絲杠(113)，軸向進給絲杠(113)連接主軸箱滑板(112)與刀 架(111)連接；旋轉編碼器(107)連接在主傳動鏈(105)的末端，將主軸的角位移值傳輸給 數(shù)控系統(tǒng)(102)；主軸箱滑板(112)的位移量通過位置傳感器(117)將信息反饋給數(shù)控系 統(tǒng)(102)；運動合成機構(108)通過錐齒輪(109)、徑向進給絲杠(110)連接刀架(111) ’位 置檢測傳感器(116)檢測刀架(111)的位置精度并傳輸給數(shù)控系統(tǒng)(102)。
一種單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成的計算方法，其主要特點為 徑向進給伺服電機的轉速n^^由與平旋盤的轉速保持同步的伺服電機轉速Iiayi和與平旋盤 轉速為零的情況下實現(xiàn)徑向進給的伺服電機轉速η工&組成η實際=η基本+η工作其中 η實際——進給伺服電機的實際轉速；η^——平旋盤旋轉時，刀架滑板保持不做徑向移動時徑向進給伺服電機的轉速，
η基本=η主軸；η工&——平旋盤旋轉為零的情況下滑板實現(xiàn)徑向進給的徑向進給伺服電機的轉
S
■，η工作二了“^進給父^主軸；其中s——主軸每轉的刀具徑向進給量mm/主軸每轉；t——徑向進給絲杠螺距_ ；i進給——徑向進給傳動鏈的減速比。所述的具有單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置的管子車床，其技 術核心是利用電子傳動鏈代替機械傳動鏈，利用軟件實現(xiàn)運動合成。徑向進給伺服電機通 過徑向進給傳動軸、錐齒輪傳動和絲杠螺母傳動，將電機的旋轉運動轉化為徑向移動滑板 沿平旋盤的徑向進給運動。所述的機床主軸箱的后側設有徑向進給伺服電機，徑向進給伺 服電機通過徑向進給軸4，錐齒輪副9、12，驅動徑向進給絲杠8旋轉，從而帶動平旋盤13中 的徑向移動滑板10移動，滑板10上安裝有刀架11，刀具實現(xiàn)徑向進給運動，其主運動由平 旋盤的旋轉運動提供。本發(fā)明的有益效果用電子傳動鏈及軟件替代機械結構的差動機構。簡化了機械 結構，簡化了進給傳動鏈，從而也提高了傳動精度。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。圖2是實現(xiàn)刀具徑向進給運動的運動合成的控制流程圖。圖3是實現(xiàn)刀具徑向進給運動的內聯(lián)傳動鏈運動合成的計算框圖。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限 定本發(fā)明的范圍。實施例1 見圖1，一種單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置，在機 床主軸箱的外側設有主電機1，主電機1的輸出軸通過變速裝置的輸出齒輪與主傳動大齒 輪6嚙合，主傳動大齒輪6與主軸7固連，主軸7的端部固連有平旋盤13 ；徑向進給傳動軸 4設于主軸7的內孔中，與主軸7為同一軸線，其尾部設有進給伺服電機2，其端部與主動錐 齒輪9固連并與從動錐齒輪12嚙合從動錐齒輪12固連于徑向進給絲杠8，徑向進給絲杠 8與平旋盤13固連；滑板10固連于與徑向進給絲杠8配合的螺母14上，滑板10上設有徑 向刀架11 ；旋轉編碼器3通過同步齒形帶機構15與主軸7連接。
圖中所述的機床主軸箱的外側設有一個主電機1，進給電機2。主電機通過皮帶輪 把動力傳遞到主傳動大齒輪6上，主傳動大齒輪6和主軸7通過鍵連接固定在一起。進給 伺服電機2安裝在主軸箱5的尾部，其軸線與主軸軸線同軸。因此，當主傳動大齒輪6旋轉 時就會帶動主軸7做運動轉動，此時平旋盤13也與主軸7做同步轉動。徑向進給傳動軸4 靠軸承安裝在主軸7的中空部分，與主軸是空套結構安裝(即，主軸及徑向進給傳動軸各自 獨立轉動)。機床主軸的尾部通過同步齒形帶機構帶動旋轉編碼器3轉動，旋轉編碼器3轉動 及時檢測到主軸7的轉動情況，并把此數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)控系統(tǒng)。當主軸7轉動時，如果徑向進 給伺服電機2不轉動，徑向進給傳動軸4也不會轉動，但是安裝在平旋盤13中的被動錐齒 輪12會轉動，徑向進給絲杠8會轉動，徑向移動滑板10便會做徑向移動。