CN107942951B - 台尾系统及其工作方法、数控机床 - Google Patents

台尾系统及其工作方法、数控机床 Download PDF

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CN107942951B CN201710554438.8A CN201710554438A CN107942951B CN 107942951 B CN107942951 B CN 107942951B CN 201710554438 A CN201710554438 A CN 201710554438A CN 107942951 B CN107942951 B CN 107942951B
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Abstract

本发明提供一种台尾系统及其工作方法、数控机床,所述台尾系统包括:传动装置、台尾主体、控制模块、伺服驱动器和伺服电机;所述伺服驱动器控制所述伺服电机的工作,所述伺服电机与所述传动装置相接,所述传动装置和所述台尾主体固定相连;所述传动装置在所述伺服电机的驱动下,带动所述台尾主体向工件移动,顶紧工件,远离工件,或/和回退原位;所述控制模块用于发出速度控制信号或/和转矩控制信号以控制所述伺服驱动器。本发明能根据实际需要调节台尾夹紧工件时的速度、顶紧工件的扭矩,还可以调节控制台尾的移动速度及速度切换位置从而实现速度切换,检测工件毛坯的长度尺寸是否合格,大大提高了工件的加工精度。

Description

台尾系统及其工作方法、数控机床
技术领域
本发明属于数控机床技术领域,涉及一种数控机床的台尾系统,特别是涉及一种台尾系统及其工作方法、数控机床。
背景技术
机床(machine tool)是指制造机器的机器,亦称工作母机或工具机,习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。机床的种类非常多,例如:通用机床有:车床,刨床,铣床,冲床,磨床,电火花成型机床,线切割机床,钻床,镗床,滚齿机,旋铆机,折弯机等;专用机床有:专门做螺纹的搓丝机,镦锻机,专门磨曲轴的曲轴磨等。
数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床是一种应用较为广泛的金属加工设备,主要用于回转件的加工,常见的是加工盘类零件和轴类零件。对于加工比较长的轴类零件,仅仅使用卡盘卡住其中一端加工是很难满足加工要求的,多数情况下采取一卡一顶的装夹方式,所以对于数控机床来说,必须要配置一个稳定、高效的台尾。
目前,市场上的大部分数控机床都标配了台尾。传统的台尾是人工移动,操作费时费力不方便。还有一部分数控机床使用的是液压台尾,但是液压台尾的移动速度较慢,加工效率降低。此外,液压台尾的顶紧扭矩不能设置,装夹细长零件时会造成较大的形变,装夹相对较粗的零件时顶紧力又不够,所以会影响加工精度。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种台尾系统及其工作方法、数控机床,用于解决现有数控机床配备的台尾移动速度慢,顶紧工件力度不够,影响加工精度的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种台尾系统,所述台尾系统包括:传动装置、台尾主体、控制模块、伺服驱动器和伺服电机;所述伺服驱动器控制所述伺服电机的工作,所述伺服电机与所述传动装置相接,所述传动装置和所述台尾主体固定相连;所述传动装置在所述伺服电机的驱动下,带动所述台尾主体向工件移动,顶紧工件,远离工件,或/和回退原位;所述控制模块与所述伺服驱动器通讯相连,用于发出速度控制信号或/和转矩控制信号以控制所述伺服驱动器;所述速度控制信号用于控制所述台尾主体的移动速度;所述转矩控制信号用于控制所述台尾主体顶紧工件的力度。
于本发明的一实施例中,所述台尾系统还包括:电机编码器,用于将所述伺服电机的转动情况转换为数字量脉冲信号,并将所述数字量脉冲信号反馈至所述伺服驱动器,使所述伺服驱动器将所述数字量脉冲信号发送至所述控制模块,以便所述控制模块根据所述数字量脉冲信号计算出所述台尾主体的位置和速度。
于本发明的一实施例中,所述控制模块包括:控制器,根据所述数字量脉冲信号计算所述台尾主体的实时位置和速度;通讯总线单元,与所述控制器和所述伺服驱动器分别通信相连,用于接收所述数字量脉冲信号,或/和输出所述速度控制信号或/和转矩控制信号;显示单元,与所述控制器通信相连,用于显示所述控制器的控制界面;或/和操作模组,与所述控制器通信相连,用于通过所述控制界面设置相关控制参数;所述相关控制参数包括:所述台尾主体的运动速度大小,转矩大小,速度切换坐标,夹紧坐标或/和回退原点坐标。
于本发明的一实施例中,所述控制器读取所述伺服驱动器反馈的数字量脉冲信号后,判断所述伺服驱动器是否有使能状态信号和是否有错误状态信号;若所述伺服驱动器有使能状态信号并且没有错误状态信号,则所述控制器将设定的所述台尾主体的运动速度大小或/和扭矩大小转换成速度控制信号或/和转矩控制信号发送至所述伺服驱动器;若所述伺服驱动器没有使能状态信号或有错误状态信号,或者所述伺服驱动器没有使能状态信号同时又有错误状态信号,则所述控制器报错,所述台尾主体停止运动。
