CN105988414A - 一种数控机床的随动加工装置及其随动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床的随动加工装置及其随动方法，通过设置激光发射和接收装置，使用激光光斑的变化对加工过程中的干扰进行反馈，通过设置负压吸盘和橡胶垫，可以提高激光系统的工作稳定性。本发明能够解决现有技术的不足，提高了整个数控机床运行的精确度。

Description

一种数控机床的随动加工装置及其随动方法

技术领域

本发明涉及机床自动控制领域，尤其是一种数控机床的随动加工装置及其随动方法。

背景技术

在数控机床的自动加工过程中，需要对刀具和加工件进行实时地位置变化，从而实现加工件的精确加工。现有技术为了提高加工精度，通常通过提高伺服电机制作工艺而实现伺服电机的精确运动。但是，在多个伺服电机的相互配合运行过程中，每个伺服电机的运动误差会大大增加整个数控机床的误差度。中国发明专利CN 102130640 B公开了一种多轴同步伺服驱动系统及其同步控制方法，通过伺服控制器之间的同步信号进行实时地同步，以提高各个伺服电机之间的同步性。但是，这种通过伺服电机之间通过同步信号进行实时同步的方式在调整速度上总会产生一定的时间滞后，会对整个伺服系统带来误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种数控机床的随动加工装置及其随动方法，能够解决现有技术的不足，提高了整个数控机床运行的精确度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种数控机床的随动加工装置，包括加持基座和刀具基座，加持基座和刀具基座分别通过若干个串联的驱动机构进行位置的调整，每个驱动机构包括一个伺服电机，随动加工装置还包括一个控制器，控制器与所有伺服电机通讯连接，加持基座的外侧对称设置有两个激光接收盘，刀具基座的两侧设置有与激光接收盘相配合的激光发射盘，激光发射盘上中心对称地设置有若干个激光发射器，激光发射器向外倾斜设置，控制器与激光接收盘通讯连接。

作为优选，所述激光接收盘的外侧设置有负压吸盘，负压吸盘内部设置有凹槽，凹槽内壁的外侧面连接有第一负压吸管，凹槽内壁的内侧面连接有第二负压吸管，凹槽的底面连接有第三负压吸管，第一负压吸管、第二负压吸管和第三负压吸管的内径之比为1:3:7，第一负压吸管与竖直方向的夹角为25°，第二负压吸管与竖直方向的夹角为40°，第三负压吸管沿着竖直方向设置，第二负压吸管内设置有螺旋叶轮。

作为优选，所述激光发射盘的底部设置有橡胶垫，橡胶垫内对称有两个弧形弹簧片，弧形弹簧片向橡胶垫的中间凸起，弧形弹簧片之间固定连接有加强杆，弧形弹簧片的两端套接有套管，套管为聚四氟乙烯材料，套管分别与弧形弹簧片和橡胶垫过盈配合，套管的外侧边沿活动连接有金属连接筒，金属连接筒的外侧设置有圆台形弹簧套。

一种用于上述数控机床的随动加工装置的随动方法，控制器对伺服电机进行闭环控制，从而使驱动机构带动加持基座和刀具基座进行相应的运动，在加持基座和刀具基座发生相对运动时，激光发射器在激光接受盘上投射的光斑组成的圆形图案会发生相应的位置和大小的变化，控制器对这种光斑变化进行采集，并根据光斑的变化将相应的控制信号反馈至伺服电机。

作为优选，控制器根据采集的光斑变化情况，将所有伺服电机分为若干个组，同一组内不同的伺服电机各设置有一个第一传递函数，每一组伺服电机还设置有一个第二传递函数，控制器通过第一传递函数和第二传递函数对伺服电机进行调整。

作为优选，第一传递函数通过光斑的位置信号确定，第二传递函数通过光斑的速度信号确定。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过使用激光定位的方式，利用激光光斑在激光接收盘上的位置和移动速度的变化对加持基座和刀具基座的运行进行实时反馈，使得控制器可以更快地对伺服电机进行反馈调节。负压吸盘可以对激光接收盘进行实时清理，避免加工过程中的碎屑对激光接收的影响。第二负压吸管可以有效地加大负压吸盘外侧的进气量，从而保证激光接收盘的洁净。带有弧形弹簧片的橡胶垫可以有效地减少刀具基座的振动，通过连接加强杆，可以减少刀具基座两侧的不平衡。通过设置套管和金属连接筒，可以提高刀具基座对于高频震动的缓冲。

