CN102528101A

CN102528101A - 刚性定位数控车床

Info

Publication number: CN102528101A
Application number: CN2012100166050A
Authority: CN
Inventors: 李逢晓
Original assignee: NANJING JINNIU MECHANICAL MANUFACTURE CO Ltd
Current assignee: NANJING JINNIU MECHANICAL MANUFACTURE CO Ltd
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2032-01-19
Also published as: CN102528101B

Abstract

本技术的目的是提供一种精确保证被加工件的厚度的刚性定位数控车床。它包括床身、具有主轴的主轴箱、z向滑轨、z向驱动机构、x向进给拖板、x向驱动机构、设置有刀具的刀架、控制系统，滑动设置在z向滑轨上的主拖板和辅助拖板，辅助拖板与带动其沿z向滑动的z向驱动机构相连；在主轴箱下部的床身上设置有定位靠山，在主拖板设置上设置有与定位靠山在z向相对的移动靠山；主拖板和辅助拖板之间设置有带动主拖板相对于辅助拖板沿z向滑动以使得移动靠山与定位靠山接触或分离的定扭矩驱动机构；刀架设置在x向进给拖板上，x向进给拖板滑动设置在主拖板上；在主轴上设置有用于装夹被加工件的夹具，夹具具有设置被加工件的装夹面。

Description

刚性定位数控车床

技术领域

本技术涉及一种车床，具体地说，是一种可以保证被加工件厚度公差的刚性定位数控车床。

背景技术

对于加工厚度公差只有7um的零件，为了保证生产厂家和用户检测时仪器产生的合理误差，要求零件的公差必须控制在中间差的上下2um的范围内。这里零件的加工，对于所使用的设备，在刀具和零件安装的基准面（即靠山）之间的距离有着非常高的要求，即重复定位的精度要求很高。刀具和零件安装的基准面之间距离的波动就会直接造成厚度尺寸带动波动，所以重复定位的精度越高，厚度的波动就越小。

但是目前国内普遍使用的数控车床的定位精度只能达到5-8um的范围内，所以难于加工。为了提高定位精度，就要采用更高精度的全闭环控制的数控车床，但是它的精度也只能达到3-4um，而且价格昂贵（是普遍使用的数控车床价格的7-8倍），这就造成了加工成本的大幅提升，生产厂家和用户均难于承受。

由于数控车床的往复运动及所达的定位点采取的是柔性的操作，由接受转动指令的伺服电机带动z向丝杠，由丝杠推动固定在主拖板上的丝杠螺母而实现。因为丝杠与螺母之间是运动配合，所以它们之间必然会有间隙，这就造成了指令发出的运动距离和实际的移动距离会产生误差。要消除这种误差，就要尽可能地提高控制系统和执行机构（丝杠、螺母、滑轨等）的精度，或进一步采用全闭环的控制模式。但是提供执行机构的精度，不论检测与加工，难度都很大，难于实现。闭环控制虽然能够提高精度，但同样受到执行机构精度的约束，一旦由于制造精度达不到检测控制精度，机床的主拖板就会在设定的位置前后产生往复的振动，以致机床无法进行加工。

因为国内常规的数控车床的本身的精度也只有6-8um，所以用国内常规的数控车床进行加工难于达到要求。如果进口国外的高精度数控车床，价格昂贵（约50万元），而且既使使用进口的数控车，加工处两件的精度还与该数控车精度相当。另外，对于厚度公差6-8um的零件的检测，量具本身就有1-2um的误差，所以对工件的厚度公差的要求就更高。

从理论上讲，数控车床柔性的操作控制系统和刚性的定位（即把主拖板贴紧在与夹具有固定距离的靠山上）后，再由x向伺服电机驱动刀具进行加工，由于靠山与主拖板的接触面是固定的，所以它可以达到距离的波动只有1-2um。但是，直接通过伺服电机把主拖板推往靠山并与之接触是行不通的。因为主拖板移动的距离精度会造成主拖板或者倾向于略缺（及达不到与靠山理论接触面）或者倾向于略超过主拖板与靠山的理论接触面。只要倾向于超过理论接触面，伺服电机就会报警，并失去所存储的数据。

