CN102500767A - 一种具有普通车床使用功能的多功能数控车床 - Google Patents

Abstract

一种具有普通车床使用功能的多功能数控车床。本发明以具有两轴并可两轴联动的卧式数控车床为基础，通过对其手动模式下的功能进行扩充，使其在保留数控车床使用功能的前提下同时具有普通车床的使用功能，并且比普通车床使用更简便。这种功能扩充包括两个方面：其一，增加了位于特定位置的大小手轮、十字开关、档位开关，锥度及螺距设定和显示部件；其二，这些新增部件仍然通过车床的数控系统来实现其功能，因而对数控系统要按要求增加新的输入输出接口，增补必要的程序，对其控制功能进行调适，使其能执行新的功能。由于本发明不改变数控车床原有的机械结构，不增加新的执行部件，因而成本低廉，可以经济的实现数控车床一机多用的目的。

Description

一种具有普通车床使用功能的多功能数控车床

技术领域

本发明涉及数控车床与普通车床，主要涉及数控车床。

背景技术

本发明所指的普通车床，是指普通的卧式车床，其主轴与导轨平行放置；具有可进行纵横运动的滑板，可以在一个平面内使刀架进行纵横进给。常用来完成对工件内外表面的回转加工、端面加工、内外螺纹加工，通过滑板上部的方刀架还可以加工有锥度的工件；采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等；普通车床是车床中应用最为广泛的一种。

本发明所说的数控车床包括了通常所说的经济型数控车床，简易的数控车床、普及的数控车床，普通数控车床。因为经济的、简易的、普及的、普通的这些概念的内涵都不够准确，所以在正式描述本发明以前，我们先对本发明立足的技术基础概念做一表达和定义。本发明所说的数控车床是指：主轴与导轨平行放置的(卧式的)、具有纵横进给滑板，可在一个平面内两轴联动的、计算机数字控制的车床；简单表述就是具有两轴并可两轴联动的卧式数控车床。这是一个精确表达的概念，但在实际生活中这一概念外延的主要内容其实就是行业常说的经济型数控车床。这是本发明立足的技术基础与改进对象。

发明内容

普通车床与经济型数控车床是使用用途最为广泛的两种车床，他们都用来满足人们在生产中通常性的、普遍性的车床加工需求。在2010年我国数控车床与普通车床的销售比例大约为30％比70％，而经济型数控车床在数控车床中又占了大约80-90％。现今，在发达国家普通车床与数控车床的销售比例大约为50％比50％。为什么早在上世纪50年代数控车床就发明了，而至今普通车床仍有相当大的市场份额？早先主要是因为成本因素，现在经济型数控车床的价格越来越低，已经跟普通车床的市场售价相差无几了，但是为什么普通车床仍占有相当大的市场份额，没有被看起来费效比很优异的数控车床取代？

毫无疑问计算机数字控制的车床是更为先进的，造成这一现象的主要原因是人们使用中的要求不同。而两种车床虽然先进性不同，但是在使用中却各有特点，数控车床在大批量的工件加工中具有高效率高精度的优势，而普通车床对于单件或者小批量的工件加工，因为不用编制调试程序反而更为简便和快捷，而在现实中存在着大量单件的、小批量的、简单的加工需要，这一点对于机械加工行业的的工人与管理人员是很容易理解的。市场上两种车床的销量占比也在很大程度上反映了，在通常性的、普遍性的车床加工中人们的这种需求的不同。

如果我们能生产一种具有普通车床使用功能又相当经济的、实用的数控车床；则可以达到一机多用的目的，提高机器利用率，节省资金投入，节省工业场地，具有显著的经济社会效益。

本发明在上文所说的数控车床，即：具有两轴并可两轴联动的卧式数控车床的基础上加以改进而成，通过改进使其在不改变数控车床原有使用功能的基础上同时具有普通车床的使用功能。在详细介绍本发明以前我们先对数控车床的使用方式作一简介。

现有技术下数控车床主要甚至可以说基本都是以自动加工方式进行工作的，也就是按照输入的程序进行连续的自动化加工；但在编好程序进行自动化加工以前必须进行对刀，所以数控车床一般都有两种工作模式，自动工作模式和手动工作模式。在手动工作模式下可以完成换刀，主轴正反转，调速，纵横进给(利用仪表板上安装的手轮或者按键)等功能，但这种模式下的功能主要是为了自动加工以前的对刀和作为自动加工模式的一种简单补充，其作为普车的基本功能远不完备，主要表现为纵横的进给操作不便，无法完成锥度加工和螺纹加工。

本发明的基本技术思路与内容是：对现有数控车床的自动化程序加工方式不加以干预，而对其手动工作模式下的功能进行扩充，通过扩充使其具有普车的功能。这种扩充性的改进主要表现在两个方面，其一，在数控车床的手动工作模式下增加了具有新功能的操作部件，包括：

(1)大手轮，位于车床的滑板箱部位(包括大滑板部位)，以手摇脉冲器原理工作，用电缆连接于数控系统，通过数控系统在手动工作模式下控制车床大滑板的进给。

(2)小手轮，位于车床的滑板箱部位(包括大滑板部位)，以手摇脉冲器原理工作，用电缆连接于数控系统，通过数控系统在手动工作模式下控制车床小滑板的进给。

(3)一个十字开关，位于车床的滑板箱部位(包括大滑板部位)，具有4个工位，用电缆连接于数控系统，通过向数控系统输出不同的工位信号，使车床的大小滑板在手动工作模式下实现自动进给与快速调刀。

(4)一个档位开关，位于车床的滑板箱部位(包括大滑板部位)，用电缆连接于数控系统，通过不同的档位来设定十字开关各工位的自动进给与快速调刀的速度。

(5)车床锥度设定显示部件，用以配合完成车床在手动工作模式下对锥度工件的加工。

(6)车床螺距设定显示部件，用以配合完成车床在手动工作模式下对螺纹工件的加工。

其二这些新增部件功能的实现仍然通过数控系统的控制来实现，因而对数控系统要按要求增加新的输入输出接口，增补必要的程序，对其控制功能进行调适，使其能执行新的功能。本发明中对控制系统的改进仅说明了基本的要求与原理，不涉及具体细节，因为实现这些细节可能会有不同的多种的具体方法，并且都是现有技术下可以实现的；所以本文中的表述仅以表明原理与要求并可以理解与制造为限。

利用本发明制造的数控车床可以在其手动工作模式下像普通车床一样的利用大小手轮操作车床大小滑板的纵横进给；可以利用十字开关完成自动走刀、快速调刀；并且可以利用两者配合“锥度设定与显示部件”及“螺距设定与显示部件”完成锥度及螺纹工件的加工；而且操作均非常便捷。比数控车床更适合单件、小批量工件的加工，比普通车床操作远为简易，操作手柄数量大大减少，使用标准的无需刃磨的数控刀具，甚至于不需要进行专门培训，即可学会该车床在手动工作模式(也就是普车模式)下的操作。并且本发明在手动工作模式下还具有普通车床所没有的锥度加工时的自动走刀功能，带锥度螺纹的加工也比普通车床加工锥度螺纹时的方式更为精确和简便。并且本发明在手动工作模式(也就是普车模式)下的操作，全程可参照数控系统屏幕上的工作坐标系，因而加工精度更高。

具有以上优点的同时，本发明一样可以做为数控车床来使用，也就是本文开始部分所说的一机多用。由于本发明新增加的操作部件，实质上仅仅是给数控车床控制系统提供其在手动模式下的控制信号，不改变数控车床原有的机械结构，不增加新的执行部件；因而本发明同时具有良好的经济性。

