專利名稱：一種折線繩槽卷筒的加工方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種折線繩槽卷筒的加工方法及裝置，屬于卷筒加工制造領域。
背景技術：
在起重機、提升機等設備中，卷筒用于纏繞鋼絲繩以提升重物。對于直徑較大、提升較重物體的卷筒，其圓周往往加工有繩槽以便于鋼絲繩的排列。繩槽可以加工成連續(xù)螺旋形狀，但這種螺旋形狀的繩槽常常引起鋼絲繩的纏繞糾結，造成亂繩，加劇鋼絲繩的摩擦和磨損，降低鋼絲繩的使用壽命。近年來，ー種形狀為折線的卷筒得到了大家的重視并逐步獲得了比較廣泛的應用。折線繩槽是指在一圈繩槽間 距內有與卷筒端板平行的直線段，還有與端板成一定角度的斜線段，直線段與斜線段交替過渡。折線繩槽卷筒適合鋼絲繩的多層卷繞，避免出現(xiàn)夾繩和亂繩現(xiàn)象，顯著提高鋼絲繩的使用壽命和可靠性。但折線卷筒的制造比較復雜，通常采用平板銑削后卷制或改造和更換普通車床的機械結構來實現(xiàn)，設備投入大，成本高，加工效率低，エ件質量差，操作不靈活，特別是對于變節(jié)距的折線繩槽更是難以加工。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有折線繩槽卷筒加工中出現(xiàn)的投入大、成本高、加工效率低、操作不靈活以及制造出的エ件質量差的問題。本發(fā)明為解決上述技術問題而提出一種折線繩槽卷筒的加工方法，該方法的具體步驟如下
1).根據(jù)繩槽的形狀特征，提取描述繩槽特征的參數(shù)包括圈數(shù)、節(jié)距、繩槽半徑、繩槽深度、車刀半徑、吃刀量和進給量；
2).根據(jù)繩槽的特征參數(shù)和機床使用的エ裝及加工參數(shù)計算出刀具位置的控制數(shù)據(jù)；
3).根據(jù)計算出的控制數(shù)據(jù)，模擬刀具的移動軌跡及所要加工的繩槽形狀；
4).根據(jù)機床的縱向和橫向上安裝的零點開關確定縱橫向刀具的位置；
5).采集卷筒的旋轉角度；
6).根據(jù)采集到的旋轉角度，控制縱向電機與卷筒的跟隨狀態(tài)實現(xiàn)折線與直線的交替加工。所述的步驟3)中刀具軌跡三維模擬采用OpenGL開放圖形庫對卷筒、刀具及切屑進行離散處理和建模。所述的步驟3)中在模擬出刀具移動軌跡和繩槽形狀后并利用所模擬出的結果對刀具動作及繩槽形狀進行檢查和修改。所述的步驟3)中刀具軌跡規(guī)劃原則為按照背吃刀量進行分層切削，當同層切削完成后，再繼續(xù)向深層切削，在同一層內，首先從繩槽中心開始切削，然后逐次向左、右切削。在繩槽邊緣處，按照等殘留高度對進刀量進行調整，以保證加工出光滑的繩槽形狀。所述的折線段起始點的確定采用位置比較方式，當?shù)竭_折線起始角度時，觸發(fā)電子齒輪，使刀具隨卷筒旋轉而運動，從而加工出折線段。所述的步驟5)中卷筒旋轉角度的采集是通過定時中斷方式進行，在中斷服務程序中，將讀取到的主軸編碼器脈沖信號進行角度換算以得到卷筒的旋轉角度。本發(fā)明為解決上述技術問題還提出一種折線繩槽卷筒的加工裝置，該折線繩槽卷筒加工裝置包括車床、エ控機、運動控制板卡、主軸編碼器、伺服電機和驅動器，主軸編碼器設置在車床的主軸上，主軸編碼器的輸出端通過運動控制板卡與エ控機的輸入端相連，エ控機的輸出端通過運動控制板卡的控制連接伺服電機，伺服電機通過驅動器與車床上用于切割繩槽的刀具相連。所述的車床上用于切割繩槽的刀具包括縱向刀具和橫向刀具，所述的伺服電機包括縱向電機和橫向電機，縱向電機控制連接縱向刀具，橫向電機控制連接橫向刀具。所述的エ控機包括刀具軌跡模擬模塊，該刀具軌跡模擬模塊用于根據(jù)刀位控制數(shù)據(jù)模擬出刀具移動軌跡及所要加工的繩槽形狀。 