于本发明的一实施例中,所述控制模块控制所述台尾主体的过程包括:所述控制器输出第一速度控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动,所述伺服电机通过所述传动装置带动所述台尾主体以第一速度向工件方向移动;所述控制器判断所述台尾主体到达速度切换坐标点时,输出第二速度控制信号给所述伺服驱动器;所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第二速度向工件方向移动直至顶到工件;所述控制器判断所述台尾主体的速度变为0时,判定所述台尾主体已顶到工件,并输出第一转矩控制信号给所述伺服驱动器;所述伺服驱动器驱动所述伺服电机输出恒定的转矩使所述台尾主体顶紧工件;或/和所述控制器输出回退指令给所述伺服驱动器,所述回退指令包括第二转矩控制信号和第三速度控制信号;所述伺服驱动器根据所述第二转矩控制信号驱动所述伺服电机将输出的转矩减为0,使所述台尾主体放开工件;所述伺服驱动器根据所述第三速度控制信号驱动所述伺服电机转动,从而带动所述台尾主体以第三速度回退至所述回退原点坐标。
于本发明的一实施例中,所述控制模块控制所述台尾主体顶紧工件时,所述控制器将所述台尾主体的实际位置坐标与预设的所述夹紧坐标相减,并判断获得的差值的绝对值是否在误差范围内;若在误差范围内,则所述控制器判定工件的实际长度满足加工要求;若不在误差范围内,则所述控制器判定工件的实际长度不满足加工要求,报警提示工件质量不合格。
本发明还提供一种数控机床,所述数控机床包括:机床主体,包括卡盘;所述卡盘用于固定工件;如上所述的台尾系统,与所述卡盘配合,用于顶紧或检测所述工件。
本发明还提供一种台尾系统的工作方法,所述台尾系统为如上所述的台尾系统,所述工作方法包括夹紧工件的方法,所述夹紧工件的方法包括:所述台尾系统的控制模块控制台尾主体向工件移动的方法,具体为:所述控制模块输出第一速度控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动,所述伺服电机通过所述传动装置带动所述台尾主体以第一速度向工件方向移动;当所述控制模块判断所述台尾主体到达速度切换坐标点时,所述控制模块输出第二速度控制信号给所述伺服驱动器,使所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第二速度向工件方向移动直至顶到工件;所述控制模块控制所述台尾主体顶紧工件的方法,具体为:当所述控制模块判断所述台尾主体的速度变为0时,判定所述台尾主体已顶到工件,并输出第一转矩控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机输出恒定的转矩使所述台尾主体顶紧工件;或/和所述控制模块控制所述台尾主体放开工件,回退原位的方法,具体为:所述控制模块输出回退指令给所述伺服驱动器,所述回退指令包括第二转矩控制信号和第三速度控制信号;所述伺服驱动器根据所述第二转矩控制信号驱动所述伺服电机将输出的转矩减为0,使所述台尾主体放开工件;所述伺服驱动器根据所述第三速度控制信号驱动所述伺服电机转动,从而带动所述台尾主体以第三速度回退至所述回退原点坐标。
于本发明的一实施例中,所述台尾系统的工作方法还包括检测工件是否合格的方法,具体包括:所述控制模块控制所述台尾主体顶紧工件时,所述控制模块将所述台尾主体的实际位置坐标与预设的夹紧坐标相减,并判断获得的差值的绝对值是否在误差范围内;若在误差范围内,则所述控制模块判定工件的实际长度满足加工要求;若不在误差范围内,则所述控制模块判定工件的实际长度不满足加工要求,报警提示工件质量不合格。
于本发明的一实施例中,所述第二速度小于第一速度。
于本发明的一实施例中,所述判断所述台尾主体到达所述速度切换坐标点的方法包括:所述台尾主体的实时位置坐标与所述速度切换坐标的差值绝对值小于预设的阈值时,所述控制模块判定所述台尾主体到达所述速度切换坐标。
如上所述,本发明所述的台尾系统及其工作方法、数控机床,具有以下有益效果:
本发明能够根据实际需要调节台尾夹紧工件时的速度、顶紧工件的扭矩,并且还可以调节控制台尾的移动速度以及速度切换位置从而实现速度切换,此外,还可以检测工件毛坯的长度尺寸是否合格,可以大大提高工件的加工精度。
附图说明
图1a显示为本发明实施例所述的台尾系统的一种实现结构示意图。
图1b显示为本发明实施例所述的台尾系统的驱动模块的一种实现结构示意图。
图1c显示为本发明实施例所述的台尾系统的控制模块的一种实现结构示意图。
图2a显示为本发明实施例所述的台尾系统的一种运动方式示意图。
图2b显示为本发明实施例所述的台尾系统夹紧工件的一种实现流程示意图。
图2c显示为本发明实施例所述的台尾系统检测工件是否合格的一种实现流程示意图。
图3a显示为本发明实施例所述的数控机床的一种实现结构示意图。
图3b显示为本发明实施例所述的数控机床的台尾系统中驱动模块的一种实现结构示意图。
图3c显示为本发明实施例所述的数控机床的台尾系统中控制模块的一种实现结构示意图。
元件标号说明
100 台尾系统
