CN101698236A - 数控气动车床 - Google Patents

Abstract

一种数控气动车床。它以压缩空气为进给运动的动力，进给运动的速度由液压阻尼的流量来决定，而液压阻尼的流量由伺服电磁阀控制。计算机控制伺服电磁阀的输入电信号，和进给气缸供气电磁阀的换向动作。安装在主导轨和刀架滑块直线导轨槽中的位置传感器随时检测轴向运动和径向运动的位置，动态反馈到计算机中与程序设定值进行比较，计算机据此纠正输入伺服电磁阀信号，以保证所需的进给运动速度。

Description

数控气动车床

技术领域

本发明是一种数控气动车床，它以压缩空气为刀架进给运动驱动动力，并通过伺服电磁阀对气缸液压阻尼的流量进行调节来控制进给运动的位置和速度。由于它是通过计算机根据位置检测信号与程序设定量进行比较来实时调整伺服电磁阀的信号，所以它是一种带反馈的闭环控制并联数控机床。

背景技术

传统车床进给运动由主轴电机通过丝杆传动，其传动速度比由齿轮减速机构确定。这种传动方式的缺点是：传动机构复杂，传动部件在系统里是一级一级串联，传动部件间隙有误差累积，工艺成本较大；而且传动链越长机床的动态响应性能越差；另外，高度运转时还会产生噪音和振动问题。

近年来一些高档的数控机床中开始采用直线电机作为单独的驱动动力，其进给运动与主轴的伺服电机运动是独立的，不需要复杂的机械传动机构，也没有传动误差累积。但是，直线电机由于依靠电磁驱动，有发热的问题，其缺点是能量效率低，而且需要增加冷却装置。另外还可能要考虑强磁场的隔磁问题。

气动技术在机床中的应用可以大大地提高效率，但是一般它只是作为换刀、自动上料或夹紧、快速开门等辅助运动的动力。如果车床使用气动动力来做进给运动的动力的话，那么它只能提供不可准确控制速度单轴直线运动轨迹，其定位通常要靠挡块来实现。这种气动车床对于简单的圆柱轮廓加工能极大地提高效率，也可以通过程序控制进给运动的顺序，是一种低成本高效的数控机床，但是对于复杂的轮廓，这种机床就无法顺利完成加工了。

发明内容

为了减小传统车床因为传动副间隙造成的误差累积，减少部件数量，降低成本，本发明提供了一种液压阻尼数控车床的解决方案。这种液压阻尼数控车床以清洁高效的压缩空气为进给运动的动力，其运动位置和速度依靠调节液压阻尼的流量来控制，不需要丝杆等传动机构，没有累积的传动误差。

轴向和径向进给运动各由一个带液压阻尼的气缸驱动，计算机程序预先根据两个气缸需要的运动速度，换算为液压阻尼腔的所需的流量，然后根据这个流量换算为伺服电磁阀的输入电信号，因此计算机只要控制伺服电磁阀的输入信号，就能够得到所需要的进给运动速度。另外，在刀架和刀架滑块，刀架滑块和主导轨之间安装了位置传感器如光栅尺，可以将实际的进给运动速度动态地反馈给计算机，计算机将实际速度与程序设定的速度进行比较，如果实际进给速度因为负载的变化而有所偏差的话，计算机能够立即调整伺服电磁阀的控制信号。当进给运动为轴向和径向同时发生时，进给运动的精度取决于伺服电磁阀的动态响应特性。

本发明所述的数控阻尼气动车床相对于传统主轴电机加减速传动机构来控制进给运动的方式，结构简单，效率高，没有传动误差。相对于伺服电机加丝杆传动控制进给运动的方式，本发明所述的数控阻尼气动车床结构相对简单。相对于直线电机驱动进给运动的方式，本发明所述的数控阻尼气动车床不需要考虑冷却和隔磁，能量效率高，成本低。在精度要求不高的切削加工中，本发明所述的数控气动车床有较高的经济性。

