專利名稱：加速螺紋切削循環(huán)加工的cnc車床機(jī)械感測(cè)與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可加速螺紋切削循環(huán)加工的CNC車床機(jī)械感測(cè)與控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于車床大多用以加工形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱的工件，因此程序大多為人工編寫為主。然而，為了人工編寫程序代碼方便，因此發(fā)展許多加工用的指令，以簡(jiǎn)化人工編寫的復(fù)雜度，同時(shí)減低編程錯(cuò)誤的發(fā)生率。其中又以車削螺絲等工件，所使用的螺紋車削循環(huán)指令為最常使用的指令之一。一般而言，由于刀具壽命與加工質(zhì)量種種因素的考慮，車制螺紋均需多次的螺紋車削循環(huán)，依照每次車削循環(huán)所指定的進(jìn)給深度，逐步加深車削深度，即可車制出所設(shè)計(jì)的螺牙工件。如圖1所示，一次的螺紋車削循環(huán)其詳細(xì)動(dòng)作分解:
動(dòng)作一:在循環(huán)前先將刀具快速定位至IA點(diǎn)(起始點(diǎn))；
動(dòng)作二:快速移動(dòng)刀具下降至指定車削深度IB點(diǎn)，以便接觸棒材準(zhǔn)備進(jìn)行車制螺紋的動(dòng)作；
動(dòng)作三:利用主軸夾持棒材旋轉(zhuǎn)與線性軸Z軸進(jìn)給速率的匹配，將刀具由IB點(diǎn)車削至IC點(diǎn)，以便在棒材上車削出一圈圈的螺旋紋路；
動(dòng)作四:依照所指定的退刀距離以及退刀角度，將刀具快速拉離工件表面，直到刀具返回起始點(diǎn)高度，即為將刀具由IC點(diǎn)經(jīng)至ID點(diǎn)返回IE點(diǎn)；
動(dòng)作五:刀具快速由IE點(diǎn)返回IA點(diǎn)(起始點(diǎn))準(zhǔn)備下一次的車削循環(huán)動(dòng)作。車床絕大多數(shù)有大量生產(chǎn)的需求以及快速加工的特性，因此針對(duì)機(jī)電部分的整合與加工參數(shù)的調(diào)校，便成為業(yè)界中極為重要的知識(shí)。然而機(jī)臺(tái)機(jī)構(gòu)特性、主軸馬達(dá)轉(zhuǎn)速限制、刀具種類、加工棒材等因素，都將影響加工參數(shù)設(shè)定值，通常必須依賴車床加工者的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以縮短整體加工時(shí)間，取得良好的加工效率。而先前所述的螺紋切削循環(huán)動(dòng)作，其整體加工時(shí)間由車牙時(shí)間和快速定位時(shí)間兩部分所組成。車牙段的時(shí)間，主要由主軸轉(zhuǎn)速與牙距所決定，但由于牙距的設(shè)定將決定所車制成的工件外型，因此都是由提高主軸轉(zhuǎn)速以加快車牙速度。另外，快速定位的時(shí)間也和機(jī)臺(tái)各軸向所能承受的速度、加速度、加加速度等運(yùn)動(dòng)條件有關(guān)。因此都是經(jīng)由多次的機(jī)臺(tái)機(jī)構(gòu)與參數(shù)調(diào)整，以取得可接受的加工質(zhì)量與加工效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可加速螺紋切削循環(huán)加工的CNC車床機(jī)械感測(cè)與控制系統(tǒng)。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
加速螺紋切削循環(huán)加工的CNC車床機(jī)械感測(cè)與控制系統(tǒng)，特點(diǎn)是:至少包含一刀具位置感測(cè)裝置和一 CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置，所述刀具位置感測(cè)裝置包含一光電訊號(hào)位置轉(zhuǎn)換器、一單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元、一快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元和一傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元；所述CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置包含一,決動(dòng)單節(jié) 終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元、一加減速特性與伺服落后估測(cè)單元、一控制器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元、一同動(dòng)訊號(hào)接收單元、一插補(bǔ)運(yùn)算器和一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元；
刀具位置感測(cè)裝置架設(shè)于CNC車床機(jī)臺(tái)上，接受外部機(jī)臺(tái)實(shí)體軸向的脈沖模擬訊號(hào)，輸入至光電訊號(hào)位置轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為位置信息，以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握實(shí)際刀具位置并將當(dāng)前刀具位置紀(jì)錄于單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元，同時(shí)將實(shí)際移動(dòng)距離傳輸至快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元；另一方面，CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置，則通過(guò)快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元，將目前于機(jī)臺(tái)上所運(yùn)行的快速移動(dòng)單節(jié)的目標(biāo)移動(dòng)距離，同步傳輸至快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元，繼而，快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