附图说明

图1中图(I)是依照本发明制造的数控车床的一个示意图，主要用来直观的展示本发明相对于现有的数控车床新增加的操作部件及其所在部位图，图(II)是该车床的工作坐标图；

图2中图(I)是十字开关的俯视图，图(II)是档位开关的俯视图；

图3中图(I)是几个需要加工锥度的工件的示意图，图(II)是加工它们时在车床的工作坐标图中车刀与刀架工作方向与工作锥度的示意图；

图4是本发明定义的锥度设定与显示部件的示意图；

图5是一个圆柱型工件的侧视图，用来说明本发明中锥度加工时的操作步骤与方法，也用来说明带锥度螺纹加工过程中的操作步骤与方法，还用来说明加工反螺纹工件时的操作步骤与方法；

图6是本发明定义的螺距设定与显示部件的示意图；

图7中的图(I)、图(II)、与图(III)均用来说明本发明在手动模式下加工螺纹时的步骤与方法。

具体实施方式

图1中的图(I)是依据本发明制造的一个车床的总体布置图；图(I)中1是车床床身，2是卡盘，3是尾座，4是保护罩，5是车床数控系统及其操作面板，这些都是数控车床的基本部件，仅为便于理解技术背景，无特别意义；图1中图(II)为本发明中车床大小滑板纵横移动的基本坐标图，坐标图中有X轴与Z轴方向，其中车床大滑板依照其Z轴方向左右移动，小滑板依其X轴方向前后移动，这一坐标图的出现是为了下文说明的便利，为便于表达，本文以下部分将这一坐标图称为车床坐标图，简称坐标图。

图1中的图(I)中，车床的保护罩向左移动，这是为了使车床的正面敞开，以便于操作工将其作为普车来操作，相应的控制系统的面板布置在车床正面顶部；这种布置型式并不是本发明的必须内容，只是在本发明实际应用中可能较为适宜的一种布置方式。

图1(I)可以理解为本发明的一个具体实施例。

在图1(I)中可看到本发明相对于目前的数控车床技术新增加的操作部件。

其中：

a为大手轮

b为小手轮

c为一个十字开关

d为与十字开关相配合的一个旋转的档位开关

e为车床锥度设定显示部件

f为车床螺距设定显示部件

这些新增加的操作、设定与显示部件均在数控车床的手动工作模式下发挥作用，本发明正是通过这些新增加的部件与改进后的车床数控系统相配合来使数控车床具有普通车床的使用功能的，这些部件的详细功能与对控制系统的要求和控制系统的工作方法与原理，下文进一步说明。这些新增部件主要用来实现以下四组功能，这四组功能即可使数控车床具有普通车床的基本功能。这四组功能在使用中，均要求首先通过车床数控系统的操作面板使车床进入手动工作模式，这种操作程序跟现有的普通的数控车床是一样的。

下面分四大段来说明这四组功能。

一、用手轮操作大小滑板的纵横进给。

参见图1(I)，本发明在车床的滑板箱部位上布置了大小两个手摇脉冲发生器原理的手轮，其中a为大手轮，b为小手轮，两者实质均为手摇脉冲发生器，其控制原理同于现有数控车床的的对刀手轮，使用电缆连接于控制系统，通过手摇产生的脉冲电流分别控制两轴的步进或者伺服电机启动与停止。

这两个手轮布置于滑板箱部位(该部位包含大滑板部分)，是为了操作的便利。

其中a控制大滑板，如图1(I)中，当人正面面对车床时，逆时针旋转a，大滑板沿着图1(II)中车床坐标图的Z轴方向向左(-Z方向)移动，顺时针旋转a，大滑板向右(Z方向)移动。其中b控制小滑板，如图1(I)中，当人正面面对车床时，逆时针旋转b，小滑板则沿着图1(II)中车床坐标图的X轴方向远离人体一侧(-X方向)移动，顺时针旋转b，小滑板向靠近人体一侧(X方向)移动。为了操作的便利，这两个手轮均比现有数控车床上的对刀手轮尺寸要大，并且如普通车床上的手轮一样均有刻度盘，以便车工掌握进退刀量。但是因为没有机械连接，所以这两个手轮在车床自动加工和下文将要说明的手动加工模式下的自动进给功能里不会随滑板的移动而转动。

为了实现本功能，控制系统必须同时保留有坐标图X轴与Z轴方向手轮脉冲发生器的外接接口，能根据摇动产生的脉冲电流控制两轴电机的启动与停止。为操作便利，在手动模式下这两个手轮应该可以同时动作。

该手轮刻度盘的单格移动量可由系统默认或者设定，现有的技术也是这样的。

经过这种改进以后，我们就可以像普车一样的通过手轮简便的操作滑板和刀架的移动了。

二、通过十字开关(c)和与之配合的档位开关(d)实现车床滑板的纵横自动进给，包括快速调刀。

参见图1(I)，本发明在车床的滑板箱部位上布置了一个控制车床大小滑板运动方向的十字开关(c)和与之配合使用的控制滑板自动进给速度的档位开关(d)，这两个开关与控制系统通过电缆连接，通过控制系统的键盘进入手动模式后该十字开关与档位开关即可发挥作用。这组设置的目的是使车床大小滑板沿着坐标图的Z轴或X轴以设定速度做匀速直线运动。图2中图(I)是图1(I)中十字开关(c)的俯视图，图中中心圆圈表示操作手柄、外部圆圈表示开关底座，ZG，-ZG，XG，-XG表示十字开关的四个工位，十字开关推向这四个工位，则车床大小滑板分别向车床坐标图标示的Z，-Z，X，-X方向移动，该开关中央为空挡位。图2(II)为图1(I)中档位开关(d)的俯视图，带箭头的中心圆可旋转，外圆为不同的工作档位，用以设定滑板的移动速度；图中绘制了0.1mm、1mm、10mm、50mm四个档位作为示意，实际中需要的档位要比这多。这两个开关均与控制系统通过电缆连接，并且控制系统能接收其工位信号，并按工位信号发出适当指令，控制两轴的步进或者伺服电机启动与停止。此功能的实现要求控制系统有外接这两个开关的输入接口，并且能根据这两个开关的相应工位做出设定的控制动作。

这两个开关布置于滑板箱部位(该部位包含大滑板部分)，是为了操作的便利。

具体工作与控制方法如下：

进入手动模式后，首先旋转档位开关至合适档位，以设定自动进给的的速度；扳动十字开关到不同的工位则使滑板向不同的方向移动。

例如旋转至0.1mm档位；而后将图2(I)中十字开关推向ZG工位，则车床大滑板将一直以0.1mm/秒的速度向坐标图的Z方向运动，需要停止时，将十字开关扳到中央的空档位置即可；以其它设定速度和向其它方向的移动同此例。

通过两个开关的配合，即可使车床大小滑板沿着坐标图的Z轴或X轴以设定速度做匀速直线运动，实现自动进给与快速调刀功能。自动进给可以降低车工的操作强度，并且比手轮进给可加工出更光洁的工件表面。

三、通过车床锥度设定与显示部件(e)与a，b手轮和c，d开关的配合来实现车床在手动工作模式下对锥度工件的加工。

通过上文一与二段中所述的功能的增加，仅能使车刀与刀架在车床坐标图中做平行于Z轴与平行于X轴的直线运动，不能完成普通车床对锥度加工的需要，实际工作中我们经常需要加工一些锥度工件。在普通车床中完成锥度加工是依靠车床小滑板上部可以360度旋转的方刀架来完成的，普车的锥度加工的工作方式可以在互联网上查到相关视频。

