CN101870014B - 多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置及其计算方法 - Google Patents
多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置及其计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种数控多刀管螺纹车床径向进给的运动合成系统及其计算方法。一种多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，包括有主轴(12)，在主轴(12)的前端设有平旋盘(13)，其主要特点包括有在主轴(12)上设有空套双联齿轮组(3)；径向进给输入轴(1)的左端设有径向进给伺服电机，右端设有的进给输入齿轮(2)与空套双联齿轮组(3)的输入齿轮啮合，空套双联齿轮组(3)的输出齿轮与进给输出齿轮(4-1)啮合，径向进给输出轴(5-1)穿过主传动大齿轮(7)，在径向进给输出轴(5-1)上还设有锥齿轮传动副(10-1)的主动锥齿轮，与锥齿轮传动副(10-1)的被动锥齿轮啮合；丝杠螺母机构(9-1)的丝杠与锥齿轮传动副(10-1)的被动锥齿轮连接，螺母与滑板连接，滑板上固连有刀座(11-1)。
Description
技术领域：
本发明涉及一种数控多刀管螺纹车床径向进给的运动合成系统及其计算方法。
背景技术：
管螺纹车床是一种专门加工管螺纹的车床，目前，一般选择工件自身旋转的专用管子车床，当加工管子口径较大(Φ100～Φ340mm)且较长(5000～10000mm)时，存在一些困难：如由于管子长，质量大，装夹比较困难，主轴带动这样的管子做旋转运动，不仅产生极大的振动和噪音，而且影响加工精度和表面质量，所以提高机床的精度和生产效率是很困难的。为此，国内已有机床企业开发出管子不旋转，刀具旋转的用于加工大口径管子螺纹的数控机床，但是，已报导的这种机床均采用机械结构差动机构实现运动合成。但是由于机械结构差动机构使用齿轮传动，导致机构复杂，增加了传动误差。也由于机械差动机构本身结构的限制，使得机床难以实现多路径向进给传动链的结构形式，进而就无法实现多刀分别径向进给的工作方式。
发明内容：
本发明的目的在于避免现有技术的不足，提供一种多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置及其计算方法。本发明利用电子传动链代替机械传动链，利用软件实现运动合成，提供一种工件不动，刀具旋转，具有多刀分别径向进给功能的新式高效管螺纹车床，刀具能够在做回转运动的同时实现径向进给运动。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，包括有主轴(12)，在主轴(12)的前端设有平旋盘(13)，其主要特点包括有在主轴(12)上设有空套双联齿轮组(3)；径向进给输入轴(1)的左端设有径向进给伺服电机，右端设有的进给输入齿轮(2)与空套双联齿轮组(3)的输入齿轮啮合，空套双联齿轮组(3)的输出齿轮与进给输出齿轮(4-1)啮合，径向进给输出轴(5-1)穿过主传动大齿轮(7)，在径向进给输出轴(5-1)上还设有锥齿轮传动副(10-1)的主动锥齿轮，与锥齿轮传动副(10-1)的被动锥齿轮啮合；丝杠螺母机构(9-1)的丝杠与锥齿轮传动副(10-1)的被动锥齿轮连接，螺母与滑板连接，滑板上固连有刀座(11-1)。
所述的多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，还包括有在与空套双联齿轮组(3)的输出齿轮啮合的输出齿轮(4-1)对应方向的180度处，还设有输出齿轮(4-2)，输出齿轮(4-2)设在径向进给输出轴(5-2)上，径向进给输出轴(5-2)穿过主动齿轮(7)在径向进给输出轴(5)上还设有锥齿轮传动副(10-2)；丝杠螺母机构(9-2)的丝杠与锥齿轮传动副(10-2)的被动锥齿轮连接，螺母与滑板连接，滑板上固连有径向刀座(11-2)。