元?jiǎng)t接收由單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元和快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元的實(shí)際移動(dòng)距離與目標(biāo)移動(dòng)距離，直到當(dāng)機(jī)臺(tái)上的刀具已確實(shí)偵測(cè)達(dá)到脫離工件的安全高度后，隨即通知傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元，傳遞一同動(dòng)訊號(hào)至同動(dòng)訊號(hào)接收單元，插補(bǔ)運(yùn)算器規(guī)劃各軸向的同動(dòng)情形，最后由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)機(jī)臺(tái)實(shí)體軸向的移動(dòng)。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在:
通過(guò)軸向同動(dòng)定位的運(yùn)動(dòng)原理，利用軸向快速同動(dòng)的方式，將定位路徑優(yōu)化，縮減定位時(shí)間，即可在不減低定位精度的情況下，大幅度改善整體螺紋切削循環(huán)的加工效率。廣泛適用于CNC車床上，可有效加速螺紋切削循環(huán)執(zhí)行快速定位移動(dòng)的過(guò)程，進(jìn)而達(dá)到改善整體加工效能的目的，節(jié)省不必要的能源消耗，節(jié)約加工時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1:背景技術(shù)的螺紋切削循環(huán)動(dòng)作示意 圖2:本發(fā)明螺紋切削循環(huán)動(dòng)作示意 圖3:本發(fā)明CNC車 床機(jī)械感測(cè)與控制系統(tǒng)的構(gòu)造示意圖。
具體實(shí)施例方式由于在車牙循環(huán)中，有多次快速定位的需求。而一般的快速定位運(yùn)動(dòng)，由于必須時(shí)常切換定位方向的緣故，在轉(zhuǎn)角銜接處必發(fā)生減速現(xiàn)象。而螺紋切削循環(huán)過(guò)程中，因?yàn)榇嬖谠S多快速定位動(dòng)作，造成過(guò)多頻繁的加減速，導(dǎo)致加工效能低下。本發(fā)明通過(guò)軸向同動(dòng)定位的運(yùn)動(dòng)原理，縮減定位時(shí)間，即可在不減低定位精度的情況下，大幅度改善整體螺紋切削循環(huán)的加工效率。如圖3所示，加速螺紋切削循環(huán)加工的CNC車床機(jī)械感測(cè)與控制系統(tǒng)，至少包含一刀具位置感測(cè)裝置31和一 CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置32，所述刀具位置感測(cè)裝置31包含一光電訊號(hào)位置轉(zhuǎn)換器311、一單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元312、一快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元313和一傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元314 ;所述CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置32包含一快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元321、一加減速特性與伺服落后估測(cè)單元322、一控制器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元323、一同動(dòng)訊號(hào)接收單元324、一插補(bǔ)運(yùn)算器325和一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元326 ；
刀具位置感測(cè)裝置31主要作用為動(dòng)態(tài)擷取使用者于螺紋切削循環(huán)加工時(shí)，實(shí)際機(jī)臺(tái)刀具位置，其光電訊號(hào)位置轉(zhuǎn)換器311，用以接受外部機(jī)臺(tái)實(shí)體軸向的脈沖等模擬訊號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為位置信息；單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元312，記載當(dāng)前刀具位置；快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元313，用以決定傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送時(shí)機(jī)；傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元314，發(fā)送傳感器端的同動(dòng)訊號(hào)至同動(dòng)訊號(hào)接收單元324。 CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置32主要作用為控制機(jī)臺(tái)刀具運(yùn)行，并于螺紋切削循環(huán)加工時(shí)，若偵測(cè)出控制裝置本身或是外部刀具位置感測(cè)裝置發(fā)出同動(dòng)訊號(hào)，即可產(chǎn)生同動(dòng)快速定位的效果，其快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元321，通知傳感器與控制器本身當(dāng)前的快速移動(dòng)單節(jié)的軸向目標(biāo)移動(dòng)位置；一加減速特性與伺服落后估測(cè)單元322，將計(jì)算快速移動(dòng)運(yùn)動(dòng)的各軸向伺服落后量，以避免直接的命令規(guī)劃造成撞機(jī)現(xiàn)象；控制器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元323，發(fā)送控制器端的同動(dòng)訊號(hào)至同動(dòng)訊號(hào)接收單元324 ；同動(dòng)訊號(hào)接收單元324，用以接收來(lái)自傳感器端或是控制器端所傳遞的同動(dòng)訊號(hào)；插補(bǔ)運(yùn)算器325，規(guī)劃各軸向的同動(dòng)情形；馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元326，以驅(qū)動(dòng)機(jī)臺(tái)實(shí)體軸向的移動(dòng)。 