本发明需要可以完成普车加工锥度的所有功能，图3(I)中给出了几个需要进行锥度加工的典型工件，图中g、h、i、j是4个需要加工锥度的工件的侧视图，其中g、i为圆柱体，h、j为带台阶的圆柱体，它们左侧被夹持于卡盘上，阴影部位是需要被车刀加工掉的部分，它们的下面是车刀，图中的箭头表示车刀进给的方向；图3(II)中的坐标图是以图1(I)中的坐标图为基础，增加了象限标示，而后将这4个工件加工时车刀进给的轨迹标示后的情况，图中假设4个工件在加工进给前，车刀所处位置为一个点，坐标图的0点，0g、0h、0i、0j、分别表示加工g、h、i、j时车刀在坐标系内的运动方向与轨迹，可见它们均不与X轴和Z轴平行，在坐标系内做的是斜直线运动；如图它们均与坐标轴Z一端形成确定的角度关系(与其它轴端也是，只是图中没有标示)，图中标示为89°、155°、210°、315°这四个角度。因为实际中有各种锥度的工件，不只这四个工件，可以看出要完成普车能完成的所有的锥度加工，车刀运动轨迹形成的直线与坐标轴Z一端的这一角度将是0-360度中的任一角度(与坐标轴重合情况有特殊性，下文还有说明)。

并且可以看出当这一角度在360度范围内任何一个角度确定时，车刀与刀架在车床坐标系内的移动方向是确定的，移动所处的象限也是确定的；也可以理解要完成这种斜直线运动，车刀与刀架必须沿着X轴与Z轴同时移动；并且其单次移动距离或者移动速度必须且必然是一个确定的比例关系，这一比例关系也可以计算出来。

例如加工g工件，0g与Z的夹角为89度，车刀由0点移动到0g线的箭头点时其向-X轴方向移动距离为线段g-x(由0g线段箭头点到Z轴的垂线)，向Z轴方向移动距离为线段gz(由0点与0g线段箭头点到Z轴的垂线与Z轴交点构成的线段)，根据三角函数tan89＝57.289961630759144，这就是说假如利用手轮使车刀向Z方向一次移动1mm，则其向-X方向必须同时移动57.289961630759144mm，如果是利用本发明上文定义的十字开关自动走刀完成，则车刀向Z假如以1mm/秒匀速移动，则向-X应以57.289961630759144mm/秒匀速移动。可以看出这一比例关系是一个确定的函数关系，虽然加工一个锥度工件需要车刀多次工作，车刀每次进给前的起步位置会有变动，但这一角度与函数关系却是确定的。本例计算的是第一象限内的89度角，利用三角函数，可将在任何一个象限的任何一个角度的这一比例关系或称函数关系计算出来；只是不同象限内运动的方向有所不同。

本发明正是利用这一确定的函数关系，并利用数控车床所具有的两轴联动功能来实现手动工作模式下对任意锥度的加工的。早期的简易型数控车床并不支持两轴联动，现在称为简易型或者经济型的数控车床均支持这一联动了。本发明利用特有的手动模式下的锥度设定与显示部件与本发明定义的a，b手轮和c，d开关配合来完成工件的锥度加工；既支持单独使用a，b手轮来完成操作，也支持同时使用a，b手轮和c，d开关来完成操作，下面进一步详细说明。

锥度的设定与显示：

要使数控车床在手动模式下完成锥度的加工，首先要给控制系统输入上文所说的角度信息，这个输入就是设定；并且为了车工能直观的了解这一设定的夹角，必须将它显示出来；图4中的e是本发明定义的锥度设定与显示部件。本发明为了说明和理解的方便将这一部件在图1(I)的e与图4中均标示为独立的显示与输入部件，实际上利用机床控制系统统一的显示屏显然是更经济的，本发明的实质在于控制系统功能的增加与改进，并不在于使用几块显示屏；当利用系统公用的硬件时，该部件也可以理解为控制系统新增加的一种功能。在图4中e的显示屏上，有一个平面直角坐标系，有X轴与Z轴，这一形式的坐标系是车床工作的基本坐标系，与图1(II)中的坐标图形式相同；带箭头的线段表示车刀与刀架在坐标系内的运动方向，其与坐标轴形成确定的角度关系，该线段以坐标0点为圆心，可以通过附图4中的旋钮k来360度旋转，转到哪个角度，就是设定的加工角度。(这一设定也可以通过数字键盘来进行)

加工角度设定以后，首先要明确基本的运动关系，基本的运动关系是指加工具体锥度时，车床小滑板应向图3(II)中的坐标图的X方向还是-X方向运动，大滑板应向Z还是-Z方向运动。如图3(II)中的坐标图表明，加工工件g、h、i、j时车刀与刀架分别向第1、2、3、4象限移动，并且如图所示当设定角度处在第1象限时，小滑板将向-X方向运动，大滑板将向Z方向运动；当设定角度处在第2象限时，小滑板将向-X方向运动，大滑板将向-Z方向运动；当设定角度处在第3象限时，小滑板将向X方向运动，大滑板将向-Z方向运动；当设定角度处在第四象限时，小滑板将向X方向运动，大滑板将向Z方向运动。这就是这里所说的基本的运动关系，需要说明的是当角度设定以后，不论车刀向那个象限运动，这一运动关系是随着具体角度的设定而确定的。在明确设定的角度，角度所处的象限和所需要的基本运动关系后，车床大小滑板沿Z轴与X轴的单次移动量之比或移动速度之比，如前所述无论设定的是任何角度均可计算出来。只要再解决了操作问题就可以进行锥度工件的加工了。

本发明支持手动模式下以本发明定义的锥度设定与显示部件(e)与a，b手轮配合加工锥度，也支持它和c，d开关配合加工锥度，两者的基本原理是一样的。

手动工作模式下加工锥度，按以下步骤进行(以下说明在假设前文已为阅读者明了的情况下进行)：

(1)车床进入手动模式。

(2)将刀具移动到加工前合适的起步点。

(3)根据加工需要，利用锥度显示与设定部件设定加工锥度并将这一锥度显示在系统显示屏上。(与X轴或Z轴重合的设定无效，因重合后不产生锥度，加工时只有单轴在动，没有意义。)

(4)系统根据设定角度确定两轴向图3(II)中坐标图的第几象限，即两轴分别向图中坐标轴X与坐标轴Z的哪一端移动，并计算出两轴移动速度的比例关系(函数关系)。可用图表法将任一角度的设定的两轴移动方向与两轴移动的这一速度的比例关系提前存入系统，提高运行速度。

(5)系统重新定义a手轮(大手轮)功能：

当设定角度在图3(II)的第2象限时，逆时针旋转车床大滑板向-Z方向移动，小滑板同时将向-X方向移动，也就是车刀与刀架将向第2象限移动，如前所述这一移动在车床基本坐标系内相对于任一坐标轴将是一条斜直线；此时顺时针旋转将在这一直线内向相反方向移动。

当设定角度在图3(II)的第3象限时，逆时针旋转车床大滑板向-Z方向移动，小滑板同时将向X方向移动，也就是车刀与刀架将向第3象限移动，如前所述这一移动在车床基本坐标系内相对于任一坐标轴将是一条斜直线，此时顺时针旋转将在这一直线内向相反方向移动。