在采用機械結構 的機床中是借助機械結構差動機構解決這個問題的，本發(fā)明中的旋轉編碼器及時檢測主軸 轉動的數(shù)據(jù)，數(shù)控系統(tǒng)讀取這個數(shù)據(jù)后，根據(jù)進給傳動鏈的傳動關系，用軟件給進給伺服電 機發(fā)出基本旋轉速度的數(shù)據(jù)，這個徑向進給伺服電機的基本速度保證主軸旋轉時徑向移動 滑板不會在平旋盤中做徑向運動。當徑向移動滑板需要做徑向移動時，數(shù)控系統(tǒng)給徑向進 給伺服電機發(fā)出進給速度數(shù)據(jù)，通過軟件將徑向進給伺服電機的基本速度數(shù)據(jù)與工作進給 速度數(shù)據(jù)合成為實際速度。通過以上技術以及這組軟件實現(xiàn)了運動合成，代替了機械結構 的差動機構。
主軸箱滑板在數(shù)控系統(tǒng)的控制下可以完成普通羅紋的加工，這是所有的數(shù)控機床 都具備的基本技術。本發(fā)明使刀具在主軸旋轉、主軸做軸向移動的同時，具備徑向移動的功 能，從而使機床具備加工圓錐管螺紋、切斷面、切槽的功能。實施例2 見圖2，所述的單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置，還 包括有數(shù)控裝置，所述的數(shù)控裝置包括有人機界面101與數(shù)控系統(tǒng)102雙向連接，數(shù)控系統(tǒng) 102的接口連接主電機103、徑向進給電機104和軸向進給電機115，主電機103的輸出端通 過連接主傳動鏈105連接運動合成108，徑向進給電機104的輸出端通過連接徑向進給傳動 鏈106連接運動合成機構108 ；軸向進給電機115輸出端通過連接軸向進給傳動鏈114連 接軸向進給絲杠113，軸向進給絲杠113連接主軸箱滑板112與刀架111連接；旋轉編碼器 107連接在主傳動鏈105的末端，將主軸的角位移值傳輸給數(shù)控系統(tǒng)102 ；主軸箱滑板112 的位移量通過位置傳感器117將信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)102 ；運動合成機構108通過錐齒輪 109、徑向進給絲杠110連接刀架111 ；位置檢測傳感器116檢測刀架111的位置精度并傳 輸給數(shù)控系統(tǒng)102。實施例3 見圖3，一種單伺服進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成的計算方法，其主 要特點為由于徑向進給滑板是在平旋盤旋轉的情況下，做沿平旋盤的徑向進給運動。因此 徑向進給伺服電機的轉速n^^由兩部分組成，即與平旋盤的轉速保持同步的伺服電機轉速 na^，與平旋盤轉速為零的情況下實現(xiàn)徑向進給的伺服電機轉速η工&η實際=η基本+η工作其中η實際——進給伺服電機的實際轉速；η^——平旋盤旋轉時，刀架滑板保持不做徑向移動時徑向進給伺服電機的轉速。η基本=η主軸η工&——平旋盤旋轉為零的情況下滑板實現(xiàn)徑向進給的徑向進給伺服電機的轉 速。"工作=^x ‘給主軸(此例中i進給=1 1，即錐齒輪副的傳動比)其中s—刀具徑向進給量mm/主軸每轉；t——徑向進給絲杠螺距_ ；i進給——徑向進給傳動鏈的減速比；應用例管螺紋進給的實例本實例以加工密封管螺紋GB7306-87型為例來闡述加工螺紋進給原理，這種管螺 紋的錐度是1 16，即斜度為1 32。η實際=η基本+η工作其中η實際——進給伺服電機的實際轉速；η^——平旋盤旋轉時，刀架滑板保持不做徑向移動時徑向進給伺服電機的轉速。 η基本=η主軸=100轉/分(以中間轉速為例)η工&——平旋盤旋轉為零的情況下滑板實現(xiàn)徑向進給的徑向進給伺服電機的轉
速。"工作進給χ 軸其中s—刀具徑向進給量mm/主軸每轉；t——徑向進給絲杠螺距_ ；——徑向進給傳動鏈的減速比。(此例中 1，即錐齒輪副的傳動 比)；查《機械設計手冊》，口徑為6英寸(152. 4mm)的管制螺紋的螺距為2. 309，每英寸 牙數(shù)是11。因此，由錐度和斜度的定義可知
1 ^-=-
32 2.309可得S= 0. 0721563t即為滾珠絲杠的導程為5mm ；
0.0721563 1ΛΛ , ^010,
Yi^vp =-X100 = 1.443126