刀具位置感測(cè)裝置31架設(shè)于CNC車床機(jī)臺(tái)上，接受外部機(jī)臺(tái)實(shí)體軸向的脈沖模擬訊號(hào)，輸入至光電訊號(hào)位置轉(zhuǎn)換器311將其轉(zhuǎn)換為位置信息，以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握實(shí)際刀具位置并將當(dāng)前刀具位置紀(jì)錄于單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元312，同時(shí)將實(shí)際移動(dòng)距離傳輸至快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元313 ;另一方面，CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置32，則通過(guò)快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元321，將目前于機(jī)臺(tái)上所運(yùn)行的快速移動(dòng)單節(jié)的目標(biāo)移動(dòng)距離，同步傳輸至快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元313，繼而，快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元313則接收由單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元312和快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元321的實(shí)際移動(dòng)距離與目標(biāo)移動(dòng)距離，直到當(dāng)機(jī)臺(tái)上的刀具已 確實(shí)偵測(cè)達(dá)到脫離工件的安全高度后，隨即通知傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元314，傳遞一同動(dòng)訊號(hào)至同動(dòng)訊號(hào)接收單元324，插補(bǔ)運(yùn)算器325規(guī)劃各軸向的同動(dòng)情形，最后由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元326驅(qū)動(dòng)機(jī)臺(tái)實(shí)體軸向的移動(dòng)。利用軸向快速同動(dòng)的方式，將定位路徑優(yōu)化，以縮短加工時(shí)間。其軸向快速同動(dòng)過(guò)程，通過(guò)上述CNC車床機(jī)械感測(cè)與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，螺紋切削循環(huán)動(dòng)作過(guò)程如下:
動(dòng)作一:在循環(huán)前先將刀具快速定位至2A點(diǎn)(起始點(diǎn))；
動(dòng)作二:快速移動(dòng)刀具下降至指定車削深度2B點(diǎn)，以便接觸棒材準(zhǔn)備進(jìn)行車制螺紋的動(dòng)作；
動(dòng)作三:利用主軸夾持棒材旋轉(zhuǎn)與線性軸Z軸進(jìn)給速率的匹配，將刀具由2B點(diǎn)車削至2C點(diǎn)，以便在棒材上車削出一圈圈的螺旋紋路；
動(dòng)作四:依照使用者所指定的退刀距離以及退刀角度，將刀具由2C點(diǎn)快速拉離工件表面至2D點(diǎn)，此時(shí)便產(chǎn)生軸向同動(dòng)指令，直到刀具返回起始點(diǎn)高度2E點(diǎn)；
動(dòng)作五:刀具快速移動(dòng)由2E點(diǎn)至2F點(diǎn),此時(shí)便產(chǎn)生軸向同動(dòng)指令,將刀具快速由2F點(diǎn)返回2G點(diǎn)(新起始點(diǎn))準(zhǔn)備下一次的車削循環(huán)動(dòng)作。圖2示意了由2C點(diǎn)經(jīng)2D點(diǎn)至2E點(diǎn)的運(yùn)作原理。另夕卜，由2E點(diǎn)經(jīng)2F點(diǎn)，返回2G點(diǎn)(新起始點(diǎn))亦遵循類似的動(dòng)作原理。差別在于由刀具位置感測(cè)裝置31中的傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元314發(fā)出同動(dòng)訊號(hào)以CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置32中的控制器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元323送出同動(dòng)訊號(hào)。其原因來(lái)自于機(jī)臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性，使得軸向輸入命和輸出響應(yīng)之間必存在伺服落后的現(xiàn)象。為克服此問(wèn)題，在先前由2C點(diǎn)經(jīng)2D點(diǎn)至2E點(diǎn)的定位過(guò)程，是以刀具位置感測(cè)裝置31擷取實(shí)際移動(dòng)位置的方式，防止用命令規(guī)劃的方式做同動(dòng)，導(dǎo)致提早移動(dòng)進(jìn)而發(fā)生撞機(jī)的情況。然而必須根據(jù)新起始點(diǎn)位置2G，因此無(wú)法直接以由2C點(diǎn)經(jīng)2D點(diǎn)至2E點(diǎn)的相同運(yùn)作原理。因此其實(shí)現(xiàn)方式，必須配合CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置32中的加減速特性與伺服落后估測(cè)單元322，將計(jì)算快速移動(dòng)運(yùn)動(dòng)的各軸向伺服落后量以估測(cè)2F點(diǎn)的位置。也就是快速定位至何處時(shí)，即應(yīng)由控制器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元323產(chǎn)生一同動(dòng)訊號(hào)，送至插補(bǔ)運(yùn)算器325規(guī)劃各軸向的同動(dòng)情形，最后再以馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元326驅(qū)動(dòng)機(jī)臺(tái)實(shí)體軸向的移動(dòng)。