当设定角度在图3(II)的第1象限时，顺时针旋转车床大滑板向Z方向移动，小滑板同时将向-X方向移动，也就是车刀与刀架将向第1象限移动，如前所述这一移动在车床基本坐标系内相对于任一坐标轴将是一条斜直线；此时逆时针旋转时将在这一直线内向相反方向移动。

当设定角度在图3(II)的第4象限时，顺时针旋转车床大滑板向Z方向移动，小滑板将同时向X方向移动，也就是车刀与刀架将向第4象限移动，如前所述这一移动在车床基本坐标系内相对于任一坐标轴将是一条斜直线；此时逆时针旋转将在这一直线内向相反方向移动。

(6)系统将a手轮的移动速度进行设定：选择移动量较大的一轴作为手轮a此时的基础移动速度，所谓手轮a此时基础的移动速度是指该手轮事先设定或者默认的单格移动速度，根据基础移动速度与函数关系计算出另一轴的移动速度。例如，假如加工图3(I)中的g工件时，进入锥度加工时系统默认手轮移动速度为每格0.1mm，此时系统将设定手轮a每顺时针摇动一格向-X方向移动0.1mm，向Z方向移动0.1/57.289961630759144mm。这样做的原因是假如将向Z方向的移动速度根据进入锥度设定以前默认的速度定义，例如0.1mm，则向-X方向将移动57.289961630759144×0.1＝5.7289961630759144mm，因为移动过快，因而是非常危险并令操作者感到突兀的。

同例中，当设定角度使两轴移动量相同时，两者均选用该手轮事先的设定或者默认的单格移动速度移动，例如假如加工图3(I)中的g工件时，角度不是89度，而是45度，手轮a每顺时针摇动一格向-X方向与Z方向均移动0.1mm。

(7)设定锥度后，系统不改变b手轮的功能，即逆时针旋转b，小滑板将向图1(II)中坐标图的-X方向移动，顺时针旋转b将向图1(II)中的坐标图的X方向移动；并且移动速度同于此前该手轮设定或者默认的速度，比如是每格0.1mm，将仍是每格0.1mm。

(8)系统重新定义十字开关-ZG和ZG工位的功能：

当设定角度在图3(II)坐标图的第2象限时，十字开关扳至-ZG工位时车床大滑板向-Z方向移动，小滑板同时将向-X方向移动，也就是车刀与刀架将向第2象限移动，如前所述这一移动在车床基本坐标系内相对于任一坐标轴将是一条斜直线；此时扳至ZG工位将在这一直线内向相反方向移动。

当设定角度在图3(II)坐标图的第3象限时，十字开关扳至-ZG工位时车床大滑板向-Z方向移动，小滑板同时将向X方向移动，也就是车刀与刀架将向第3象限移动，如前所述这一移动在车床基本坐标系内相对于任一坐标轴将是一条斜直线，此时扳至ZG工位，将在这一直线内向相反方向移动。

当设定角度在图3(II)坐标图的第1象限时，十字开关扳至ZG工位时车床大滑板向Z方向移动，小滑板同时将向-X方向移动，也就是车刀与刀架将向第1象限移动，如前所述这一移动在车床基本坐标系内相对于任一坐标轴将是一条斜直线；此时扳至-ZG工位时将在这一直线内向相反方向移动。

当设定角度在图3(II)坐标图的第4象限时，十字开关扳至ZG工位时车床大滑板向Z方向移动，小滑板将同时向X方向移动，也就是车刀与刀架将向第4象限移动，如前所述这一移动在车床基本坐标系内相对于任一坐标轴将是一条斜直线；此时扳至-ZG工位时将在这一直线内向相反方向移动。

(9)系统将十字开关-ZG和ZG工位的移动速度进行设定：选择移动量较大的一轴作为十字开关此时的基础移动速度，所谓十字开关此时基础的移动速度是指档位开关d事先设定的自动走刀速度，根据基础移动速度与函数关系计算出另一轴的移动速度。

例如，假如加工图3(I)中的g工件时，进入锥度加工时十字开关设定速度为每秒1mm，此时系统将设定扳至ZG工位时每秒向-X方向移动1mm，向Z方向移动1/57.289961630759144mm。同样，这样做的原因是假如将向Z方向的移动速度根据进入锥度设定以前设定的速度定义，例如每秒1mm，则向-X方向将每秒移动57.289961630759144mm，这同样也是非常危险并令操作者感到突兀的。

同例中，当设定角度使两轴移动速度相同时，两者均选用该十字开关事先设定的移动速度移动，例如假如加工附图3中的g工件时，角度不是89度，而是45度，十字开关扳至ZG工位向-X方向与Z方向均每秒移动1mm。

(10)设定锥度后，系统不改变十字开关-XG和XG工位的功能，即扳至-XG，小滑板将向坐标图的-X方向移动，扳至XG，将向坐标图的X方向移动；并且移动速度同于此前档位开关d设定的速度，比如是每秒1mm，将仍是每秒1mm。

(11)完成了以上的准备操作和设定后就可以进行锥度加工的正式操作了。

图5是完成以上设定后，利用本发明进行工件加工的一个例子，同时说明了加工中各次进退刀的过程。如图5所示，工件L是一个圆柱型工件的侧视图，左侧夹持于卡盘。A1是车刀的起步工作点，逆时针摇动手轮a，车床的纵横两轴联动，将车刀由A1直线移动到A2，完成工件的第一刀的加工；此时顺时针摇动手轮b，车刀由A2退至A3，再顺时针摇动手轮a，车刀由A3移动至A4，再逆时针摇动手轮b，车刀由A4移动至A5，再逆时针摇动手轮b，此时车刀由A5移动至A6，完成第二刀的加工；以后各刀依次类推，直到完成工件的加工。

以上说明了单独使用手轮完成锥度加工的方法，下面说明用十字开关c与手轮配合来完成锥度加工的方法：

参见图5，与利用a，b手轮的道理是同样的，工件L是一个圆柱型工件的侧视图，左侧夹持于卡盘。同样，A1是车刀的起步工作点，将十字开关扳至-ZG工位，车床的纵横两轴联动，将车刀由A1直线移动到A2，完成工件的第一刀的加工；此时扳至工位XG，车刀由A2退至A3，再扳至工位ZG，车刀由A3移动至A4，再扳至-XG，车刀由A4移动至A5，再扳至工位-ZG，此时车刀由A5移动至A6，完成第二刀的加工；以后各刀依次类推，直到完成工件的加工。由A2-A3，A4-A5的移动如要精确也可以用手轮b完成。

锥度加工完成后，将锥度设定与显示部件的锥度设定为0，则表示退出锥度工作模式。

这就是本发明加工锥度工件的方法，既可以单独使用手轮来来完成锥度的加工，也可以使用十字开关c与手轮配合来完成锥度的加工，后者可以在加工过程中实现自动走刀。叙述虽然繁琐，但技术上并不复杂，可行，并且实际操作比普通车床更为简易，要求不严的工件甚至只用本发明定义的一个十字开关c就可单独完成。

以上并未说明内锥度工件的加工，实际上选用适当的刀具，以上的操作功能已经可以完成内锥度工件的加工了，所以不再赘述。

四、通过车床螺距设定与显示部件(f)与c，d开关和a，b手轮的配合，在手动工作模式下实现车床对螺纹工件的加工。

现有数控车床在自动工作方式下对大批量的螺纹的加工非常便利并精确，但不支持在手动方式下对螺纹的加工；而且其在自动方式下对螺纹的加工因为要编程调试、调整刀补，并且调试程序的过程中，首件或者开始的数件工件通常不能达到加工要求，造成废品，所以对单件或者小批量工件并不便捷。现有的普通车床车螺纹，虽然中途可以方便的停顿，用对应的螺母或者螺丝边车边试，熟练的工人单件活也可以直接加工成功，但是整体来讲操作繁琐，对车工技术要求较高，劳动强度大。(为便于理解本发明的技术背景，两者车螺纹的方式可以在互联网中方便的找到相关视频。)