所述的エ控機還連接有操作面板，該操作面板通過I/O板卡與エ控機相連，用于設置該系統(tǒng)的參數(shù)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過對折線繩槽形狀及加工過程的分析，提取出影響加工的特征參數(shù)井根據(jù)這些特征參數(shù)按照等殘留高度方法進行刀具軌跡規(guī)劃，確定走刀次數(shù)并自動生成加工程序，然后根據(jù)控制程序按規(guī)定的繩槽形狀完成切削。該加工過程不需要人工的參與，自動化程度高，能制造出準確的繩槽形狀，省去了成形刀光順エ序，提高了加工效率和エ件質量。


圖I是本發(fā)明的一種折線繩槽卷筒加工裝置實施例中所使用的系統(tǒng)結構 圖2是本發(fā)明的一種折線繩槽卷筒制造方法的流程 圖3是本發(fā)明實施例中刀具路徑規(guī)劃示意 圖4是本發(fā)明實施例中切削深度調整示意 圖5是本發(fā)明實施例中殘留高度結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進ー步說明。本發(fā)明的一種折線繩槽卷筒加工裝置的實施例
本發(fā)明實施例中折線繩槽卷筒加工裝置的系統(tǒng)組成圖如圖I所示，整個系統(tǒng)包括エ控機、運動控制板卡、I/o (輸入/輸出)板卡、伺服電機及驅動器、主軸編碼器、操作面板和機床本體，エ控機通過運動板卡與縱向電機和橫向電機相連，縱向電機和橫向電機通過各自的驅動器分別與車床上的縱向刀具和橫向刀具相連，主軸編碼器設置在車床的主軸附近，用于采集車床主軸的旋轉角度，主軸編碼器的輸出端通過運動控制板卡與エ控機相連，將采集到的信息傳送給エ控機，該エ控機還通過I/o板卡與操作面板相連，エ控機中包括有刀具軌跡模擬模塊，該刀具軌跡模擬模塊用于根據(jù)刀位控制數(shù)據(jù)模擬出刀具移動軌跡及所要加工的繩槽形狀。本發(fā)明的折線繩槽卷筒加工裝置的工作過程I.通過操作面板將待加工的折線繩槽的有關參數(shù)輸入到エ控機中，エ控機根據(jù)分層切削和等殘留高度方法計算刀具切削次數(shù)和毎次走刀的刀具位置，將每次走刀的刀具初始位置寫入一個數(shù)據(jù)文件中。2.エ控機利用其刀具軌跡模擬模塊，在圖形界面上對刀具運動進行三維動態(tài)顯示，操作人員可以方便直觀地提前觀察刀具的運動和繩槽形狀，對自動生成的刀具路徑和切削動作進行檢驗和校正。3.エ控機在每個采樣周期內讀取卷筒的旋轉角度，到達折線起點時，則向運動控制板卡發(fā)送命令，驅動縱向電機帶動刀具使其與卷筒的旋轉運動聯(lián)動，在規(guī)定角度內切削出折線繩槽。進入直線段繩槽時，取消刀具與卷筒旋轉的聯(lián)動，保持刀具不動，加工出直線繩槽，重復上述過程直至加工出所需的折線繩槽卷筒。本發(fā)明的一種折線繩槽卷筒加工方法的實施例
本發(fā)明的一種折線繩槽卷筒加工方法的具體步驟如下 I.根據(jù)繩槽的形狀特征，提取描述繩槽特征的參數(shù)包括圈數(shù)、節(jié)距、繩槽半徑、繩槽深度、車刀半徑、吃刀量和進給量。2.對這些參數(shù)進行分析處理，根據(jù)分層切削和等殘留高度方法計算刀具切削次數(shù)和毎次走刀的刀具位置，將每次走刀的刀具初始位置寫入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。3.根據(jù)計算出的刀具軌跡，在圖形界面上對刀具運動進行三維動態(tài)顯示，操作人員可以方便直觀地提前觀察刀具的運動和繩槽形狀，對自動生成的刀具路徑和切削動作進行檢驗和校正。4.