110 台尾模块
111 传动装置
112 台尾主体
120 控制模块
121 控制器
122 通讯总线单元
123 操作模组
124 显示单元
130 驱动模块
131 伺服电机
132 伺服驱动器
133 电机编码器
300 数控机床
310 数控系统
320 机床主体
321 卡盘
330 台尾系统
331 台尾模块
3311 传动装置
3312 台尾主体
332 控制模块
3321 控制器
3322 通讯总线单元
3323 操作模组
3324 显示单元
333 驱动模块
3331 伺服电机
3332 伺服驱动器
3333 电机编码器
S201~S208 步骤
S211~S215 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
随着人们对机床加工效率的要求不断提高,在加工长轴类零件时,传统的机床台尾不能满足加工效率要求,伺服台尾应运而生。现有的伺服台尾不能调节台尾夹紧工件时的运动速度,而且有些伺服台尾,需要挡块来确定速度切换位置。本发明针对上述问题,提出了一种台尾系统及其夹紧工件的方法、和数控机床,不但实现了台尾夹紧工件时的运动速度自动调节和切换,同时还能自动检测工件毛坯的长度尺寸是否合格。下面结合附图和实施例进行详细解释说明。
请参阅图1a,本实施例提供了一种台尾系统100,包括:台尾模块110,控制模块120,驱动模块130。所述台尾模块110包括传动装置111和台尾主体112;所述传动装置111和所述台尾主体112固定相连;所述台尾主体在所述传动装置的带动下向工件移动,顶紧工件,放开工件,或/和回退原位。所述控制模块120用于发出速度控制信号或/和转矩控制信号,控制所述台尾主体的运动状态;所述速度控制信号用于控制所述台尾主体的移动速度;所述转矩控制信号用于控制所述台尾主体顶紧工件的力度。所述驱动模块130与所述控制模块120通信相连,所述驱动模块130与所述传动装置111相接;所述驱动模块130驱动所述传动装置带动所述台尾主体运动达到指定的移动速度;或/和驱动所述台尾主体顶紧工件或放开工件。其中,控制模块120可以通过总线与驱动模块130通信,也可以通过其他通信方式与驱动模块130通信。
进一步,所述传动装置111的一种实现结构包括:滚珠丝杠,丝杠螺母,和导轨;所述滚珠丝杠可以通过联轴器与伺服电机连接,滚珠丝杠通过丝杠螺母与台尾主体连接。伺服电机旋转带动滚珠丝杠旋转,丝杠螺母随着滚珠丝杠的旋转运动进行直线运动,从而丝杠螺母带动台尾主体沿导轨进行往复运动。伺服电机为台尾主体的运行提供动力。联轴器连接伺服电机与滚珠丝杠,使滚珠丝杆与伺服电机同时运转,同时把滚珠丝杠的旋转运动转化为丝杠螺母的直线运动,从而丝杠螺母带动台尾主体运动,台尾主体往复直线运动顶紧、松开工件(毛坯)。本发明中,所述台尾主体的位置、运动速度和转矩(或称扭矩)都可以通过控制模块进行调节。即,所述控制模块可以利用控制程序自动控制台尾主体的前进后退,同时可以通过控制程序对台尾主体的位置、速度进行控制,控制台尾主体运行到加工所需要的位置,来完成对工件的顶紧。
参见图1b所示,所述驱动模块130包括:伺服电机131,伺服驱动器132,电机编码器133。所述伺服电机131与所述传动装置111相连,用于驱动所述传动装置运动。所述伺服电机可以采用旋转电机或直线电机等。所述伺服驱动器132与所述控制模块120和所述伺服电机131分别通信相连,将所述速度控制信号转换成电能信号,驱动所述伺服电机运转达到指定的转速;或/和将所述转矩控制信号转换成电能信号,驱动所述伺服电机不运转并保持指定的转矩。电机编码器133可以为内置或外置于伺服电机131上的用来测量磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器。所述电机编码器133用于将所述伺服电机的转动速度(或转数)转换为数字量脉冲信号,并将所述数字量脉冲信号反馈至所述伺服驱动器,使所述伺服驱动器将所述数字量脉冲信号发送至所述控制模块,以便所述控制模块根据所述数字量脉冲信号计算出所述台尾主体当前的位置和速度。如果伺服驱动器出现问题,那么伺服电机则不会转动。
参见图1c所示,所述控制模块120的一种实现结构包括:控制器121,通讯总线单元122,操作模组123,显示单元124。所述控制器121用于根据所述数字量脉冲信号计算所述台尾主体的位置和速度,或/和用于输出速度控制信号或/和转矩控制信号。所述通讯总线单元122与所述控制器121和所述伺服驱动器132分别通信相连,用于接收所述数字量脉冲信号,或/和输出所述速度控制信号或/和转矩控制信号。所述显示单元124与所述控制器121相连,用于显示所述控制器的控制界面。所述操作模组123与所述控制器121相连,用于通过所述控制界面设置相关控制参数。所述相关控制参数包括:所述台尾主体的运动速度大小,转矩大小,速度切换坐标,夹紧坐标或/和回退原点坐标;其中,运动速度大小是指台尾主体的直线运动速度大小,转矩大小是指台尾主体相对于工件的作用力的力矩,速度切换坐标所代表的位置是台尾主体向工件方向移动时速度发生切换的位置,夹紧坐标所代表的位置是台尾主体顶紧工件时所处的位置,回退原点坐标所代表的位置是台尾主体停止工作时所处的位置,夹紧坐标至回退原点坐标之间的距离是台尾主体的可移动范围。