綜上所述，本發(fā)明裝置廣泛適用于CNC車床上，可有效加速螺紋切削循環(huán)執(zhí)行快速定位移動(dòng)的過(guò)程，進(jìn)而達(dá)到改善整體加工效能的目的，節(jié)省不必要的能源消耗。需要強(qiáng)調(diào)的是:以上僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.加速螺紋切削循環(huán)加工的CNC車床機(jī)械感測(cè)與控制系統(tǒng)，其特征在于:至少包含一刀具位置感測(cè)裝置(31)和一 CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置(32)，所述刀具位置感測(cè)裝置(31)包含一光電訊號(hào)位置轉(zhuǎn)換器(311)、一單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元(312)、一快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元(313)和一傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元(314);所述CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置(32)包含一快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元(321)、一加減速特性與伺服落后估測(cè)單元(322)、一控制器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單兀(323)、一同動(dòng)訊號(hào)接收單兀(324)、一插補(bǔ)運(yùn)算器(325)和一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元(326)； 刀具位置感測(cè)裝置(31)架設(shè)于CNC車床機(jī)臺(tái)上，接受外部機(jī)臺(tái)實(shí)體軸向的脈沖模擬訊號(hào)，輸入至光電訊號(hào)位置轉(zhuǎn)換器(311)將其轉(zhuǎn)換為位置信息，以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握實(shí)際刀具位置并將當(dāng)前刀具位置紀(jì)錄于單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元(312)，同時(shí)將實(shí)際移動(dòng)距離傳輸至快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元(313);另一方面，CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置(32)，則通過(guò)快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元(321)，將目前于機(jī)臺(tái)上所運(yùn)行的快速移動(dòng)單節(jié)的目標(biāo)移動(dòng)距離，同步傳輸至快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元(313)，繼而，快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元(313)則接收由單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元(312)和快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元(321)的實(shí)際移動(dòng)距離與目標(biāo)移動(dòng)距離，直到當(dāng)機(jī)臺(tái)上的刀具已確實(shí)偵測(cè)達(dá)到脫離工件的安全高度后，隨即通知傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元(314)，傳遞一同動(dòng)訊號(hào)至同動(dòng)訊號(hào)接收單元(324)，插補(bǔ)運(yùn)算器(325)規(guī)劃各軸向的同動(dòng)情形，最后由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元326驅(qū)動(dòng)機(jī)臺(tái)實(shí)體軸向的移 動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及加速螺紋切削循環(huán)加工的CNC車床機(jī)械感測(cè)與控制系統(tǒng)，刀具位置感測(cè)裝置作用為動(dòng)態(tài)擷取使用者于螺紋切削循環(huán)加工時(shí)實(shí)際機(jī)臺(tái)刀具位置，包含光電訊號(hào)位置轉(zhuǎn)換器、單節(jié)實(shí)際位置儲(chǔ)存單元、快動(dòng)單節(jié)剩余距離測(cè)量單元和傳感器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元；CNC車床機(jī)構(gòu)控制裝置作用為控制機(jī)臺(tái)刀具運(yùn)行，并于螺紋切削循環(huán)加工時(shí)，偵測(cè)出控制裝置本身或是外部刀具位置感測(cè)裝置發(fā)出同動(dòng)訊號(hào)，產(chǎn)生同動(dòng)快速定位的效果，包含快動(dòng)單節(jié)終點(diǎn)與同動(dòng)目標(biāo)位置通知單元、加減速特性與伺服落后估測(cè)單元、控制器同動(dòng)訊號(hào)發(fā)送單元、同動(dòng)訊號(hào)接收單元、插補(bǔ)運(yùn)算器和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元。該裝置有效加速螺紋切削循環(huán)于執(zhí)行快速定位移動(dòng)的過(guò)程，改善整體加工效能。
文檔編號(hào)B23Q15/00GK103231277SQ20131013340
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者李柏瑩 申請(qǐng)人:蘇州新代數(shù)控設(shè)備有限公司