啟動刀具回零動作，分別驅動縱、橫向運動軸回到零點，然后移動刀具到起刀點，通過點動方式將卷筒旋轉到圖紙上規(guī)定的繩槽起始位置，然后按壓操作面板的按鈕使控制系統(tǒng)記錄下刀具和卷筒的當前位置及角度，在后續(xù)加工過程中以這些初始位置為基準點，準確地實現(xiàn)折線和直線的交替過渡。5.經過前面步驟在獲得起始位置信息和刀具的運動數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)即可自動完成折線繩槽的車削加工。加工過程中，控制系統(tǒng)在每個采樣周期內讀取卷筒的旋轉角度，到達折線起點時，則向運動控制板卡發(fā)送命令，驅動縱向電機帶動刀具使其與卷筒的旋轉運動聯(lián)動，在規(guī)定角度內切削出折線繩槽。進入直線段繩槽時，取消刀具與卷筒旋轉的聯(lián)動，保持刀具不動，加工出直線繩槽。折線加工的程序流程圖如圖3所示。由于繩槽的深度和寬度大于車刀圓弧半徑，完整的繩槽需要多次走刀，走刀次數(shù)及毎次走刀的位置則通過前面的步驟已提前計算并寫入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。當一次走刀完成后，根據(jù)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中已保存的起始位置信息，驅動刀具重新回到起點進行切削，此時的初始位置是在上次起始位置處向左或向右偏移一個進給量。當?shù)毒叩钠鹗嘉恢靡苿拥嚼K槽邊緣時，其進刀量則根據(jù)等殘留高度進行計算并調整，以保證加工出的繩槽具有較高的形狀精度和表面質量。由于繩槽有深度和寬度要求，其形狀需要車刀多次切削才能完成。本發(fā)明采用逐層切削的方式規(guī)劃刀具切削順序。在繩槽深度方向上，從繩槽圓弧中心處進刀，其深度為用戶規(guī)定的背吃刀量。從此處開始，在下ー個切削循環(huán)時，進刀位置逐次向左移動，移動量為用戶選擇的進給量。當?shù)毒咭苿拥嚼K槽左邊緣時，為保證繩槽圓弧的光滑，對本次切削的背吃刀量進行調整，避免過切。繩槽左邊切削完成后，下次切削吋，從繩槽中心向右移動，移動量為設定的進給量，在到達繩槽右邊緣時，進行過切判斷并對背吃刀量和進給量進行調整。通過繩槽左邊和右邊分別切削的方式完成本層的切削，其切削厚度即為預先設定的背吃刀量。本層切削完成后進行下ー層的切削，采用同樣的方式規(guī)劃刀具的移動軌跡。經過逐層切削后可以得到符合要求的繩槽，其刀具移動軌跡如圖3所示。在車刀移動到繩槽邊緣時，為避免過切，造成繩槽形狀超差，需要對車刀的切削深度進行調整。車刀的實際切削深度如圖4所示。O1是繩槽圓弧的圓心，O2是車刀半徑的圓心，A是車刀與繩槽圓弧的切點，根據(jù)圖中幾何關系可計算出車刀插入繩槽的深度BO2，從而保證加工出符合圖紙要求的繩槽。等殘留高度通過控制相鄰軌跡間距使軌跡間的殘留高度均勻一致，獲得較好的加エ質量并提高加工效率。如圖5所示，殘留高度h與兩切削 行的步距f、車刀有效切削半徑r、繩槽半徑R有夫。如果h滿足設定的曲率值，則接受該點為刀位點，否則減小步距計算滿足要求的刀位點，保證切削軌跡線的曲率半徑達到設定值，獲得光滑的繩槽。
權利要求
1.一種折線繩槽卷筒的加工方法，其特征在于該方法的具體步驟如下 1).根據(jù)繩槽的形狀特征，提取描述繩槽特征的參數(shù)包括圈數(shù)、節(jié)距、繩槽半徑、繩槽深度、車刀半徑、吃刀量和進給量； 2).根據(jù)繩槽的特征參數(shù)和機床使用的工裝及加工參數(shù)計算出刀具位置的控制數(shù)據(jù)； 3).根據(jù)計算出的控制數(shù)據(jù)，模擬刀具的移動軌跡及所要加工的繩槽形狀； 4).根據(jù)機床的縱向和橫向上安裝的零點開關確定刀具的起始位置； 5).采集卷筒的旋轉角度，根據(jù)采集到的旋轉角度，控制縱向電機與卷筒的跟隨狀態(tài)實現(xiàn)折線與直線的交替加工。