所述的多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，还包括有所述的空套双联齿轮组(3)为包括有主轴(13)上设有第一双联齿轮(3-1)，主轴(13)与第一双联齿轮(3-1)之间设有第一轴承(3-4)；在第一双联齿轮(3-1)上设有第二双联齿轮(3-2)，第一双联齿轮(3-1)与第二双联齿轮(3-2)之间设有第二轴承(3-5)；在第二双联齿轮(3-2)上设有第三双联齿轮(3-3)，第二双联齿轮(3-2)与第三双联齿轮(3-3)之间设有第三轴承(3-6)。
所述的多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，还包括有所述的径向进给输入轴(1)为1-3个；径向进给输出齿轮和径向进给输出轴为1-6个。
所述的多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，还包括有数控装置，所述的数控装置包括有人机界面(101)与数控系统(102)双向连接，数控系统(102)的接口连接主电机(103)、径向进给电机(104)和轴向进给电机(115)，主电机(103)的输出端通过连接主传动链(105)连接运动合成(108)，径向进给电机(104)的输出端通过连接径向进给传动链(106)连接运动合成机构(108)；轴向进给电机(115)输出端通过连接轴向进给传动链(114)连接轴向进给丝杠(113)，轴向进给丝杠(113)连接主轴箱滑板(112)与刀架(111)连接；旋转编码器(107)连接在主传动链(105)的末端，将主轴的角位移值传输给数控系统(102)；主轴箱滑板(112)的位移量通过位置传感器(117)将信息反馈给数控系统(102)；运动合成机构(108)通过锥齿轮(109)、径向进给丝杠(110)连接刀架(111)；位置检测传感器(116)检测刀架(111)的位置精度并传输给数控系统(102)。
一种多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置的计算方法，其主要特点是：所述的数控多刀管螺纹机床的径向进给系统是建立在运动合成基础之上的，它的控制算法也是建立在运动合成的基础之上的，在完成传动系统图之后，确定出该机床的运动合成的算法：
径向进给滑板的径向进给量与主轴转速之间的内联传动链：
为径向进给伺服电机的转速n实际，包括两部分组成：n基本与n工作，即：
n实际＝n基本+n工作
其中：n基本——平旋盘旋转时，刀架滑板保持不做径向进给的径向进给伺服电机转速；
n工作——平旋盘零转速时，滑板实现径向进给的伺服电机转速。
由于Z4以Z输出为太阳轮做行星运动，所以径向进给伺服电机的基本进给转速n基本：
所以
进给电机的工作转速n工作：
其中：Z2——径向进给输入齿轮的齿数；
Z3输入——双联空套齿轮的输入端齿轮的齿数；
Z3输出——双联空套齿轮的输出端齿轮的齿数；
Z4——径向进给输出齿轮的齿数；
S——刀具径向进给量，mm/主轴每转；
t——径向进给丝杠螺距，mm；
i进给——径向进给链中的减速比；
S——刀具径向进给量，mm/主轴每转；
t——径向进给丝杠螺距，mm；
所以
本发明涉及的数控管螺纹车床的刀具径向进给传动链有多条。每条径向进给传动链的传输流程都相同，算法也相同。
加攻螺纹的轴向传动链与所有数控机床所采用的方法完全相同。
附图说明：
图1是本发明的的结构主视剖视示意图；
图2是实现刀具径向进给运动的运动合成系统的控制流程图
图3是本发明的径向进给滑板的径向进给量与主轴转速之间的内联传动链示意图。
具体实施方式：
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：见图1，一种多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，包括有主轴12，在主轴12的前端设有平旋盘13，在主轴12上设有空套双联齿轮组3；径向进给输入轴1的左端设有径向进给伺服电机，右端设有的进给输入齿轮2与空套双联齿轮组3的输入齿轮啮合，空套双联齿轮组3的输出齿轮与进给输出齿轮4-1啮合，径向进给输出轴5-1穿过主传动大齿轮7，在径向进给输出轴5-1上还设有锥齿轮传动副10-1的主动锥齿轮，与锥齿轮传动副10-1的被动锥齿轮啮合；丝杠螺母机构9-1的丝杠与锥齿轮传动副10-1的被动锥齿轮连接，螺母与滑板连接，滑板上固连有刀座11-1。