餅5所以η 實際=η 基本+η 工作=100+1. 443126 = 101. 443126 轉 / 分所以可知道實際工作轉速為101. 443126轉/分，也就是說徑向進給伺服電機的轉 速要保持在101. 443126轉/分就可以精確的實現(xiàn)加工錐管螺紋時刀具的徑向進給量。 至于刀具沿機床主軸軸線方向做進給運動實現(xiàn)螺紋加工的技術，所有的螺紋車床 都具備，不在本發(fā)明中贅述。上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原 則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置，其特征是包括有在機床主軸箱的外側設有主電機(1)，主電機(1)的輸出軸通過變速裝置的輸出齒輪與主傳動大齒輪(6)嚙合，主傳動大齒輪(6)與主軸(7)固連，主軸(7)的端部固連有平旋盤(13)；徑向進給傳動軸(4)設于主軸(7)的內孔中，與主軸(7)為同一軸線，其尾部設有進給伺服電機(2)，其端部與主動錐齒輪(9)固連并與從動錐齒輪(12)嚙合從動錐齒輪(12)固連于徑向進給絲杠(8)，徑向進給絲杠(8)與平旋盤(13)固連；滑板(10)固連于與徑向進給絲杠(8)配合的螺母(14)上，滑板(10)上設有徑向刀架(11)；旋轉編碼器(3)通過同步齒形帶機構(15)與主軸(7)連接。
2.如權利要求1所述的單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置，其特征是 還包括有數(shù)控裝置，所述的數(shù)控裝置包括有人機界面(101)與數(shù)控系統(tǒng)(102)雙向連接，數(shù) 控系統(tǒng)(102)的接口連接主電機(103)、徑向進給電機(104)和軸向進給電機(115)，主電 機(103)的輸出端通過連接主傳動鏈(105)連接運動合成(108)，徑向進給電機(104)的輸 出端通過連接徑向進給傳動鏈(106)連接運動合成機構(108)；軸向進給電機(115)輸出 端通過連接軸向進給傳動鏈(114)連接軸向進給絲杠(113)，軸向進給絲杠(113)連接主軸 箱滑板(112)與刀架(111)連接；旋轉編碼器(107)連接在主傳動鏈(105)的末端，將主軸 的角位移值傳輸給數(shù)控系統(tǒng)(102)；主軸箱滑板(112)的位移量通過位置傳感器(117)將 信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)(102)；運動合成機構(108)通過錐齒輪(109)、徑向進給絲杠(110) 連接刀架(111)；位置檢測傳感器(116)檢測刀架(111)的位置精度并傳輸給數(shù)控系統(tǒng) (102)。
3.一種單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成的計算方法，其特征為徑向進 給伺服電機的轉速由與平旋盤的轉速保持同步的伺服電機轉速n和與平旋盤轉速為 零的情況下實現(xiàn)徑向進給的伺服電機轉速n工&組成n實際=n基本+n工作其中n^——進給伺服電機的實際轉速；——平旋盤旋轉時，刀架滑板保持不做徑向移動時徑向進給伺服電機的轉速，=n主軸；n^——平旋盤旋轉為零的情況下滑板實現(xiàn)徑向進給的徑向進給伺服電機的轉速， 工作—進給主軸,其中s——主軸每轉的刀具徑向進給量mm/主軸每轉； t——徑向進給絲杠螺距mm ； i進給——徑向進給傳動鏈的減速比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置及其計算方法。一種單路伺服徑向進給數(shù)控管螺紋車床的運動合成裝置，其主要特點包括有在機床主軸箱的外側設有主電機，主電機的輸出軸通過變速裝置的輸出齒輪與主傳動大齒輪嚙合，主傳動大齒輪與主軸固連，主軸的端部固連有平旋盤；徑向進給傳動軸設于主軸的內孔中，與主軸為同一軸線，其尾部設有進給伺服電機，其端部與主動錐齒輪固連并與從動錐齒輪嚙合從動錐齒輪固連于徑向進給絲杠，徑向進給絲杠與平旋盤固連；滑板固連于與徑向進給絲杠配合的螺母上，滑板上設有徑向刀架；旋轉編碼器通過通過同步齒形帶機構與主軸連接。本發(fā)明的優(yōu)點是用電子傳動鏈及軟件替代機械結構的差動機構。簡化了機械結構，簡化了進給傳動鏈，從而也提高了傳動精度。
文檔編號B23G1/44GK101870015SQ201010195478
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權日2010年6月8日
發(fā)明者常軍, 惠海峰, 王宏, 趙俊友, 魯守浩, 黃志偉 申請人:蘭州機床廠