要使数控车床在手动模式下完成螺纹的加工，必须设定螺纹的螺距，确定加工螺纹时的自动走刀速度，解决第一刀以后各刀的“同步问题”(意思是使每一刀均在同一点开始与工件接触，以免乱扣)，解决操作问题；如工件同时有螺纹与锥度，还需要在车螺纹时同时解决锥度问题。

螺距的设定与显示方法：

要加工螺纹，不管是内螺纹还是外螺纹，英制螺纹还是公制螺纹，首先要设定螺距，并且同时将其显示出来，使车工能理解将要进行和完成的工作。图1(I)中的f与图6中的f均是同一个部件，本发明定义的螺距设定与显示部件，参见图6，既可以设定显示公制螺纹螺距，也可以设定显示英制螺纹螺距，但是同时只能设定一个；图中显示设定加工公制螺纹，螺距被设定为1mm，设定螺距用控制系统的键盘来完成。为便于理解，图1与图6均将该设定与显示屏幕画成独立的部件，实际上这只是一个概念上独立的部件，具体实施中，可以利用控制系统公用的屏幕，也可以使用专门的显示屏幕；当利用系统公用的硬件时，该部件也可以理解为控制系统新增加的一种功能。

由于英制螺纹与公制螺纹只是计量单位与表示方式不同，其实质是相同的；并且不管加工公制螺纹还是英制螺纹，内外螺纹的加工原理是相同的，所以下文仅以加工公制的外螺纹为例来说明本发明加工螺纹的方法。

螺纹刀的自动走刀速度的计算方法：

螺纹刀在加工螺纹时的自动走刀速度由主轴的转速和此时设定的螺距确定。例如图7(I)中的工件m是一个圆柱型工件的侧视图，左侧夹持于卡盘，阴影部位需要由车刀车制外螺纹，并且是正螺纹，m右下为螺纹车刀，为车螺纹，此时车刀应沿着箭头方向左匀速运动，主轴转一转、自动走刀必须走完一个螺距，这一匀速的自动进刀速度就是这里所说的螺纹刀的自动走刀速度。

假设此时主轴速度为每分60转，螺距设定为为公制1mm；

据此可以计算得出：“螺纹刀的自动走刀速度”＝主轴转速60转每分×螺距1mm

                                          ＝60毫米/分

                                          时间单位换算成秒，为1mm/秒

就是说螺纹刀在挑螺纹的过程中，应由右侧向左侧以1mm/秒的速度匀速运动。

解决第一刀以后各刀的同步问题的方法：

螺纹加工需要螺纹刀多次进刀才能完成加工，当加工完第一刀时，因为主轴一直在旋转中，必须让螺纹刀在后续的进刀中每次均与旋转中的工件在同一部位开始接触、切入工件，否则就会乱扣，这就是第一刀以后的同步问题，解决这一问题的过程就是这里所说的同步运算。

同步运算需要知道第一刀开始加工时主轴的具体所在角度，这个可根据主轴角度传感器获得；另外需要知道螺纹刀的自动走刀速度，如前述，通过设定的螺距与主轴转速计算得出；还需要知道第一刀开始时螺纹刀在坐标图中Z轴的位置，及后续各刀开始时在Z轴的位置，该位置可由车床大滑板的位置传感器获得。

知道这三个数据即可解决螺纹刀第一刀加工以后，各刀的同步问题。

图7的出现主要是为了以图例来说明解决这一问题的方法，如前所述图7中图(I)是需要加工外螺纹的工件m与其车刀的示意图，图(II)的线段图是在m上加工螺纹时第一刀与第二刀螺纹刀的工作路线图，图(III)是主轴角度的示意图(主轴逆时针旋转)。

为便于说明，图中的m工件没有锥度；此时螺距设定为公制1mm，主轴转速设定为每分60转，螺纹刀自动走刀速度为1mm/秒。

参见图7，加工工件m时，第一刀车刀将由B1移动到B2，如图B1在坐标图Z轴的位置点设为B1(Z 0)点；在由B1移动到B2的过程中，必然与工件m发生接触，这一点在图中标示为n点；在车床由B1点开始向B2点移动时，车床主轴有一确定的角度，我们将这一角度设定为0度角，参见图7(III)。当B1点确定、主轴转速确定、并且螺纹刀的自动走刀速度也确定的情况下，可以知道第一刀加工时，螺纹刀到n点时主轴的角度也是一个确定值；同步运算目的其实就是为了使第一刀后的各刀到达n点时主轴均在同一角度。参照图7(II)中的线段图，第一刀将由B1到B2，由B2到B3是退刀过程，由B3到B4部分是沿着坐标图的Z轴的调刀过程，B4到B5为第二刀的进刀过程，B5到B6为第二刀的螺纹加工过程；我们需要计算出由B5到B6开始前所进行的处理方法。

图中B5在车床坐标图中相对B1的坐标为B5(Z 3.2)，即B5沿着Z轴距离B1点为正3.2mm；图中没有标示，但是我们再假设B5处在另一点、该点相对于B1的坐标为(Z -1.2)，即B5沿着Z轴距离B1点为负1.2mm；这两点实际上就是我们在手动方式下调刀准备加工第二刀时的两种情况，一种相对第一刀开始时距离工件更远，一种是更近，只要处理了这两个特例，其它情况的处理原理是完全相同的。

如图7(II)假设B5处于(Z 3.2)坐标时的算法：

第一步，我们先用B5的Z坐标减去B1的Z坐标，得出一个差值。

3.2mm-0＝3.2mm

第二步，用这一差值除以螺距，去掉整数位，准备处理余下的小数值。

本例中差值为3.2mm，螺距为1mm，

3.2mm/1mm＝3.2，所余小数为0.2倍，

0.2×螺距1mm＝0.2mm

就是说需要处理的差值为0.2mm.

(因为加工螺纹时主轴转一圈，车床沿Z轴必定走一个螺距，所以两个坐标点差值除以螺距的整数倍数不影响第二刀与以后各刀与工件的接触位置，所以不需要考虑，因而略去。)

第三步，对上一步得出的小数值进行处理。

所余小数为0.2mm，

同步处理要求，车刀由B5的坐标沿着Z轴运行到与与B1相同坐标时，主轴必须到达0度角，所以要求车床由B5点起动时，主轴相对于0度角必须在一个确定的角度，主轴转完这这一角度所需要的时间必须是车刀自动走刀走完0.2mm的时间。

本例中车刀自动走刀速度为1mm/秒，走完0.2mm的时间为：

0.2mm除以1mm/秒＝0.2秒

就是说当车床由B5点起动后，0.2秒后主轴必须到达零度角。

第四步，根据上一步计算出的时间计算出本例中由B5起动时主轴应在的对应角度。

上一步计算出的时间为0.2秒，本例中主轴转速为每分60转，换算成秒为每秒1转，即每秒转360度，因而主轴需要转过的角度为：

0.2秒×360度/秒＝72度(在图7中的主轴角度示意图中，标示为顺时针72度角，因为主轴逆时针旋转，0.2秒后刚好转到0度角)

这就是第一种情况时同步运算的结果，一个确定的角度值，这里为顺时针72度角；就是说当第一刀在主轴处于0度角、B1坐标Z＝0时起动，当B5坐标Z＝3.2时，B5应在车床主轴位于顺时针72度角时起动。因为在开始车第二刀时，主轴当时可能在任何一个角度，所以我们必须等主轴转动到顺时针72度角时再起动，这一等待时间因为当时主轴所在位置的不同而不同。

参照图7假设B5处于(Z-1.2)坐标时的算法(本例与上例的计算原理大体相同)：

第一步，我们先用B5的Z坐标减去B1的Z坐标，得出一个差值。

-1.2mm-0＝-1.2mm

第二步，用这一差值除以螺距，去掉整数位，准备处理余下的小数值。

本例中差值为-1.2mm，螺距为1mm，

-1.2mm/1mm＝-1.2，所余小数为-0.2倍，

-0.2×螺距1mm＝-0.2mm

就是说需要处理的差值为-0.2mm.