附图说明

图1是本发明的一个具体实施例的电气控制图。

图2是本发明的一个具体实施例中负压吸盘的结构图。

图3是本发明的一个具体实施例中橡胶垫的结构图。

图中：1、加持基座；2、刀具基座；3、驱动机构；4、伺服电机；5、控制器；6、激光接收盘；7、激光发射盘；8、激光发射器；9、负压吸盘；10、凹槽；11、第一负压吸管；12、第二负压吸管；13、第三负压吸管；14、螺旋叶轮；15、橡胶垫；16、弧形弹簧片；17、加强杆；18、套管；19、金属连接筒；20、圆台形弹簧套；21、定位外圈；22、弧形挡片；23、弹簧体。

具体实施方式

参照图1-3，一种数控机床的随动加工装置，包括加持基座1和刀具基座2，加持基座1和刀具基座2分别通过四个串联的驱动机构3进行位置的调整，每个驱动机构3包括一个伺服电机4，随动加工装置还包括一个控制器5，控制器5与所有伺服电机4通讯连接，加持基座1的外侧对称设置有两个激光接收盘6，刀具基座2的两侧设置有与激光接收盘6相配合的激光发射盘7，激光发射盘7上中心对称地设置有八个激光发射器8，激光发射器8向外倾斜设置，控制器5与激光接收盘6通讯连接。激光接收盘6的外侧设置有负压吸盘9，负压吸盘9内部设置有凹槽10，凹槽10内壁的外侧面连接有第一负压吸管11，凹槽内壁的内侧面连接有第二负压吸管12，凹槽10的底面连接有第三负压吸管13，第一负压吸管11、第二负压吸管12和第三负压吸管13的内径之比为1:3:7，第一负压吸管11与竖直方向的夹角为25°，第二负压吸管12与竖直方向的夹角为40°，第三负压吸管13沿着竖直方向设置，第二负压吸管12内设置有螺旋叶轮14。激光发射盘7的底部设置有橡胶垫15，橡胶垫15内对称有两个弧形弹簧片16，弧形弹簧片16向橡胶垫15的中间凸起，弧形弹簧片16之间固定连接有加强杆17，弧形弹簧片16的两端套接有套管18，套管18为聚四氟乙烯材料，套管18分别与弧形弹簧片16和橡胶垫15过盈配合，套管18的外侧边沿活动连接有金属连接筒19，金属连接筒19的外侧设置有圆台形弹簧套20。

一种用于上述数控机床的随动加工装置的随动方法，控制器5对伺服电机4进行闭环控制，从而使驱动机构3带动加持基座1和刀具基座2进行相应的运动，在加持基座1和刀具基座2发生相对运动时，激光发射器8在激光接受盘6上投射的光斑组成的圆形图案会发生相应的位置和大小的变化，控制器5对这种光斑变化进行采集，并根据光斑的变化将相应的控制信号反馈至伺服电机4。控制器5根据采集的光斑变化情况，将所有八个伺服电机4分为四组，与加持基座1连接的第一组伺服电机内的两个伺服电机的第一传递函数为：

f₁(x₁)＝3.5x_l+1.25

$f_2(x_1,x_2)=5.2\sqrt{x_1}+0.4x_2$

与加持基座1连接的第二组伺服电机内的两个伺服电机的第一传递函数为：

f₃(x)＝0.75

f₄(x₁，x₂)＝tanx₁+0.35x₂ ²

与刀具基座2连接的第一组伺服电机内的两个伺服电机的第一传递函数为：

f₅(x₁，x₂)＝0.78x₂ ²+2.5x₁+0.5

$f_6(x_1,x_2)=e^{x_1}+0.5x_2$

与刀具基座2连接的第二组伺服电机内的两个伺服电机的第一传递函数为：

f₇(x₂)＝2x₂ ²+0.5tan x₂

$f_8\left(x_1\right)=3.1\sqrt{x_1}+0.25$

与加持基座1连接的两组伺服电机的第二传递函数为：

f₁(y)＝0.15y³+0.35y²+1.5

$f_2\left(y\right)=0.55y^2+1.2\sqrt{y}$

与刀具基座2连接的两组伺服电机的第二传递函数为：

f₃(y)＝y³+tan x+1.5

f₄(y)＝e^0.5y+y²+3.5

其中，变量x₁为光斑的位置信号，变量x₂为光斑的面积信号，变量y为光斑的速度信号。上述传递函数适用于加工件重量在0.3kg～0.5kg，进刀速度小于1mm/s的加工工况中。