更进一步,在实现台尾主体运动的过程中,所述控制器121可以判断所述伺服驱动器132是否出现错误。具体地,所述控制器读取所述伺服驱动器反馈的数字量脉冲信号后,判断所述伺服驱动器是否有使能状态信号和是否有错误状态信号;若所述伺服驱动器有使能状态信号并且没有错误状态信号,则所述控制器将设定的所述台尾主体的运动速度大小或/和扭矩大小转换成速度控制信号或/和转矩控制信号发送至所述伺服驱动器;若所述伺服驱动器没有使能状态信号或有错误状态信号,或者所述伺服驱动器没有使能状态信号同时又有错误状态信号,则所述控制器报错,所述台尾主体停止运动。其中,控制器根据使能状态信号判断伺服驱动器是否在运行状态;控制器根据错误状态信号判断伺服驱动器是否正常运行。具体地,电机编码器发送数字量脉冲信号给伺服驱动器后,伺服驱动器将所述数字量脉冲信号以及伺服驱动器的使能状态信号和错误状态信号发送给控制器。控制器根据数字量脉冲信号计算台尾主体的实时位置和速度,根据使能状态信号和错误状态信号确认伺服驱动器的运行状态。
参见图2a所示,所述台尾主体的运动模式有三种模式,分别为:位置模式、速度模式、扭矩模式。其中,位置模式为:所述台尾主体定位到速度切换坐标,或回退原点时,采用位置模式定位所述台尾主体的位置是否在速度切换坐标或回退原点坐标;速度模式为:所述台尾主体在运行过程中包括第一速度F1与第二速度F2,或还包括第三速度F3,第二速度F2小于第一速度F1,第三速度F3与第一速度F1和第二速度F2之间没有必然的大小关系,采用速度模式控制所述台尾主体的速度大小;扭矩模式为:当所述台尾主体碰到工件后,需要以一定的扭矩顶紧工件,采用扭矩模式使伺服电机输出一定的扭矩。
本发明所述的台尾系统是一种运动速度和扭矩均可以调节的伺服台尾,该台尾系统还可以检测毛坯工件的长度尺寸是否合格。台尾系统中的控制模块利用控制程序自动控制台尾主体的前进后退,同时可以通过编程对台尾主体的位置、速度进行检测,控制台尾主体运行到加工所需要的位置,来完成对工件的顶紧,即实现了台尾的运动速度和扭矩的自动调节。
参见图2b所示,所述台尾系统的工作方法包括夹紧工件的方法,该夹紧工件的方法包括:所述控制模块120控制所述台尾主体112向工件移动,顶紧工件,放开工件,和回退原位四个工作过程。其中,步骤S201至S205描述了所述控制模块控制所述台尾主体向工件移动的过程,步骤S205还描述了所述控制模块控制所述台尾主体顶紧工件的过程,步骤S206至S207描述了所述控制模块控制所述台尾主体放开工件的过程,步骤S208描述了所述控制模块控制所述台尾主体回退原位的过程,具体如下:
S201,所述控制器输出第一速度控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第一速度向工件方向移动。
S202,所述控制器根据所述电机编码器反馈的数字量脉冲信号判断所述台尾主体是否到达速度切换坐标点;
S203,若是,则所述控制器输出第二速度控制信号给所述伺服驱动器,使所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第二速度向工件方向移动直至顶到工件;若否,则继续判断所述台尾主体是否到达速度切换坐标点。
S204,所述控制器根据所述电机编码器反馈的数字量脉冲信号判断所述台尾主体的速度是否变为0。
S205,若是,则判定所述台尾主体已顶到工件;此时所述控制器输出第一转矩控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机输出恒定的转矩使所述台尾主体顶紧工件;若否,则继续判断所述台尾主体的速度是否变为0。
S206,所述控制器输出回退指令给所述伺服驱动器,所述回退指令包括第二转矩控制信号和第三速度控制信号。
S207,所述伺服驱动器根据所述第二转矩控制信号驱动所述伺服电机将输出的转矩减为0使所述台尾主体放开工件。
S208,所述伺服驱动器根据所述第三速度控制信号驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第三速度回退至所述回退原点坐标。
更进一步,所述台尾系统的工作方法还包括检测工件是否合格的方法,参见图2c所示,所述控制模块120控制所述台尾主体检测工件(毛坯)的长度尺寸是否合格,具体过程包括:
S211,所述控制器控制所述台尾主体顶紧工件时,所述电机编码器检测所述台尾主体的实际位置坐标;
S212,所述控制器将所述台尾主体的实际位置坐标与预设的所述夹紧坐标相减,获得差值;
S213,所述控制器判断获得的差值的绝对值是否在误差范围内;
S214,若在误差范围内,则所述控制器判定工件(毛坯)的实际长度满足加工要求;
S215,若不在误差范围内,则所述控制器判定工件(毛坯)的实际长度不满足加工要求,报警提示工件毛坯质量不合格。
本发明所述的台尾系统100可以应用于数控机床中,其中,台尾还可以称为尾架、顶尖、尾台或顶紧装置等。下面进一步阐述该台尾系统100在数控机床中的具体实现方案。