2.根據(jù)權利要求I所述的折線繩槽卷筒的加工方法，其特征在于所述的步驟3)中刀具軌跡三維模擬采用OpenGL開放圖形庫對卷筒、刀具及切屑進行離散處理和建模。
3.根據(jù)權利要求I或2所述折線繩槽卷筒加工方法，其特征在于所述的步驟3)中在模擬出刀具移動軌跡和繩槽形狀后并利用所模擬出的結果對刀具動作及繩槽形狀進行檢查和修改。
4.根據(jù)權利要求3所述的折線繩槽卷筒的加工方法，其特征在于步驟3)中刀具軌跡規(guī)劃原則為按照背吃刀量進行分層切削，當同層切削完成后，再繼續(xù)向深層切削，在同一層內，首先從繩槽中心開始切削，然后逐次向左、右切削，在繩槽邊緣處，按照等殘留高度對進刀量進行調整，以保證加工出光滑的繩槽形狀。
5.根據(jù)權利要求4所述的折線繩槽卷筒的加工方法，其特征在于折線段起始點的確定采用位置比較方式，當?shù)竭_折線起始角度時，觸發(fā)電子齒輪，使刀具隨卷筒旋轉而運動，從而加工出折線段。
6.根據(jù)權利要求5所述的折線繩槽卷筒的加工方法，其特征在于所述的步驟5)中卷筒旋轉角度的采集是通過定時中斷方式進行，在中斷服務程序中，將讀取到的主軸編碼器脈沖信號進行角度換算以得到卷筒的旋轉角度。
7.一種折線繩槽卷筒的加工裝置，其特征在于該折線繩槽卷筒加工裝置包括車床、工控機、運動控制板卡、主軸編碼器、伺服電機和驅動器，主軸編碼器設置在車床的主軸上，主軸編碼器的輸出端通過運動控制板卡與工控機的輸入端相連，工控機的輸出端通過運動控制板卡的控制連接伺服電機，伺服電機通過驅動器與車床上用于切割繩槽的刀具相連。
8.根據(jù)權利要求7所述的折線繩槽卷筒加工裝置，其特征在于所述的車床上用于切割繩槽的刀具包括縱向刀具和橫向刀具，所述的伺服電機包括縱向電機和橫向電機，縱向電機控制連接縱向刀具，橫向電機控制連接橫向刀具。
9.根據(jù)權利要求8所述的折線繩槽卷筒的加工裝置，其特征在于所述的工控機包括刀具軌跡模擬模塊，該刀具軌跡模擬模塊用于根據(jù)刀位控制數(shù)據(jù)模擬出刀具移動軌跡及所要加工的繩槽形狀。
10.根據(jù)權利要求9所述的折線繩槽卷筒的加工裝置，其特征在于所述的工控機還連接有操作面板，該操作面板通過I/o板卡與工控機相連，用于設置該系統(tǒng)的參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種折線繩槽卷筒的加工方法及裝置，該方法通過對折線繩槽形狀及加工過程的分析，提取出影響加工的特征參數(shù)并根據(jù)這些特征參數(shù)按照等殘留高度方法進行刀具軌跡規(guī)劃，確定走刀次數(shù)并自動生成加工程序，然后根據(jù)控制程序按規(guī)定的繩槽形狀完成切削，工控機根據(jù)采集卷筒的旋轉角度，到達折線段時，驅動縱向電機隨旋轉的卷筒而移動，切削出折線形狀，當折線段結束時，縱向電機關閉與卷筒的隨動關系，刀具不動，從而切削出直線形狀，通過控制縱向電機與卷筒的跟隨狀態(tài)實現(xiàn)折線與直線的交替加工，直至達到折線繩槽卷筒規(guī)定的圈數(shù)。該加工過程不需要人工的參與，自動化程度高，能制造出準確的繩槽形狀，省去了成形刀光順工序，提高了加工效率和工件質量。
文檔編號B23Q15/00GK102672203SQ20121001064
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月15日 優(yōu)先權日2012年1月15日
發(fā)明者余永健, 劉紅彬, 司東宏, 尹東軍, 庫祥臣, 薛玉君 申請人:河南科技大學