(同样，因为加工螺纹时主轴转一圈，车床沿Z轴必定走一个螺距，所以两个坐标点差值除以螺距的整数倍数不影响第二刀与以后各刀与工件的接触位置，所以不需要考虑，因而略去。)

第三步，对上一步得出的小数值进行处理。

所余小数为-0.2mm，

同步处理要求，车刀在B1(Z 0)坐标时，主轴必须在0度角，相应的车刀在此时的B5(Z -1.2)时，主轴相对于0度角必须已经逆时针旋转过去一个确定的角度，主轴转完这这一角度所需要的时间必须是车刀自动走刀走完-0.2mm的时间。

本例中车刀自动走刀速度为1mm/秒，走完-0.2mm的时间为：

-0.2mm除以1mm/秒＝-0.2秒

就是说车刀由B5点起动时的0.2秒前必须到达零度角。

第四步，根据上一步计算出的时间计算出本例中由B5起动时主轴应在的对应角度。

上一步计算出的时间为-0.2秒，本例中主轴转速为每分60转，换算成秒为每秒1转，即每秒转360度，

因而主轴需要转过的角度为-0.2秒×360度/秒＝-72度

(如图7(III)中主轴角度示意图，这里标示为顺时针角度-72度)

这就是第二种情况时同步运算的结果，同样是一个确定的角度值，这里为顺时针-72度角；就是说当第一刀在主轴处于0度角、车刀B1坐标Z＝0时起动，当B5坐标Z＝-1.2时，B5应在车床主轴位于顺时针-72度角时起动。因为在开始车第二刀时，主轴当时可能在任何一个角度，所以我们必须等主轴转动到顺时针-72度角时再起动，同样，这一等待时间因为当时主轴所在位置的不同而不同。

以上就是同步运算的方法，可见同步运算的的结果为一个确定的主轴角度值，计算出这一主轴角度值后，只要让车刀在主轴处在这一角度时开始自动走刀，就能保证加工螺纹时，第二刀及后续各刀均在同一位置接触并切入工件，避免乱扣。为下面说明便利，我们将这一计算出的角度称为同步角度。

在设定了螺纹的螺距，确定了加工螺纹时的自动走刀速度，解决了第一刀以后各刀的“同步问题”后；此时只要再解决了操作问题，就可以在手动模式下加工螺纹了。如工件同时有螺纹与锥度，还需要在车螺纹时同时解决锥度问题。

在本发明中，解决操作问题是通过对本发明中定义的操作部件的功能的重新定义来实现的，并且通过对操作部件功能的重新定义同时解决带锥度螺纹的加工问题。这里所说的重新定义是部分的重新定义，不是全部的重新定义，详见下文。

本发明加工螺纹时，对操作部件功能的重新定义：

e锥度设定与显示部件：锥度设定与显示部件设定的锥度继续有效，但是因为锥螺纹需要的锥度通常是有限的，所以只人为设定需要的锥度。例如图3(I)中的i工件经常会需要既完成i需要的锥度加工，锥度上又要有螺纹，而图3(I)中的g工件、需要加工的锥度面上通常情况下不需要再加工螺纹。具体设定什么锥度与需不需要设定锥度，根据需要来定。

a手轮：在既需要锥度加工，同时又需要在锥度上加工螺纹时，a手轮此时定义的功能与其在本文第三、段中定义的功能相同，等同于锥度加工时的定义。当系统仅需要加工设定螺距的螺纹时，其功能等同于本文在第一、段中对它的定义。

b手轮：在本发明中，b手轮的功能始终等同于本文在第一、段中对它的定义，不因有无锥度和螺距的设定而改变。

c十字开关的-XG工位与XG工位：功能始终等同于本文在第二、段中对它的定义不因有无锥度和螺距的设定而改变。

c十字开关的-ZG工位与ZG工位：在仅需要按设定的螺距进行螺纹加工、没有锥度时，这两个工位的操作功能与本文第二、段中，部分相同，即扳向-ZG工位，车床大滑板向坐标图的-Z方向移动，扳向ZG工位，车床大滑板向坐标图的Z方向移动；不同的是移动速度不由档位开关d设定，而始终等于“螺纹刀的自动走刀速度”。螺纹刀自动走刀速度的计算方法，上文已经详细说明。

在既需要锥度加工，同时又需要在锥度上加工螺纹时，此时这两个工位定义的操作功能与其在本文第三、段中定义的功能，部分相同，即其带动车床滑板在图3(II)中的坐标图内沿Z轴X轴的运动方向与速度比例上等同于锥度加工时的定义；不同的是此时沿着Z轴的运行速度，始终等于“螺纹刀的自动走刀速度”；沿着X轴的运动速度根据设定锥度的角度函数算出，算法在本文第三段、已经详细说明。

d档位开关：如前所述档位开关设定十字开关各工位的走刀速度；在有螺距设定，加工螺纹时，设定仅对十字开关的-XG工位与XG工位有效，对-ZG工位和ZG工位无效；-ZG工位和ZG工位的自动走刀速度等于“螺纹刀的自动走刀速度”。

至此，手动模式下加工螺纹时，所有需要解决的基本问题都解决了。下面用图7与图5中的工件为例，再简要说明一下本发明加工螺纹时的操作过程与步骤，并补充说明一些上文没有说明的地方。

先以图7为例，说明加工没有锥度的螺纹时的操作步骤与方法：

(1)进入手动模式，设定主轴转速(这是现有的数控车床在手动模式下都具有的功能)，使螺纹刀到达图7(I)中车刀所在位置，预备对工件m车外螺纹；

(2)设定螺距；

(3)螺距设定时，同时设定“螺纹加工时X轴进退刀参考坐标”。

这一点上文没有表述，安排在这里，是为了说明和理解的方便，这一坐标是为加工螺纹时，车工掌握进退刀量而设定的。

这一参考坐标在螺距设定后，系统自动将其设定为0。

现有的数控车床在手动模式下通常也显示车床的工作坐标系，当某种具体型号的数控车床使用的工作坐标系与图1中坐标图的坐标系相同时，此时控制系统屏幕将显示3个坐标：

Z坐标  车床大滑板所在坐标位置  假设为200.3(表示车床大滑板在车床工作坐标系内Z轴的位置为200.3mm)

X坐标  车床小滑板所在坐标位置  假设为10.5(表示车床小滑板在车床工作坐标系内X轴的位置为10.5mm)