另外，在激光发射盘7的中心还竖直设置有一个激光发射器8，位于激光发射盘7中心的激光发射器8的顶部固定有定位外圈21，定位外圈21内侧通过弹簧体23连接有若干个弧形挡片22。通过这个弧形挡片22可以捕捉并反馈出刀具基座2的加速度的大小和方向。通过激光接收盘8的接收，可以将刀具基座2的运动趋势进行准确检测。这一加速度的检测通过第三传递函数反馈至控制器5对伺服电机4的调整。第三传递函数与第一传递函数和第二传递函数串联设置，此系统的第三传递函数为：

f(z)＝3.5e^2z+5.5z²

其中，变量z为刀具基座2的加速度信号。

本具体实施方式可以将此加工系统的加工精度有原来的±100μm减小至±20μm。

上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (6)

1.一种数控机床的随动加工装置，包括加持基座(1)和刀具基座(2)，加持基座(1)和刀具基座(2)分别通过若干个串联的驱动机构(3)进行位置的调整，每个驱动机构(3)包括一个伺服电机(4)，随动加工装置还包括一个控制器(5)，控制器(5)与所有伺服电机(4)通讯连接，其特征在于：加持基座(1)的外侧对称设置有两个激光接收盘(6)，刀具基座(2)的两侧设置有与激光接收盘(6)相配合的激光发射盘(7)，激光发射盘(7)上中心对称地设置有若干个激光发射器(8)，激光发射器(8)向外倾斜设置，控制器(5)与激光接收盘(6)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的数控机床的随动加工装置，其特征在于：所述激光接收盘(6)的外侧设置有负压吸盘(9)，负压吸盘(9)内部设置有凹槽(10)，凹槽(10)内壁的外侧面连接有第一负压吸管(11)，凹槽内壁的内侧面连接有第二负压吸管(12)，凹槽(10)的底面连接有第三负压吸管(13)，第一负压吸管(11)、第二负压吸管(12)和第三负压吸管(13)的内径之比为1:3:7，第一负压吸管(11)与竖直方向的夹角为25°，第二负压吸管(12)与竖直方向的夹角为40°，第三负压吸管(13)沿着竖直方向设置，第二负压吸管(12)内设置有螺旋叶轮(14)。

3.根据权利要求1所述的数控机床的随动加工装置，其特征在于：所述激光发射盘(7)的底部设置有橡胶垫(15)，橡胶垫(15)内对称有两个弧形弹簧片(16)，弧形弹簧片(16)向橡胶垫(15)的中间凸起，弧形弹簧片(16)之间固定连接有加强杆(17)，弧形弹簧片(16)的两端套接有套管(18)，套管(18)为聚四氟乙烯材料，套管(18)分别与弧形弹簧片(16)和橡胶垫(15)过盈配合，套管(18)的外侧边沿活动连接有金属连接筒(19)，金属连接筒(19)的外侧设置有圆台形弹簧套(20)。

4.一种用于权利要求1～3所述的数控机床的随动加工装置的随动方法，其特征在于：控制器(5)对伺服电机(4)进行闭环控制，从而使驱动机构(3)带动加持基座(1)和刀具基座(2)进行相应的运动，在加持基座(1)和刀具基座(2)发生相对运动时，激光发射器(8)在激光接受盘(6)上投射的光斑组成的圆形图案会发生相应的位置和大小的变化，控制器(5)对这种光斑变化进行采集，并根据光斑的变化将相应的控制信号反馈至伺服电机(4)。

5.根据权利要求4所述的数控机床的随动加工装置的随动方法，其特征在于：控制器(5)根据采集的光斑变化情况，将所有伺服电机(4)分为若干个组，同一组内不同的伺服电机(4)各设置有一个第一传递函数，每一组伺服电机(4)还设置有一个第二传递函数，控制器(5)通过第一传递函数和第二传递函数对伺服电机(4)进行调整。

6.根据权利要求5所述的数控机床的随动加工装置的随动方法，其特征在于：第一传递函数通过光斑的位置信号确定，第二传递函数通过光斑的速度信号确定。