《数控 专题报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控 专题报告（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要智能寻位加工技术是近年来发展起来的一种先进技术，它崭新的“固定-寻位- 加工”制造模式代替传统的“定位-夹紧 -加工”制造模式的重要基础。本文研究了沿工件原有螺纹沟槽上进行螺纹数控加工的对刀问题，通过对螺纹数控加工（车削）理论的分析得出要完成这类工件的加工其关键是要实现主轴零位信号位置与工件原有螺纹螺旋线的起点一致。介绍了可以实现零位信号位置与螺纹螺旋线的起点相一致的三种可行的对刀方法的原理。在这三种对刀方法则是利用智能寻位技术的“寻位加工”的方法。对于手动对刀和半自动对刀两种方法，本文提出了具体的实现方案，并介绍了对手动对刀和半自动对刀的实验的情况，实验表明，这两种方法在实践上是可行的
2、。关键词：数控车床 螺纹加工 光电编码器 零位信号 螺纹螺旋线 智能寻位 动态校正 实时补偿引言在机器和部件中，螺纹零件广泛应用来连接和转动。螺纹时在圆柱和圆锥表面上沿螺旋线形成的具有相同剖面形状的连续凸起（牙） 。螺纹加工方法较多，通常在车床和铣床上加工。螺纹的种类有多种：固定螺距螺纹和变螺距螺纹，单线螺纹和多线螺纹，外螺纹和内螺纹等。本课题所要研究的是利用数控车床在原有螺旋线上进行螺纹加工的对刀方法。1 螺纹的加工简介1.1 螺纹加工（车削）原理简介车削加工是机械加工中应用最为广泛的方法之一，主要用于回转类零件的加工，车床是完成车削加工的装备。车削加工的主要运动通常是工件的旋转运动，进给运
3、动通常由刀具的直线移动来实现。螺纹加工是车床的基本功能之一。1.1.1 普通车床加工螺纹车床要切削出需要的螺纹，就要保证主轴转一圈，刀架带动车刀移动一个被加工螺纹的螺距，主轴与刀架之间的这种严格关系是普通车床上由由内联系传动链来实现的，其进给传动链如图 1.1 所示。加工进给运动通过机械传动链：主轴挂轮、进给箱内离合器、丝杆、刀架和刀具来实现。主轴转一转，刀架移动一个螺距 t，在此基础上可列出车螺纹时的运动平衡式：式中 u 进从主轴到丝杆之间全部传动副的总传动比t 丝机床丝杆的导程， mm刀架移动的距离（螺距） ，mm加工不同螺纹螺距时，只需调整 u 进即可，其利用换置机构可实现。由于 u 进
4、的数值受到传动链中传动副的影响，仅仅是有限的几个数值，因此车削的螺纹螺距有限。车削加工螺纹时，一般需要经过几次切削才能达到加工要求，因此要注意每次切削时进刀点要一致，即每次要保证螺纹螺旋线的起点切入，否则就会损坏已经切好的螺纹沟槽，造成通常所说白筛乱扣现象。1.1.2 数控车床加工螺纹在数控车床中加工螺纹时，其加工进给不是采用机械传动链实现的，而是通过主轴、编码器、数控系统、进给驱动装置、进给电机、丝杆、刀架、刀具来实现螺纹加工。数控系统依据检测到的主轴旋转信号，控制电动机的进给，实现车螺纹所要求的比例关系，切削出符合要求的螺纹。为此应解决三个问题：主轴转一圈，刀架带动螺纹车刀在 Z 向精确地
5、移动一个螺距 t。螺纹加工一般要经过多次切削才能完成，为了防止乱扣，每次进刀饿、位置必须相同。切削多头螺纹时，应能精确分度。为解决这三个问题，数控车床是采用增量式光电编码器为主轴脉冲发生器，安装于车床主轴箱内，由主轴经过齿轮或同步齿轮带动驱动，实现 1:1 的传动。主轴旋转时，编码器与主轴同步旋转，同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号，其实是控制螺纹加工时刀具运动的重要信号。增量式光电编码器是一种将角位移转换成对应数字脉冲信号，集传感器和模数转换与一体的数字式测角仪，其输出的脉冲信号均为 TTL 电平，可与计算机接口电路兼容，增量式光电编码器（图 1.2）主要由光电盘、光电元件、聚光镜以及发光源
6、等组成。光电元件 A 和B 错开 90安装，当光电盘旋转一个节距时，在光源照射下，光电元件 A 相和 B 相得到波形输出，为具有 90相位差的正弦波，经放大整形 A 相和 B 相可得到具有 90相位差的输出方波。数控系统根据 A 相和 B 相的相位关系判别编码器的旋转方向，从而获得车床主轴旋转方向。C 相产生一个零位脉冲作为基准脉冲，称为零位脉冲。编码器旋转一圈，在固定位置 C 相产生一个零位脉冲，此脉冲信号可作为螺纹多次切削加工的同步控制信号。车削螺纹时，主轴转一圈，编码器 C 相产生一个零位脉冲同步信号，在每次进刀前，扫描C 相同步信号。数控系统检测到 C 相信号到来时开始切削，否则处于等