发明内容

本技术的目的是提供一种精确保证被加工件的厚度的刚性定位数控车床。

本技术的刚性定位数控车床，包括床身、具有主轴的主轴箱、z向滑轨、z向驱动机构、x向进给拖板、x向驱动机构、设置有刀具的刀架、控制系统，滑动设置在z向滑轨上的主拖板和辅助拖板，辅助拖板与带动其沿z向滑动的z向驱动机构相连；在主轴箱下部的床身上设置有定位靠山，在主拖板设置上设置有与定位靠山在z向相对的移动靠山；主拖板和辅助拖板之间设置有带动主拖板相对于辅助拖板沿z向滑动以使得移动靠山与定位靠山接触或分离的定扭矩驱动机构；刀架设置在x向进给拖板上，x向进给拖板滑动设置在主拖板上；在主轴上设置有用于装夹被加工件的夹具，夹具具有设置被加工件的装夹面。

本技术的有益效果：使用时，通过z向驱动机构驱动主拖板和辅助拖板移动，使得移动靠山靠近定位靠山。然后z向驱动机构停止，辅助拖板不再移动。接着通过定扭矩驱动机构动作，使得主拖板相对于辅助拖板移动，直到移动靠山与定位靠山接触。之所以使用定扭矩驱动机构，是为了保证移动靠山与定位靠山接触时压力是一个定值，保证了移动靠山移动的准确度。这样，主拖板相对于定位靠山的距离是准确的，加上夹具的装夹面相对于定位靠山的距离是准确的，所以保证了主拖板（及其上的刀具）相对于夹具的装夹面距离是准确的，因此以本机床加工出的零件的厚度误差极小，一般厚度公差在3-4um。另外，本机床还可以对零件进行初加工，初加工时z向驱动机构带动辅助拖板和主拖板移动，移动靠山与定位靠山无需接触，因此，本机床可以初加工，也可以对厚度要求十分准确的零件进行精加工。本技术使用传统的柔性控制系统（数控系统）与刚性的靠山相结合的方式，解决了传统的机床加工的零件厚度公差较大的问题。

本技术通过设置在辅助拖板和主拖板相连的离合装置（定扭矩驱动机构），把数控车床的柔性操作系统和刚性的靠山定位有机的结合起来，从而达到高精度的重复定位。该技术不但可以大幅度提高定位精度，而且对整体的机床制造精度可以相对较低，达到高精度低价格的效果。

上述的刚性定位数控车床，为了进一步提高定位精度，它还包括滑动设置在x向进给拖板上的z向微调拖板，z向微调拖板与带动其沿z向滑动的z向微调驱动机构相连；刀架设置在z向微调拖板上。当移动靠山与定位靠山接触时，有可能刀具到夹具的装夹面距离还需要调整以满足工件的厚度要求（尤其是在第一次对刀时），为此，通过z向微调驱动机构带动z向微调拖板和刀具沿z向移动，使得刀具到夹具的装夹面距离符合要求。当调整好后，把刀架锁死在z向微调拖板上，（既使主拖板和辅助拖板沿z向移动后）也不再需要再次调整。z向微调驱动机构是包括z向微调伺服电机在内的丝杠机构，控制系统与z向微调伺服电机电连接。这样，本车床即是三轴操作控制系统，除了有x向驱动机构的一轴外，在z向有两轴（z向微调驱动机构和z向驱动机构），这样使得本技术的加工出的零件的厚度误差更小，一般厚度公差在1-2um。