请参阅图3a,本实施例还提供一种数控机床300,所述数控机床300包括:数控系统310,机床主体320,台尾系统330。所述数控系统310用于数字控制所述机床主体320。所述机床主体320包括卡盘321;所述卡盘321用于固定工件;所述台尾系统330与所述卡盘321配合,用于顶紧或检测所述工件。所述台尾系统330包括:台尾模块331,控制模块332,驱动模块333。所述台尾模块331包括传动装置3311和台尾主体3312;所述传动装置3311和所述台尾主体3312固定相连;所述台尾主体3312在所述传动装置3311的带动下向工件移动,顶紧工件,放开工件,或/和回退原位。所述控制模块332用于发出速度控制信号或/和转矩控制信号,控制所述台尾主体的运动状态;所述速度控制信号用于控制所述台尾主体的移动速度;所述转矩控制信号用于控制所述台尾主体顶紧工件的力度;所述控制模块设置于所述数控系统中。所述驱动模块333与所述控制模块332通信相连,所述驱动模块333与所述传动装置3311相接;所述驱动模块333驱动所述传动装置带动所述台尾主体达到指定的移动速度;或/和驱动所述台尾主体顶紧工件或放开工件。其中,控制模块332可以通过总线与驱动模块333通信,也可以通过其他通信方式与驱动模块333通信。
进一步,所述传动装置3311的一种实现结构包括:滚珠丝杠,丝杠螺母,和导轨;所述滚珠丝杠可以通过联轴器与伺服电机连接,滚珠丝杠通过丝杠螺母与台尾主体连接。伺服电机旋转带动滚珠丝杠旋转,丝杠螺母随着滚珠丝杠的旋转运动进行直线运动,从而丝杠螺母带动台尾主体沿导轨进行往复运动。伺服电机为台尾主体的运行提供动力。联轴器连接伺服电机与滚珠丝杠,使滚珠丝杆与伺服电机同时运转,同时把滚珠丝杠的旋转运动转化为丝杠螺母的直线运动,从而丝杠螺母带动台尾主体运动,台尾主体往复直线运动顶紧、松开工件(毛坯)。本发明中,所述台尾主体的位置、运动速度和转矩(或称扭矩)都可以通过控制模块进行调节。即,所述控制模块可以利用控制程序自动控制台尾主体的前进后退,同时可以通过控制程序对台尾主体的位置、速度进行控制,控制台尾主体运行到加工所需要的位置,来完成对工件的顶紧。
参见图3b所示,所述驱动模块333包括:伺服电机3331,伺服驱动器3332,电机编码器3333。所述伺服电机3331与所述传动装置3311相连,用于驱动所述传动装置运动。所述伺服电机可以采用旋转电机或直线电机等。所述伺服驱动器3332与所述控制模块332和所述伺服电机3331分别通信相连,将所述速度控制信号转换成电能信号,驱动所述伺服电机运转达到指定的转速;或/和将所述转矩控制信号转换成电能信号,驱动所述伺服电机不运转并保持指定的转矩。电机编码器3333可以为内置或外置于伺服电机3331上的用来测量磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器。所述电机编码器3333,用于将所述伺服电机的转动速度(或转数)转换为数字量脉冲信号,并将所述数字量脉冲信号反馈至所述伺服驱动器,使所述伺服驱动器将所述数字量脉冲信号发送至所述控制模块,以便所述控制模块根据所述数字量脉冲信号计算出所述台尾主体当前的位置和速度。
参见图3c所示,所述控制模块332的一种实现结构包括:控制器3321,通讯总线单元3322,操作模组3323,显示单元3324。所述控制器3321用于根据所述数字量脉冲信号计算所述台尾主体的位置和速度,或/和用于输出速度控制信号或/和转矩控制信号。所述通讯总线单元3322与所述控制器3321和所述伺服驱动器3332分别通信相连,用于接收所述数字量脉冲信号,或/和输出所述速度控制信号或/和转矩控制信号。所述显示单元3324与所述控制器3321相连,用于显示所述控制器的控制界面。所述操作模组3323与所述控制器3321相连,用于通过所述控制界面设置相关控制参数。所述相关控制参数包括:所述台尾主体的运动速度大小,转矩大小,速度切换坐标,夹紧坐标或/和回退原点坐标;其中,运动速度大小是指台尾主体的直线运动速度大小,转矩大小是指台尾主体相对于工件的作用力的力矩,速度切换坐标所代表的位置是台尾主体向工件方向移动时速度发生切换的位置,夹紧坐标所代表的位置是台尾主体顶紧工件时所处的位置,回退原点坐标所代表的位置是台尾主体停止工作时所处的位置,夹紧坐标至回退原点坐标之间的距离是台尾主体的可移动范围。
例如:参数设置过程中,通过所述控制界面设置相关控制参数的内容包括:在控制器的控制界面上设定台尾运行的第一速度F1和第二速度F2的大小,根据工件的材料、长径比,设定台尾顶紧工件的扭矩大小;按加工标准将工件夹持在主轴卡盘上,用手轮手动把台尾主体摇到距离工件顶端2-3cm处,此时显示界面上会显示台尾的实时坐标,将这个坐标数值设定为速度切换坐标值,即设置此点为速度切换坐标点。速度切换坐标设定完成之后,根据工件的理论长度大小计算出台尾主体顶紧工件时的最终位置的坐标值,将这个坐标值作为台尾主体顶紧工件最终位置的设定值,设定值加上工件长度的允许误差值,就是台尾主体顶紧工件时最终坐标值的最大值和最小值。设定完成之后,台尾主体回到设定的回退原点(即回退原点坐标),毛坯工件待加工。
例如:指令执行过程中:
设置台尾主体前进指令,工人根据经验观察台尾主体运行第一速度F1是否达到加工要求,顶紧工件时的扭矩大小是否合适,如果台尾运行第一速度F1不满足加工要求或者扭矩大小不合适,在控制界面调整速度大小和扭矩大小。