在与空套双联齿轮组3的输出齿轮啮合的输出齿轮4-1对应方向的180度处，还设有输出齿轮4-2，输出齿轮4-2设在径向进给输出轴5-2上，径向进给输出轴5-2穿过主动齿轮7在径向进给输出轴5上还设有锥齿轮传动副10-2；丝杠螺母机构9-2的丝杠与锥齿轮传动副10-2的被动锥齿轮连接，螺母与滑板连接，滑板上固连有径向刀座11-2。
所述的空套双联齿轮组3为包括有主轴13上设有第一双联齿轮3-1，主轴13与第一双联齿轮3-1之间设有第一轴承3-4；在第一双联齿轮3-1上设有第二双联齿轮3-2，第一双联齿轮3-1与第二双联齿轮3-2之间设有第二轴承3-5；在第二双联齿轮3-2上设有第三双联齿轮3-3，第二双联齿轮3-2与第三双联齿轮3-3之间设有第三轴承3-6。
所述的径向进给输入轴1为3个；径向进给输出齿轮和径向进给输出轴为6个。
实施例2：见图2，一种多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，还包括有数控装置，所述的数控装置包括有人机界面101与数控系统102双向连接，数控系统102的接口连接主电机103、径向进给电机104和轴向进给电机115，主电机103的输出端通过连接主传动链105连接运动合成108，径向进给电机104的输出端通过连接径向进给传动链106连接运动合成机构108；轴向进给电机115输出端通过连接轴向进给传动链114连接轴向进给丝杠113，轴向进给丝杠113连接主轴箱滑板112与刀架111连接；旋转编码器107连接在主传动链105的末端，将主轴的角位移值传输给数控系统102；主轴箱滑板112的位移量通过位置传感器117将信息反馈给数控系统102；运动合成机构108通过锥齿轮109、径向进给丝杠110连接刀架111；位置检测传感器116检测刀架111的位置精度并传输给数控系统102。
实施例3：见图3，一种多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的计算方法，所述的数控多刀管螺纹机床的径向进给系统是建立在运动合成基础之上的，它的控制算法也是建立在运动合成的基础之上的，在完成传动系统图之后，确定出该机床的运动合成的算法：
径向进给滑板的径向进给量与主轴转速之间的内联传动链：径向进给伺服电机的转速，n实际包括两部分组成：n基本与n工作；
n实际＝n基本+n工作
其中：
n基本——平旋盘旋转时，刀架滑板保持不做径向进给运动的伺服电机转速；
n工作——平旋盘零转速时，滑板实现径向进给的伺服电机转速。
由于Z4以Z输出为太阳轮做行星运动，所以径向进给伺服电机的基本进给转速n基本：
所以
进给电机的工作转速n工作：
其中：Z2——径向进给输入齿轮的齿数；
Z3输入——双联空套齿轮的输入端齿轮的齿数；
Z3输出——双联空套齿轮的输出端齿轮的齿数；
Z4——径向进给输出齿轮的齿数；
S——刀具径向进给量，mm/主轴每转；
t——径向进给丝杠螺距，mm；
i进给——径向进给链中的减速比；
所以
应用例
本实例以加工密封管螺纹GB7306-87型为例来阐述加工螺纹进给原理，这种管螺纹的锥度是1∶16，即斜度为1∶32。
n实际＝n基本+n工作
其中：
n实际---进给伺服电机的实际转速；
n基本---平旋盘旋转，刀具径向进给速度为零时，进给伺服电机的转速；
n工作---平旋盘旋转为零的情况下进给伺服电机的转速；
其中：s---刀具径向进给量，mm/主轴每转；查《机械设计手册》，口径为6英寸(152.4mm)的管制螺纹的螺距为2.309，每英寸牙数是11。因此，由锥度和斜度的定义可知：
所以s＝0.071563mm(切锥螺纹时，主轴每转刀具的径向移动量)；
t---径向进给滚珠丝杠的导程为5mm；
i进给---径向进给传动链的减速比；
所以
n实际＝n基本+n工作＝-500+7.995312＝-492.00469r/min
所以可知道实际工作转速为-492.00469r/min，也就是说径向进给伺服电机的转速要保持在-492.00469r/min就可以精确的实现刀具的进给量。负号说明电机转速方向与所设方向相反。