7、待状态。这样就保证每次切削的初始位置在被加工工件圆周的某一定点位置上，防止了多次切削乱扣现象发生。对多头螺纹的切削，可以将 A 相信号与 C 相信号结合起来进行多条的分度。主轴转一圈A 相输出 N 个脉冲，若切削 k 头螺纹，则按 N/k 分度。其具体实施是，一条螺纹以 C 相信号作为切削开始点切削完成后，切削第二条螺纹时扫描到 C 相信号后，再接着扫描 A 相信号的第 N/k 个脉冲，以此位置作为第二条螺纹的切削开始点。依次类推，切削 k 条螺纹时，依据 C 相信号和 A 相的（k-1）*(N/k) 个脉冲处作为切削开始点，直到 k 条螺纹全部切削完成。主轴脉冲发生器与主轴同步旋转，数控系统
8、可根据螺纹导程 t 和主轴脉冲信号，控制刀具在 z 方向进给，以确保主轴转一圈，刀具在 z 向进给一个螺距，其原理是将对应主轴每转的编码器 A 相脉冲数 N 与对应螺距 t 所需的进给脉冲量数 L 的比值 N/L（由数控系统计算）作为计数常数，存入计数器中。车削螺纹时主轴旋转，数控系统每接收到主轴吗、编码器送来的（N/L）值个 A 相脉冲，就发出一个进给脉冲，使刀具沿 z 向进给 t/L，这样就实现了主轴转一圈，螺纹车刀精确地 z 向进给一个螺距。数控车床进行螺纹加工时，控制结构简图如图 1.3 所示。车床主轴以某一固定速度带动工件旋转，数控系统根据螺纹切削工艺流程首先将刀架移动到某一固定坐标
9、位置，如图中a 点，然后发出 X 方向切削进给命令开始螺纹加工工作循环。循环第一步：刀架沿 X 方向进给切屑位置。此时 z 向伺服控制等待由主轴编码器发出来的零位脉冲同步信号，刀架的 X，z 伺服控制器均处电气锁零定位状态，刀架静止不动。第二步：CNC 收到主轴编码器零位脉冲，z 向伺服控制器立即起动刀架，按数控系统发来的由主轴编码器 A，B 脉冲和螺距及螺纹长度计算出的 z 向进给运动速度和位移量进行螺纹切削加工。第三步：到达螺纹长度坐标时，z 向伺服立即制动停止，同时 X 向伺服 驱动刀架快速退出。第四步：z 向伺服驱动刀架退回到加工起始坐标位置，准备进入下一工作循环。为获得较高螺纹加工精
10、度，一般进行多次循环。每一循环中 a,b,c,d 四点的 z 坐标不变，X坐标依次递增一个该循环的切削深度增量。零位脉冲同步目的在于保证使各循环螺纹切削的刀具切入点保持一致。1.2 数控车床切削螺纹存在的问题和本课题研究的内容在螺纹数控车削加工中，主轴零位信号极为重要，它是保证在螺纹加工中不产生乱扣的唯一控制信号。用主轴零位脉冲信号控制可较好地解决螺纹加工中的“乱扣”问题，但其也有局限性，对于现实中广泛存在着需按工件上原有落伍螺旋线基础上再进行加工的工件的数控加工，如石油钻杆旧螺纹的修复加工，丝杆精加工等，由于其需要在原有螺纹沟槽基础上进行加工，工件安装定位时很难保证主轴零位信号发生位置与原有
11、的螺纹螺旋线起点象一致，因此此用零位脉冲信号控制就不能实现上述零件加工。按照传统的“定位-夹紧-加工”这一制造操作模式，为了保证加工的尺寸精度以及加工表面对其它表面的位置精度，加工时必须使工件相对于刀具切削成形运动处于准确的位置，并使这一既定位置在加工过程中保持恒定，此即为定位和夹紧，然后然后才能开始加工。用数控加工方法进行沿已有螺纹螺旋线加工螺纹时，为了能沿着原有的螺纹沟槽切削，工件在安装时，必须保证螺纹螺旋线的起点和主轴上光电编码器的零位信号位置一致，而在实际操作中，由于主轴上光电编码器的零位信号位置对于操作者来说是未知的，这样实现这个定位就是不可能的，工件不定位，后续的加工就不可能完成。
12、如何在上述情况下使工件实现定位以完成对工件的数控加工，或者直接在工件不定位的情况下实现车刀能在螺纹螺旋线的起点切入进行切削，完成对工件的数控加工，这就引出了一个对刀问题，这就是本论文的研究内容。对于在工件不定位的情况下进行对工件的加工，用传统的“定位-夹紧- 加工” 。制造操作模式不能解决。在先进制造技术敏捷制造（AM）中所用的一种加工技术智能寻位加工技术，也称无夹具制造，可以解决在工件不定位的情况下进行对工件的加工。于传统的“固定-寻位- 加工”与“定位-夹紧- 加工”有着重大差别，它以主动寻位代替被动定位，以顺应实现灵活加工代替按既定关系强制加工，所以智能寻位加工采用的“固定-寻位- 加工”模式是一种全新的制造操作模式。2 几种可采用对刀方法