执行台尾主体前进指令,控制器发送台尾主体前进指令给伺服驱动器,伺服驱动器驱动伺服电机转动,伺服电机通过滚珠丝杠带动台尾主体运动,台尾主体开始加速向前移动,以第一速度F1运行直到速度切换坐标位置。在顶紧工件的过程中,电机编码器实时检测台尾主体的实际位置坐标,并把实时位置坐标数据传送给伺服驱动器,伺服驱动器再传输给控制器,控制器会将实时位置坐标数据与先前设定的速度切换坐标数据作对比,当两个坐标值差值的绝对值小于0.05mm时,控制器判断出台尾已经到达速度切换坐标,此时,控制器将发送减速指令,于是台尾主体在伺服电机的带动下将速度切换成第二速度F2,直到碰到工件,此时,控制器根据编码器反馈的台尾主体位置信息判断台尾主体坐标是否在台尾主体最终位置的设定值范围内,如果在设定值范围内,那么毛坯工件长度合格。然后,控制器发送转矩指令,伺服电机保持在转矩模式,台尾主体顶紧工件,工件待加工。如果不在设定值范围内,那么毛坯工件长度不合格。
执行台尾回退指令,控制器发送台回退指令,控制器发送回退指令给伺服驱动器,伺服驱动器驱动伺服电机反向转动,伺服电机通过滚珠丝杠带动台尾主体回退移动,台尾主体开始以第三速度F3向后移动直至回退原点。
本发明所述的控制模块用于发出速度控制信号或/和转矩控制信号;所述速度控制信号用于控制所述台尾主体的运动;所述转矩控制信号用于控制所述台尾主体的停止。同时,所述控制模块还能接收所述伺服驱动器的反馈信号,反馈信号包括速度大小和扭矩大小等信息。
更进一步,在实现台尾主体运动的过程中,所述控制器3321需要判断所述伺服驱动器3332是否出现错误。具体地,所述控制器读取所述伺服驱动器反馈的数字量脉冲信号后,判断所述伺服驱动器是否有使能状态信号和是否有错误状态信号;若所述伺服驱动器有使能状态信号并且没有错误状态信号,则所述控制器将设定的所述台尾主体的运动速度大小或/和扭矩大小转换成速度控制信号或/和转矩控制信号发送至所述伺服驱动器;若所述伺服驱动器没有使能状态信号或有错误状态信号,或者所述伺服驱动器没有使能状态信号同时又有错误状态信号,则所述控制器报错,所述台尾主体停止运动。其中,控制器根据使能状态信号判断伺服驱动器是否在运行状态;控制器根据错误状态信号判断伺服驱动器是否正常运行。具体地,电机编码器发送数字量脉冲信号给伺服驱动器后,伺服驱动器将所述数字量脉冲信号以及伺服驱动器的使能状态信号和错误状态信号发送给控制器。控制器根据数字量脉冲信号计算台尾主体的位置和速度,根据使能状态信号和错误状态信号确认台尾主体的运行状态。
本发明所述的数控机床中,台尾系统的控制模块可以设置于所述数控系统中,也可以设置于数控系统外部,或者控制模块的部分功能内置于所述数控系统中,部分功能外置于所述数控系统。若控制模块设置于所述数控系统内,则数控系统既需要实现对机床主体的控制,还需要实现对台尾模块的控制。若控制模块设置于所述数控系统外部,那么数控系统仅需要实现对机床主体的控制即可,台尾模块的控制可以由控制模块单独实现。所述台尾主体的位置、运动速度和转矩(或称扭矩)都可以通过控制模块进行调节。即,所述控制模块可以利用控制程序自动控制台尾主体的前进后退,同时可以通过控制程序对台尾主体的位置、速度进行检测,控制台尾主体运行到加工所需要的位置,来完成对工件的顶紧。
更进一步,所述控制模块控制所述台尾主体向工件移动,顶紧工件,放开工件,或/和回退原位的过程包括:
所述控制器输出第一速度控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第一速度向工件方向移动。
所述控制器根据所述电机编码器反馈的数字量脉冲信号判断所述台尾主体是否到达速度切换坐标点;若是,则所述控制器输出第二速度控制信号给所述伺服驱动器,使所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第二速度向工件方向移动直至顶到工件;其中,所述第二速度小于所述第一速度。
所述控制器根据所述电机编码器反馈的数字量脉冲信号判断所述台尾主体的速度是否变为0,若是,则判定所述台尾主体已顶到工件;此时所述控制器输出第一转矩控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机输出恒定的转矩使所述台尾主体顶紧工件;其中,由于台尾主体碰到工件后会被阻止前进,速度变为0;当控制器检测到台尾主体速度为0后,判定台尾主体已经顶到工件,此时控制器不发送速度指令,而发送一个恒定的扭矩指令给伺服驱动器,伺服驱动器将该扭矩指令发送给伺服电机,伺服电机输出恒定的转矩使台尾主体顶紧工件。
所述控制器输出回退指令给所述伺服驱动器,所述回退指令包括第二转矩控制信号和第三速度控制信号;所述伺服驱动器根据所述第二转矩控制信号驱动所述伺服电机将输出的转矩减为0使所述台尾主体放开工件;所述伺服驱动器根据所述第三速度控制信号驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第三速度回退至所述回退原点坐标。其中,伺服驱动器收到控制器发送的回退指令后,伺服驱动器的控制模式将会从扭矩模式切换到速度模式,伺服电机运行状态将会从扭矩模式切换到速度模式,从而台尾主体以第三速度F3退到回退原点坐标;其中第三速度F3的大小与第一速度F1和第二速度F2没有必然大小关系,只要符合需要可以任意设置。