使用时，所述的管螺纹车床传动系统，包括有径向进给伺服电机，进给输入齿轮2，空套双联齿轮组3，进给输出齿轮4，进给输出轴5，主传动大齿轮起到了的圆支架作用，其特点在于：空套双联齿轮组3构成太阳轮，其转速由进给电机控制，主轴圆支架8和主轴末级主传动大齿轮7连同主轴旋转，相当于行星架，其转速与主轴转速相同，进给输出齿轮4相当于行星齿轮，其自转速度由运动合成系统决定，径向进给输出轴5通过锥齿轮传动副10和丝杠螺母机构9，将运动和动力传递到刀座11上，最终完成刀具的径向进给运动，刀具的主运动由连同主轴旋转的平旋盘完成，此外，本机床采用三条传动链，带动六个径向移动滑板移动，一次可以安装六把刀具分三组工作，其中每一组可以独立工作，刀具的选择是由径向进给伺服电机控制。
径向进给伺服电机通过圆柱齿轮传动、锥齿轮传动和丝杠螺母传动，将电机的旋转运动转化为径向移动滑板沿平旋盘的径向进给运动，其特点在于：所述的机床主轴箱的后侧设有径向进给伺服电机，径向进给伺服电机驱动，径向进给输入轴1，进给输入齿轮2，空套双联齿轮组3，最终将运动和动力传递到进给输出齿轮4上，进给输出齿轮4与径向进给输出轴5固接，空套双联齿轮组3空套在主轴上，空套双联齿轮组3的输入端齿轮与进给输入齿轮2啮合，空套双联齿轮组3的输出端齿轮与进给输出齿轮4啮合。齿轮2的轴线相对于主轴箱固定不动，齿轮4的轴线平行于机床主轴轴线，当机床主轴转动时，齿轮4的轴线也随机床主轴作同步转动。通过空套在主轴上的空套双联齿轮组3将径向进给伺服电机的转动传输给进给输出齿轮4，与进给输出齿轮4同轴安装有锥齿轮传动副10的主动锥齿轮，通过锥齿轮传动副10改变运动方向，锥齿轮传动副10的被动锥齿轮将转动传输给丝杠螺母机构9，从而带动径向移动滑板沿平旋盘的径向进给运动。此时进给输出齿轮4相当于行星齿轮，空套双联齿轮组3的输出端齿轮相当于太阳轮，进给输出齿轮4的工作轴线与平旋盘同步转动，由于太阳轮的作用，即使径向进给伺服电机不转动，也就是空套双联齿轮组3不转，与空套双联齿轮组3的输出端齿轮相啮合的进给输出齿轮4也会转动，空套双联齿轮组3的输出端齿轮与进给输出齿轮4之间的传动比与平旋盘的旋转速度(这个转速由安装在主轴末端的旋转编码器及时检测并传输给数控系统)决定了进给输出齿轮4的转速，即基本进给转速(此时径向移动滑板不产生径向移动)。当需要径向移动滑板作径向移动时，再给径向进给伺服电机输入工作进给转速，进给伺服电机的实际转速由基本进给转速与工作进给转速合成而实现。这个转速和在其它的具有平旋盘的类似机床上是依靠机械结构差动机构实现的，本发明是依靠数控系统依靠软件实现。径向进给输出轴5通过锥齿轮传动副10和丝杠螺母机构9将运动和动力传递到刀架上，最终完成刀具的径向进给运动，其主运动由安装在主轴上的平旋盘提供。
上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，包括有主轴(12)，在主轴(12)的前端设有平旋盘(13)，其特征在于在主轴(12)上设有空套双联齿轮组(3)；径向进给输入轴(1)的左端设有径向进给伺服电机(104)，右端设有的进给输入齿轮(2)与空套双联齿轮组(3)的输入齿轮啮合，空套双联齿轮组(3)的输出齿轮与进给输出齿轮(4-1)啮合，径向进给输出轴(5-1)穿过主传动大齿轮(7)，在径向进给输出轴(5-1)上还设有锥齿轮传动副(10-1)的主动锥齿轮，与锥齿轮传动副(10-1)的被动锥齿轮啮合；丝杠螺母机构(9-1)的径向进给丝杠与锥齿轮传动副(10-1)的被动锥齿轮连接，螺母与径向移动滑板连接，径向移动滑板上固连有刀架(111)；还包括有数控装置，所述的数控装置包括有人机界面(101)，人机界面(101)与数控系统(102)双向连接，数控系统(102)的接口连接主电机(103)、径向进给伺服电机(104)和轴向进给电机(115)，主电机(103)的输出端通过连接主传动链(105)连接运动合成机构(108)，径向进给伺服电机(104)的输出端通过连接径向进给传动链(106)连接运动合成机构(108)；轴向进给电机(115)输出端通过连接轴向进给传动链(114)连接轴向进给丝杠(113)，轴向进给丝杠(113)通过连接主轴箱滑板(112)与刀架(111)连接；旋转编码器(107)连接在主传动链(105)的末端，将主轴的角位移值传输给数控系统(102)；主轴箱滑板(112)的位移量通过位置传感器(117)将信息反馈给数控系统(102)；运动合成机构(108)合成后的径向进给运动通过锥齿轮(109)、径向进给丝杠(110)驱动刀架(111)做径向进给运动；位置检测传感器(116)在机床停机状态下检测刀架(111)的 位置精度并传输给数控系统(102)。