螺纹加工时X轴进退刀参考坐标  0(表示设定螺距后同时设定X轴参考坐标为0，这一坐标是本发明独有的，用来标明螺纹加工时，第一刀后各刀的进退刀量，在加工螺纹时仅b手轮的操作与十字开关的XG与-XG的操作引起的小滑板在X轴的坐标量变化显示在这个参数中，此时依据实际的移动量来显示。根据本文上述对操作部件功能的定义，当车有锥度的螺纹时，a手轮与十字开关的ZG和-ZG工位同样引起小滑板在坐标图X轴方向上坐标位置的移动，但是这种移动不计算和显示在这一坐标中，否则我们将不能知道在加工完螺纹的第一刀后，后续各刀的进刀量。这一坐标的详细使用方法，另见下文表述。)

(4)系统计算出螺纹刀自动走刀速度；

系统重新定义操作部件的功能；

(5)将十字开关扳到-ZG工位，车刀以螺纹刀的自动走刀速度由B1运动到B2完成第一刀的加工。迅速将十字开关扳到XG工位，车刀由B2运动到B3，完成退刀；将十字开关扳到ZG工位，车刀由B3运动到B4，完成调刀；根据“螺纹加工时X轴进退刀参考坐标”的值(如上述该值由车床控制系统屏幕显示)，逆时针旋转手轮b，将车刀由B4推进到B5，完成进刀，例如“螺纹加工时X轴进退刀参考坐标”显示为-0.2，则表明第二刀进刀量为0.2毫米，由B1到B5沿X轴方向的实际前进量也是0.2毫米。将十字开关扳到-ZG工位，此时系统先进行同步运算，计算出同步角度，并等待主轴转至同步角度，这期间有一个很短暂的停顿，我们将这一停顿的时间称为同步时间，经过同步时间后，再起动车刀以螺纹刀的自动走刀速度由B5运动到B6完成第二刀的加工；后续各刀的操作方法相同，直到完成m工件的螺纹加工。

需要说明的是，同步时间是一个很短的时间，这一时间由主轴转速和同步计算开始时主轴所在的角度决定。例如当主轴600转/分时、这一时间最长为小于0.1秒(主轴转一整圈的时间)的任一时间，具体多长时间将由同步计算开始时主轴所在的具体角度来决定。

再以图5中的图形为例，说明加工有锥度的螺纹时的操作步骤与方法。如前文，图5中的L为带台阶的圆柱体，左侧夹持于卡盘，阴影部位为锥度加工中需要被加工掉的部分，前文中在锥度面上不需要加工螺纹，现在我们假设在这一锥面上需要加工螺纹，操作步骤与方法如下：

(1)进入手动模式，设定主轴转速，使螺纹刀到达图5中车刀所在位置A1，预备对工件L车外锥度螺纹；

(2)设定加工锥度；

(3)设定螺距；

螺距设定时，同时设定“螺纹加工时X轴进退刀参考坐标”值为0；

(4)系统根据主轴转速与螺距计算出螺纹刀自动走刀速度；

系统重新定义操作部件的功能，将十字开关在ZG和-ZG工位时大滑板沿Z轴的自动走刀速度设定为计算出的螺纹刀自动走刀速度，并根据螺纹刀的自动走刀速度和设定的锥度计算出此时沿X轴的自动走刀速度；

(5)将十字开关扳到-ZG工位，车刀A1运动到A2完成第一刀的加工；

将十字开关扳到XG工位，车刀由A2运动到A3，完成退刀；

将十字开关扳到ZG工位，车刀由A3运动到A4，完成调刀；

根据“螺纹加工时X轴进退刀参考坐标”的值(该值由车床控制系统屏幕显示)，逆时针旋转手轮b，将车刀由A4推进到A5，完成进刀，例如“螺纹加工时X轴进退刀参考坐标”显示为-0.3，则表明第二刀进刀量为0.3毫米，由A1到A5沿X轴方向的实际前进量也是0.3毫米。将十字开关扳到-ZG工位，进行同步运算，计算出同步角度，经过同步时间后将车刀由A5运动到A6完成第二刀的加工；后续各刀的操作方法相同，直到完成L工件的螺纹加工。

需要说明的是在该步骤中，车刀由A1运动到A2，由A3运动到A4，由A5运动到A6，车床小滑板在坐标图中所处X轴的位置都会变化，但是该变化与变化量不在“螺纹加工时X轴进退刀参考坐标”值中显示，就是说这一坐标值在A1与A2时相同，在A3与A4时相同，在A5与A6时相同；但由A2到A3，由A4到A5，车床小滑板的变动与变动量将在该坐标值中实际并实时显示，A3时这一坐标为由A2到A3时车床小滑板在坐标图X轴的实际移动量，假如该量是7mm，则由A2到A3的过程中，该坐标值由0变化到7.0；由A4移动到A5时本例中显示为由7.0变化到-0.3，终点-0.3表示到达A5时相对于A1进刀量为0.3mm.

根据以上表述，本发明既可以加工不带锥度的螺纹，也可以加工带锥度的螺纹，上文虽然没有详述内螺纹的加工，但是对于车床来说，两者实际是相同的，只是进退刀的方向有所不同，所以不再叙述；但是反螺纹如何加工呢？我们以图5中的工件为例来说明车反螺纹时的情况。

在图5中，同样为L工件，同样在阴影部位需要加工带锥度的外螺纹，但是要加工的螺纹是反螺纹，所以第一刀应该由A2到A1，退刀应自A1向A4方向，调刀应由A4到A3，进刀应自A3到A6方向，第二刀应由A6到A5，同步运算应由A6到A5开始前完成，其余均相同于车正螺纹。因此当我们设定螺距后，只要根据第一刀的运动方向确定以后各刀同步运算的位置即可车反螺纹；如图5中假如第一刀由A1到A2沿坐标图的Z轴向-Z方向运动，此时系统定义后续各刀向该方向的运动均进行同步运算，反方向的自动走刀不进行同步运算，即第一刀后，由A5到A6方向的自动走刀均进行同步运算，由A3到A4方向的的自动走刀均不进行同步运算；图5中假如第一刀由A2到A1沿坐标图的Z轴向Z方向运动，此时系统定义后续各刀向该方向的运动均进行同步运算，反方向的自动走刀不进行同步运算，即第一刀后，由A6到A5方向的自动走刀均进行同步运算，由A4到A3方向的的自动走刀均不进行同步运算。如此设定后，系统即可根据第一刀的走向自动判断出需要车的是正螺纹还是反螺纹，并且进行相应的后续处理，完成正反螺纹的加工。

本发明在手动工作模式下加工螺纹时，不管是反螺纹还是正螺纹，第一刀加工完，以后各刀开始前，均允许主轴停转并允许调整主轴的转速，加工工作暂时停顿，以便实时用对应螺母或螺丝检测工作结果；以便根据被加工工件材质的实际加工性能调整主轴转速。需要说明的是，当主轴转速调整以后，螺纹刀自动走刀速度也会相应变化，但算法同前述；同步运算的计算方法也不会改变；仍然可以保证工件加工的完成。

本发明在加工完一个工件后，换夹下一个同螺距工件时，先将刀具调到开始加工前的合适位置，可用手轮也可用十字开关；系统仍然会依照第一个工件仍在加工时的逻辑运行，无需特殊处理，不会发生逻辑紊乱，可支持小批量的相同工件的加工。图6中的p为“螺纹加工时X轴进退刀参考坐标”的清零按钮，按一次系统将该坐标值清零一次，重新开始计算，以便车工根据工件的尺寸差异掌握进退刀量，支持同批工件的加工；但按p并不取消设定螺距。