具体地,在上述控制模块控制所述台尾主体运动的过程中,速度切换坐标的设置实现过程为:工人夹紧工件后,手动将台尾主体移动到距离工件顶端一定宽度处,控制模块的显示单元会显示当前的台尾主体位置坐标(即回退原点坐标),在显示单元显示的台尾操作界面相应的位置上输入当前台尾主体的位置坐标,控制器会记录当前台尾主体的位置坐标,并将其设定为速度切换坐标点。在顶紧工件的过程中,台尾主体在没到达速度切换坐标之前以第一速度F1向工件运动,在此过程中,电机编码器实时检测台尾主体的实际位置坐标,并把实时位置坐标数据传送给伺服驱动器,伺服驱动器再传输给控制器,控制器会将实时位置坐标数据与先前设定的速度切换坐标数据作对比,当两个坐标的差值的绝对值小于某个限定值时,控制器判断出台尾主体已经到达速度切换坐标,此时控制器会发出第二速度指令,从而台尾主体从速度切换坐标这个位置开始到碰到工件的顶端这个过程中,台尾主体都是以第二速度F2运行。其中,第一速度F1与第二速度F2的大小是可以进行调整的,具体调整方法为:在台尾操作界面上输入第一速度F1和第二速度F2的数值,控制器会读取第一速度F1和第二速度F2的数值,然后控制器将第一速度F1和第二速度F2的数值按照电机编码器的分辨率转化为对应的数字量脉冲,通过总线传输给伺服驱动器,伺服驱动器根据接收到的数字量脉冲的大小驱动伺服电机以不同的速度运动。
更进一步,所述台尾系统具有检测工件毛坯的长度尺寸是否合格的功能。具体地,所述控制模块控制所述台尾主体顶紧工件时,所述电机编码器检测所述台尾主体的实际位置坐标,所述控制器将所述台尾主体的实际位置坐标与预设的所述夹紧坐标相减,并判断获得的差值的绝对值是否在误差范围内;若在误差范围内,则所述控制器判定工件毛坯的实际长度满足加工要求;若不在误差范围内,则所述控制器判定工件毛坯的实际长度不满足加工要求,报警提示工件毛坯质量不合格。其中,台尾主体顶紧工件的最终位置是由工件长度和夹具夹持工件的长度来决定的,而在加工同一批工件时,每件工件的夹持长度与工件毛坯长度都是一定的(或者在规定的误差范围之内),所以可以计算出台尾主体顶紧工件时的最终位置的坐标值,把这个坐标值当作台尾顶紧工件最终位置的设定值。设定值加上工件长度的允许误差值,就是台尾主体顶紧工件时最终坐标值的设定值范围。台尾顶紧工件时,控制器会把台尾主体的当前实际坐标与设定值相减,判断得到的差值的绝对值是否在规定的误差范围之内;如果差值绝对值在规定的误差范围之内,工件毛坯的实际长度满足加工要求;如果差值绝对值不在误差范围之内,工件毛坯长度不满足加工要求,系统会报警,提示毛坯质量不合格。因此,本发明所述的台尾系统还具备判断工件毛坯长度、夹具夹持长度是否准确的功能。
本发明采用了伺服电机,由于伺服电机的转速快、运行稳定性高,可以大大的增加台尾的移动速度并且可以保证台尾的稳定性,还可以提高数控机床的加工效率、提高加工稳定性。
本发明中,台尾主体的运行速度可以人为设定,在安全范围下工程师可以设定较高的运行第一速度F1,那么台尾主体从回退原点坐标位置运行到工件表面至顶紧工件的时间将会大大缩短,提高加工效率;切削加工完成后,台尾主体从工件表面顶端回到回退原点坐标位置的时间也将减小。
本发明中,台尾主体的运动第一速度F1、第二速度F2、第三速度F3、顶紧扭矩、速度切换位置坐标都可以根据实际的加工内容来设定,台尾主体可以满足更多的加工要求。台尾主体在前进过程中,由第一速度F1切换成第二速度F2的位置坐标可以根据实际的加工状况来设置。加工过程中,控制器会根据人为设定好的位置来进行速度自动切换,不需要设置确定速度切换位置的硬件设备,从而节省了硬件成本,并且降低了故障率。
本发明中,根据工件的大小、材料不同,台尾主体的顶紧力也会不同,台尾主体的电机扭矩可以人为设定,那么工人可以依据实际加工工件来设定顶紧力的大小,提升工件加工质量。台尾主体在顶紧工件时,可以检测工件的长度是否达到要求。本发明不仅可以提升数控机床的加工效率,还可以提升加工质量以及判断工件毛坯的质量。
综上所述,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种台尾系统,其特征在于,所述台尾系统包括:
传动装置、台尾主体、控制模块、伺服驱动器和伺服电机;
所述伺服驱动器控制所述伺服电机的工作,所述伺服电机与所述传动装置相接,所述传动装置和所述台尾主体固定相连;
所述传动装置在所述伺服电机的驱动下,带动所述台尾主体向工件移动,顶紧工件,远离工件,或/和回退原位;
所述控制模块与所述伺服驱动器通讯相连,用于发出速度控制信号或/和转矩控制信号以控制所述伺服驱动器;所述速度控制信号用于控制所述台尾主体的移动速度;所述转矩控制信号用于控制所述台尾主体顶紧工件的力度;
所述控制模块控制所述台尾主体的过程包括:
所述控制模块的控制器输出第一速度控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动,所述伺服电机通过所述传动装置带动所述台尾主体以第一速度向工件方向移动;
所述控制器判断所述台尾主体到达速度切换坐标点时,输出第二速度控制信号给所述伺服驱动器;所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第二速度向工件方向移动直至顶到工件;