2.如权利要求1所述的多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，其特征在于还包括有在与空套双联齿轮组(3)的输出齿轮啮合的进给输出齿轮(4-1)对应方向的180度处，还设有第二进给输出齿轮(4-2)，第二进给输出齿轮(4-2)设在第二径向进给输出轴(5-2)上，第二径向进给输出轴(5-2)穿过主动齿轮(7)，在第二径向进给输出轴(5-2)上还设有第二锥齿轮传动副(10-2)；第二丝杠螺母机构(9-2)的丝杠与第二锥齿轮传动副(10-2)的被动锥齿轮连接，螺母与第二滑板连接，第二滑板上固连有径向刀座(11-2)。
3.如权利要求1所述的多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，其特征还在于所述的空套双联齿轮组(3)包括在主轴(13)上设有的第一双联齿轮(3-1)，主轴(13)与第一双联齿轮(3-1)之间设有第一轴承(3-4)；在第一双联齿轮(3-1)上设有第二双联齿轮(3-2)，第一双联齿轮(3-1)与第二双联齿轮(3-2)之间设有第二轴承(3-5)；在第二双联齿轮(3-2)上设有第三双联齿轮(3-3)，第二双联齿轮(3-2)与第三双联齿轮(3-3)之间设有第三轴承(3-6)。
4.如权利要求1所述的多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置，其特征在于所述的径向进给输入轴(1)为1-3个；进给输出齿轮和径向进给输出轴为1-6个。
5.如权利要求1所述的多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置的运动合成计算方法，其特征是：所述的数控管螺纹车床的径向进给系统是建立在运动合成基础之上的，它的控制算法也是建立在运动合成的基础之上的，在完成建立传动系统图之后，确定出该机床的运动合成的控制算法：
径向移动滑板的径向进给量与主轴转速之间的内联传动链
为径向进给伺服电机的转速n实际，所述的转速n实际包括两部分：n基本与n工作，即：
n实际＝n基本+n工作
其中：n基本——平旋盘旋转时，刀架滑板保持径向位置不变时径向进给伺服电机的转速；
n工作——平旋盘零转速时，滑板实现做径向进给运动的径向进给伺服电机转速；
由于Z4以Z输出为太阳轮做行星运动， 
所以，径向进给伺服电机的基本进给转速n基本：
其中：n主轴——机床主轴的转速；
径向进给伺服电机的工作转速n工作：
其中：
Z2——径向进给输入齿轮的齿数；
Z3输入——双联空套齿轮的输入端齿轮的齿数；
Z3输出——双联空套齿轮的输出端齿轮的齿数；
Z4——径向进给输出齿轮的齿数；
S——刀具径向进给量，mm/主轴每转；
t——径向进给丝杠螺距，mm；
i进给——径向进给链中的减速比；
S——刀具径向进给量，mm/主轴每转；
t——径向进给丝杠螺距，mm；
所以
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| CN201792058U (zh) * | 2010-06-08 | 2011-04-13 | 兰州机床厂 | 多路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置 |
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2010
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Patent Citations (3)
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