螺纹加工完成后，将螺距设定为0，则表示退出螺纹加工模式。

以上就是本发明车螺纹的方法，虽然表达非常繁琐，但是根据本发明制造的车床在车螺纹时，实际操作确非常便捷；基本操作只需要十字开关与b手轮配合即可完成。

Claims (5)

1.一种具有普通车床使用功能的多功能数控车床，该车床以具有两轴并可两轴联动的卧式数控车床为基础，其特征在于：

(1)在数控车床的滑板箱部位(该部位包含大滑板部分)增加了两个手摇脉冲发生器原理的手轮(a、b)，均使用电缆连接于数控系统，可在数控车床的手动工作模式下通过手摇产生的脉冲电流分别控制大滑板的左右运动和小滑板的前后运动；

(2)在数控车床的滑板箱部位(该部位包含大滑板部分)增加了一个四工位的十字开关和与之配合使用的一个档位开关，均使用电缆连接于数控系统，可在数控车床的手动工作模式下通过十字开关的四个工位向数控系统传递工作信号，分别控制车床大小滑板向四个工作方向以设定速度做匀速直线运动，档位开关的不同档位通过数控系统来设定这种运动的速度，从而方便的实现数控车床在手动工作模式下的自动进给与快速调刀；

(3)在数控车床的控制系统中增加了锥度设定与显示部件，可在数控车床的手动工作模式下通过该部件与两个手轮和十字开关的配合来实现车床对锥度工件的加工；

(4)在数控车床的控制系统中增加了螺距设定与显示部件，可在数控车床的手动工作模式下通过该部件与两个手轮和十字开关的配合来实现车床对螺纹工件的加工；

(5)具有在数控车床的手动工作模式下支持本发明新增的操作部件、设定和显示部件：两个手摇脉冲器原理的手轮(a、b)、十字开关(c)与档位开关(d)、锥度设定与显示部件(e)、螺距设定与显示部件(f)工作功能的数控系统。

2.根据权利要求1所述的一种具有普通车床使用功能的多功能数控车床，其特征在于，依照以下步骤与方法来完成在手动工作模式下对锥度工件的加工：

(1)进入数控车床的手动工作模式后，通过锥度设定与显示部件，于由车床的纵横滑板工作方向作为坐标轴形成的平面直角工作坐标系内，通过旋钮或者键盘设定刀架与刀具相对于任一坐标轴形成的0-360度内的任何锥度角做直线运动，并将设定的角度通过控制系统共用或单独的显示屏幕显示出来，如锥度设定与显示部件部件使用数控系统共用的硬件，则被视为数控系统新增加的一种功能；

(2)而后，利用设定的锥度角用数学方法计算出车床两轴联动时分别需要的移动量或移动速度的的函数比例关系；

(3)再而后，使用手轮(a)和十字开关(c)的一对工位(-ZG和ZG)来操作这种两轴联动关系，使用手轮(b)和十字开关(c)的另一对工位(-XG与XG)来完成锥度加工时沿车床小滑板方向的进退刀；实现数控车床在手动工作模式下对锥度工件的加工。

3.根据权利要求1所述的一种具有普通车床使用功能的多功能数控车床，其特征在于，依照以下步骤与方法来完成在手动工作模式下对螺纹工件的加工：

(1)进入数控车床的手动工作模式后，先设定主轴转速并将螺纹加工刀具移动到加工前合适的起步点，然后，通过螺距设定与显示部件用数控系统的键盘设定需要加工的螺纹工件的螺距，并将其显示于数控系统单独或者统一的显示屏幕上，如螺距设定与显示部件使用数控系统共用的硬件，则被视为数控系统新增加的一种功能；

(2)系统根据设定的螺距和当时主轴设定的转速计算出加工螺纹时的第一刀与后续各刀需要的自动走刀速度，根据设定螺距、加工螺纹第一刀开始时主轴所在角度、主轴转速、大滑板所在坐标位置及后续各刀开始时主轴当时所在角度、主轴转速、大滑板所在位置计算出第一刀加工以后，后续各刀接到加工信号后，具体开始加工螺纹的工作时间，以保证第一刀加工后，后续各刀在同一部位切入工件，避免乱扣；

(3)如是正螺纹，使用十字开关(C)的-ZG工位来完成螺纹第一刀与后续各刀的切削加工，使用ZG工位来完成螺纹车刀与刀架向反方向的回位，使用手轮(b)和十字开关(C)的-XG与XG工位来完成螺纹加工时沿车床小滑板方向的进退刀；如是反螺纹，则使用十字开关(C)的ZG工位来完成第一刀与后续各刀螺纹部位的切削加工，使用-ZG工位来完成螺纹车刀与刀架向反方向的回位，使用手轮(b)和十字开关(C)的-XG与XG工位来完成螺纹加工时的沿车床小滑板方向的进退刀；

(4)如螺纹有锥度，使用十字开关(c)的ZG和-ZG工位在切削加工螺纹和回位的过程中，同时操作因为有锥度而需要的车床两轴的联动。

4.根据权利要求1所述的一种具有普通车床使用功能的多功能数控车床，具有在数控车床的手动模式下支持本发明新增的操作部件、设定和显示部件：两个手摇脉冲器原理的手轮(a、b)、十字开关(c)与档位开关(d)、锥度设定与显示部件(e)、螺距设定与显示部件(f)工作功能的数控系统，其特征在于：

(1)具有可外接两个手摇脉冲器原理手轮的输入接口，可根据手摇产生的脉冲电流，在数控车床的手动工作模式下分别控制大滑板的左右运动和小滑板的前后运动；

(2)具有可外接一个四工位十字开关与一个配合用档位开关的输入接口，可在数控车床的手动工作模式下根据十字开关的四个工位的信号分别控制大小滑板向四个方向以设定速度做匀速直线运动，可根据档位开关的不同档位来设定这种运动的具体速度；

(3)可以在数控车床的手动工作模式下设定所需要加工工件的锥度角度并将其显示在数控系统的显示屏幕上，可根据设定的锥度角度用数学方法计算出数控车床在此时需要的两轴联动关系，并定义两个手摇脉冲器手轮中的其中一个(a)与十字开关的其中两个正对工位(ZG与-ZG)可以操作这种联动关系；

(4)可以在数控车床的手动模式下设定需要加工工件的螺距并将其显示在数控系统的显示屏幕上，可根据设定的螺距与主轴转速计算出加工螺纹时的自动走刀速度，并根据螺距、第一刀开始时车床主轴所在角度、主轴转速、螺纹车刀所在位置、及后续各刀接到加工命令时主轴当时所处角度、主轴转速、螺纹车刀所在位置计算出后续各刀具体开始加工的时间，以避免螺纹乱扣；可根据第一刀的加工走向判断出加工螺纹的正反方向，并定义十字开关的一个工位(-ZG或者ZG)用来完成来完成第一刀与后续各刀螺纹部位的切削加工，相对工位(ZG或者-ZG)用来完成完成螺纹车刀与刀架向反方向的回位，定义手轮(b)和十字开关的-XG与XG工位来完成螺纹加工时的沿车床小滑板方向的进退刀；在车床的手动工作模式下，当设定螺距加工螺纹的同时还有锥度的设定时，定义十字开关(c)的ZG和-ZG工位在切削加工螺纹和回位的过程中，同时操作因为有锥度而需要的车床两轴的联动。

5.根据权利要求1一种具有普通车床使用功能的多功能数控车床，其特征在于：既包括对权利要求1定义的数控车床的制造，也包括对权利要求1定义的对数控车床进行控制的数控系统的单独制造。

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