上述的刚性定位数控车床，它还包括用于检测移动靠山与定位靠山之间距离的距离传感器，距离传感器与控制系统电连接，控制系统与z向驱动机构电连接以控制其动作。当移动靠山靠近定位靠山时较小距离时，距离传感器发出信号，通过控制系统使得z向驱动机构停止动作。z向驱动机构是包括z向进给伺服电机在内的丝杠机构，控制系统与z向进给伺服电机电连接。最好，本机床还包括用于检测主拖板与辅助拖板之间距离的离合传感器，离合传感器与控制系统电连接。通过离合传感器可以检测主拖板与辅助拖板之间的离合状态，并把这种状态输出给控制系统，使得控制系统能够知道主拖板与辅助拖板之间的离合状态，为控制其它机构的动作做好准备。

上述的刚性定位数控车床，定扭矩驱动机构是包括扭矩电机在内的丝杠机构；扭矩电机的输出轴与丝杠相连，与丝杠配合的螺母固定在主拖板上；控制系统与扭矩电机电连接。

上述的刚性定位数控车床，定位靠山和移动靠山的接触面是成V形的斜面。

附图说明

图1是本刚性定位数控车床的主视图。

图2是本刚性定位数控车床的俯视图。

具体实施方式

参见图1、2本技术的刚性定位数控车床，包括床身1、具有主轴5的主轴箱、主拖板20、辅助拖板19、z向滑轨22、z向驱动机构、x向进给拖板14、x向驱动机构、设置有刀具10的刀架9、z向微调拖板11、z向微调驱动机构、离合传感器21、距离传感器4、控制系统等。

z向驱动机构包括z向进给伺服电机17、与z向进给伺服电机输出轴相连的z向进给丝杠18等。与z向进给丝杠18配合的螺母24固定辅助拖板上。主拖板和辅助拖板滑动设置在z向滑轨上。

在主轴箱下部的床身上设置有定位靠山3，在主拖板设置上设置有与定位靠山在z向相对的移动靠山2；定位靠山和移动靠山的接触面是成V形的斜面。

主拖板和辅助拖板之间设置有带动主拖板相对于辅助拖板沿z向滑动以使得移动靠山与定位靠山接触或分离的定扭矩驱动机构。定扭矩驱动机构包括扭矩电机16、与扭矩电机16输出轴相连的离合丝杠15等。与离合丝杠15配合的螺母固定在主拖板上。

在主轴5上设置有用于装夹被加工件8的夹具6，夹具具有设置被加工件的装夹面7。

x向进给拖板滑动设置在主拖板上。x向驱动机构包括x向伺服电机23、与x向伺服电机23的输出轴相连的x向进给丝杠等。与x向进给丝杠配合的螺母固定在x向进给拖板上。

z向微调拖板滑动设置在x向进给拖板上。刀架设置在z向微调拖板上。z向微调驱动机构包括z向微调伺服电机13、与z向微调伺服电机13输出轴相连的z向微调丝杠12等。与z向微调丝杠12配合的螺母固定在z向微调拖板上。

距离传感器用于检测移动靠山与定位靠山之间距离，其输出接控制系统。离合传感器用于检测主拖板与辅助拖板之间距离，其输出接控制系统。控制系统分别与z向进给伺服电机、扭矩电机电连接。x向伺服电机23、z向微调伺服电机13电连接，以控制它们的动作。

本刚性定位数控车床的工作过程：假定辅助拖板和主拖板在分离状态时，两者之间的距离最大为t。

初加工过程：辅助拖板和主拖板处于结合状态，z向驱动机构带动辅助拖板和主拖板移动沿z向移动，移动靠山与定位靠山不接触。通过x向进给拖板（当然z向微调拖板也随x向进给拖板进给）的进给实现刀具对工件的车削。

精加工过程：辅助拖板和主拖板开始处于结合状态。z向驱动机构带动辅助拖板和主拖板移动沿z向移动。当移动靠山靠近但不接触定位靠山，且移动靠山与定位靠山的距离小于t时，距离传感器发出信号，通过控制系统使得z向驱动机构停止动作。然后，定扭矩驱动机构动作，使得主拖板相对于辅助拖板沿z向移动，使得移动靠山逐渐靠近并与定位靠山接触，直到扭矩电机的扭矩达到某一数值后，扭矩电机停止动作。