所述控制器判断所述台尾主体的速度变为0时,判定所述台尾主体已顶到工件,并输出第一转矩控制信号给所述伺服驱动器;所述伺服驱动器驱动所述伺服电机输出恒定的转矩使所述台尾主体顶紧工件;
或/和,
所述控制器输出回退指令给所述伺服驱动器,所述回退指令包括第二转矩控制信号和第三速度控制信号;所述伺服驱动器根据所述第二转矩控制信号驱动所述伺服电机将输出的转矩减为0,使所述台尾主体放开工件;所述伺服驱动器根据所述第三速度控制信号驱动所述伺服电机转动,从而带动所述台尾主体以第三速度回退至回退原点坐标。
2.根据权利要求1所述的台尾系统,其特征在于,所述台尾系统还包括:
电机编码器,用于将所述伺服电机的转动情况转换为数字量脉冲信号,并将所述数字量脉冲信号反馈至所述伺服驱动器,使所述伺服驱动器将所述数字量脉冲信号发送至所述控制模块,以便所述控制模块根据所述数字量脉冲信号计算出所述台尾主体的位置和速度。
3.根据权利要求2所述的台尾系统,其特征在于,所述控制模块包括:
控制器,根据所述数字量脉冲信号计算所述台尾主体的实时位置和速度;
通讯总线单元,与所述控制器和所述伺服驱动器分别通信相连,用于接收所述数字量脉冲信号,或/和输出所述速度控制信号或/和转矩控制信号;
显示单元,与所述控制器通信相连,用于显示所述控制器的控制界面;
或/和
操作模组,与所述控制器通信相连,用于通过所述控制界面设置相关控制参数;所述相关控制参数包括:所述台尾主体的运动速度大小,转矩大小,速度切换坐标,夹紧坐标或/和回退原点坐标。
4.根据权利要求3所述的台尾系统,其特征在于:所述控制器读取所述伺服驱动器反馈的数字量脉冲信号后,判断所述伺服驱动器是否有使能状态信号和是否有错误状态信号;若所述伺服驱动器有使能状态信号并且没有错误状态信号,则所述控制器将设定的所述台尾主体的运动速度大小或/和扭矩大小转换成速度控制信号或/和转矩控制信号发送至所述伺服驱动器;若所述伺服驱动器没有使能状态信号或有错误状态信号,或者所述伺服驱动器没有使能状态信号同时又有错误状态信号,则所述控制器报错,所述台尾主体停止运动。
5.根据权利要求1所述的台尾系统,其特征在于:所述控制模块控制所述台尾主体顶紧工件时,所述控制器将所述台尾主体的实际位置坐标与预设的夹紧坐标相减,并判断获得的差值的绝对值是否在误差范围内;若在误差范围内,则所述控制器判定工件的实际长度满足加工要求;若不在误差范围内,则所述控制器判定工件的实际长度不满足加工要求,报警提示工件质量不合格。
6.一种数控机床,其特征在于,所述数控机床包括:
机床主体,包括卡盘;所述卡盘用于固定工件;
如权利要求1至5任一项所述的台尾系统,与所述卡盘配合,用于顶紧或检测所述工件。
7.一种台尾系统的工作方法,其特征在于:所述台尾系统为如权利要求1至4任一项所述的台尾系统,所述工作方法包括夹紧工件的方法,所述夹紧工件的方法包括:
所述台尾系统的控制模块控制台尾主体向工件移动的方法,具体为:所述控制模块输出第一速度控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动,所述伺服电机通过所述传动装置带动所述台尾主体以第一速度向工件方向移动;当所述控制模块判断所述台尾主体到达速度切换坐标点时,所述控制模块输出第二速度控制信号给所述伺服驱动器,使所述伺服驱动器驱动所述伺服电机转动从而带动所述台尾主体以第二速度向工件方向移动直至顶到工件;
所述控制模块控制所述台尾主体顶紧工件的方法,具体为:当所述控制模块判断所述台尾主体的速度变为0时,判定所述台尾主体已顶到工件,并输出第一转矩控制信号给所述伺服驱动器,所述伺服驱动器驱动所述伺服电机输出恒定的转矩使所述台尾主体顶紧工件;或/和
所述控制模块控制所述台尾主体放开工件,回退原位的方法,具体为:所述控制模块输出回退指令给所述伺服驱动器,所述回退指令包括第二转矩控制信号和第三速度控制信号;所述伺服驱动器根据所述第二转矩控制信号驱动所述伺服电机将输出的转矩减为0,使所述台尾主体放开工件;所述伺服驱动器根据所述第三速度控制信号驱动所述伺服电机转动,从而带动所述台尾主体以第三速度回退至所述回退原点坐标。
8.根据权利要求7所述的台尾系统的工作方法,其特征在于,所述台尾系统的工作方法还包括检测工件是否合格的方法,具体包括:所述控制模块控制所述台尾主体顶紧工件时,所述控制模块将所述台尾主体的实际位置坐标与预设的夹紧坐标相减,并判断获得的差值的绝对值是否在误差范围内;若在误差范围内,则所述控制模块判定工件的实际长度满足加工要求;若不在误差范围内,则所述控制模块判定工件的实际长度不满足加工要求,报警提示工件质量不合格。
9.根据权利要求7所述的台尾系统的工作方法,其特征在于,所述第二速度小于第一速度。
10.根据权利要求7所述的台尾系统的工作方法,其特征在于:所述判断所述台尾主体到达所述速度切换坐标点的方法包括:
所述台尾主体的实时位置坐标与所述速度切换坐标的差值绝对值小于预设的阈值时,所述控制模块判定所述台尾主体到达所述速度切换坐标。
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