附图说明

图1是本发明的一种实施方案的机床结构图，为了反映气动电磁阀的安装位置，这个图是在机床的操作面板的对面观察的轴测图。

图中1.刀架，2.工件，3.卡盘，4.主轴伺服电机，5.轴向进给气缸，6.主轴架，7.轴向进给气缸阻尼电磁阀，8.轴向进给气缸前端供气电磁阀，9.轴向进给气缸后端供气电磁阀，10.径向进给气缸后端供气电磁阀，11.径向进给气缸前端供气电磁阀，12.主导轨，13.径向进给气缸阻尼电磁阀，14.径向进给气缸，15.径向进给气缸支架，16.刀架滑块。

图2是本发明的轴向进给运动电气控制图。

图中SV1为轴向进给气缸阻尼伺服电磁阀，SV2，SV3为轴向进给气缸后端和前端气口电磁阀。

引脚1为计算机输入SV1控制信号的端口，引脚5为位置传感器信号输出端口，引脚2为位置反馈信号输入端口，引脚3，4分别为轴向进给气缸后端和前端气口电磁阀控制信号端口。

图3是本发明的径向进给运动电气控制图。

SV4，SV5为径向进给气缸后端和前端气口电磁阀，SV6为径向进给气缸阻尼伺服电磁阀。

引脚6为计算机输入SV6控制信号的端口，引脚10为位置传感器信号输出端口，引脚7为位置反馈信号输入端口。

具体实施方式

刀架(1)安装在刀架滑块(16)上的直线导轨槽中，由径向进给气缸(14)驱动刀架沿着刀架滑块(16)上的直线导轨槽做径向进给运动。刀架滑块(16)安装在主导轨(12)上，并由轴向进给气缸(5)驱动刀架滑块(16)沿着主导轨(12)做轴向进给运动。

当车床开始做轴向和径向进给运动时，计算机程序通过引脚1和引脚6输入伺服电磁阀SV1和SV6控制电信号，设定阻尼腔的流量；同时发信号给SV2和SV4，在进给气缸前端通气，活塞杆缩回，液压腔的液体通过阻尼伺服电磁阀单向节流孔排出到蓄油器中。然后安装在主导轨(12)和刀架滑块(16)直线导轨槽中的位置传感器检测到位置信号，反馈位置信号通过引脚2和引脚9输入比较放大器进行比较；计算机程序再根据偏差情况调整SV1和SV6控制电信号。

当车床需要切削螺纹时，计算机同时发出信号控制主轴伺服电机(4)的转速和轴向进给速度成一定的比例。

当进给运动结束时，计算机控制进给气缸电磁阀换向，同时蓄油器通过轴向进给气缸阻尼伺服电磁阀(7)和径向进给气缸阻尼伺服电磁阀(13)快速向液压阻尼腔快速补油，进给气缸活塞杆快速伸出。

本发明所提及的液压阻尼形式只是其中一种实施方式，本发明可以采用其它并联或串联形式的液压阻尼。

Claims (6)

1.一种数控气动车床，其特征是：主轴旋转运动采用伺服电机驱动，刀架的轴向进给和径向进给运动由两个液压阻尼气缸驱动刀架在直线导轨上运动来实现，两个气缸活塞杆的运动位置和速度由伺服电磁阀控制的液压阻尼流量来决定，伺服电机和气缸活塞杆的运动由计算机程序控制的。

2.根据权利要求1所述的数控气动车床，其特征是：两气缸活塞杆的运动位置由安装在直线导轨位置传感器，如光栅尺即时反馈给计算机，计算机根据检测到的位置和速度信号与设定的数值比较，相应地调整两个伺服电磁阀的流量，来确保刀架按照程序设定的所需两个坐标轴上的轨迹运动；所述数控气动车床是一种带闭环反馈的并联机床。

3.根据权利要求1所述的数控气动车床，其特征是：气缸活塞杆的运动方向由与气缸两端盖气口通过气管相连的两位三通电磁阀来控制，电磁阀的控制信号由计算机驱动。

4.根据权利要求1所述的数控气动车床，其特征是：当加工螺纹或螺杆时，计算机通过控制伺服电机转速和轴向进给速度来确保得刀所需的螺旋切削轨迹。

5.根据权利要求1所述的数控气动车床，其特征是：当主轴驱动采用的是普通电机时，该数控气动车床只能加工各种回转体，而没有螺旋切削功能。

6.根据权利要求1所述的数控气动车床，其特征是：可以带有跟刀架和尾顶架等辅助机构。

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