然后把被加工件装夹在夹具的装夹面上，通过x向进给拖板（当然z向微调拖板也随x向进给拖板进给）的进给对工件进行试车。然后根据试车结果，通过z向微调驱动机构带动z向微调拖板和刀具沿z向移动，使得刀具到夹具的装夹面距离符合要求。当调整好后，把刀架锁死在z向微调拖板上即可。调整好后（刀架锁死在z向微调拖板上），既使主拖板与辅助拖板结合在一起沿z向移动之后，只要主拖板上的移动靠山与定位靠山接触后，就无需再次调整z向微调拖板的z向位置，即可保证刀具与夹具的装夹面之间的距离。也就是说，因为主拖板的位置是依靠移动靠山和定位靠山的刚性接触而确定的，所以保证刀具与夹具的装夹面之间的距离不会因主拖板和辅助拖板的往复移动而改变。本技术中，主拖板的定位是把完全有数控信号控制的柔性定位转变为了刚性定位。

当主拖板相对于辅助拖板沿z向移动，主拖板和辅助拖板分离时，离合传感器可以检测主拖板与辅助拖板之间的距离，并输出信号给控制系统，此时z向驱动机构不能动作。主拖板和辅助拖板结合时，离合传感器可以检测主拖板与辅助拖板之间的距离，并输出信号给控制系统，此时z向驱动机构才能动作（以带动辅助拖板和主拖板移动）。

本技术把传统的数控柔性定位与靠山的刚性定位有机的结合起来，以很低的成本解决了传统的机床加工的零件厚度公差较大的问题。以本机床加工出的零件的厚度公差在1-4um。

Claims

1. 刚性定位数控车床，包括床身、具有主轴的主轴箱、z向滑轨、z向驱动机构、x向进给拖板、x向驱动机构、设置有刀具的刀架、控制系统，其特征是：它还包括滑动设置在z向滑轨上的主拖板和辅助拖板，辅助拖板与带动其沿z向滑动的z向驱动机构相连；在主轴箱下部的床身上设置有定位靠山，在主拖板设置上设置有与定位靠山在z向相对的移动靠山；主拖板和辅助拖板之间设置有带动主拖板相对于辅助拖板沿z向滑动以使得移动靠山与定位靠山接触或分离的定扭矩驱动机构；刀架设置在x向进给拖板上，x向进给拖板滑动设置在主拖板上；在主轴上设置有用于装夹被加工件的夹具，夹具具有设置被加工件的装夹面。

2.权利要求1所述的刚性定位数控车床，其特征是：它还包括滑动设置在x向进给拖板上的z向微调拖板，z向微调拖板与带动其沿z向滑动的z向微调驱动机构相连；刀架设置在z向微调拖板上。

3.权利要求2所述的刚性定位数控车床，其特征是：z向微调驱动机构是包括z向微调伺服电机在内的丝杠机构，控制系统与z向微调伺服电机电连接。

4.如权利要求1所述的刚性定位数控车床，其特征是：它还包括用于检测移动靠山与定位靠山之间距离的距离传感器，距离传感器与控制系统电连接，控制系统与z向驱动机构电连接以控制其动作。

5.如权利要求4所述的刚性定位数控车床，其特征是：z向驱动机构是包括z向进给伺服电机在内的丝杠机构，控制系统与z向进给伺服电机电连接。

6.如权利要求4所述的刚性定位数控车床，其特征是：它还包括用于检测主拖板与辅助拖板之间距离的离合传感器，离合传感器与控制系统电连接。

7.如权利要求1所述的刚性定位数控车床，其特征是：定扭矩驱动机构是包括扭矩电机在内的丝杠机构；扭矩电机的输出轴与丝杠相连，与丝杠配合的螺母固定在主拖板上；控制系统与扭矩电机电连接。

8.如权利要求1所述的刚性定位数控车床，其特征是：定位靠山和移动靠山的接触面是锥面。