手动经济型数控刀架的原理与设计

　　手动经济型数控刀架的原理与设计贪州大学重庆433重庆大学重庆咖叫张济生张根保了两坐标联动的功能。

　　1问的提出随着科学技木的发展及制造技术的进步，以及社会对产品多样化的需求愈加强烈，产品的更新换代加速。产品品种的多样化，使以卞产规模由过去占主导地位的局面，促进了数控机床的发展。数控机的发展出现向两端扩展的厅向，即端是发展高技术高功能的数控产品，另端是发展简易廉价的数控机床及兼有手动与功能的手动型数控机床说腿阢，以满足生产中多层次的要求。

　　在现行通用的经济型数控车床中，其纵横向的自动进给运动均由步进电机伺服驱动，共需要两套伺服系统。而在普通车床中，其纵横向进给运动贝是由相互自锁的机械传动加以实现，无法实现两坐标联动功能。唯仿形车床例外，它具有两坐标联动功能，可以车削圆柱面圆锥面和圆弧面等。其斜向仿形运动在标准样件硬靠模的控制下，通过液压伺服控制系统，作出与纵向主进给运动相适应的仿形进给。从而实现了两坐标的联动功能其中。将两个方向运动联系起来的是标准样件硬靠模和液压伺服控制系统。在具体使用中，需考虑诸如标准样件的精度液压系统的，靠性等问2系统构成点，再结合经济型数控车床的驱动方式我们得到启发用软靠模数控编程取代硬靠模标准样件的工作原理，采用类似于仿形加工的刀架布局，通过对刀架拖板的单坐标控制。实现刀架纵横两坐标联动，简化了数控原理，通过键盘手动输入加工程序，与此同时，还保留了机床原有的操纵手柄，使得加工操作极为方便，并具有良好的柔性。为此，提出了开发手动经济型数控刀架的构想。手动经济型数控刀架系统构成简1.

　　整个系统由数控刀架1她18031单片机步进电机驱动屯源用于拾，主轴信4的编码器以及检测纵向起始信号的位置检测元件再。机床本体组成。系统改装是在原普通车床的基础上进行的，整个改装工作量并不大，只需作以下工作原床的小刀架换，换上专的数控刀架；在机床小轴上安装用于拾，主轴信号的编码器；在床身导轨上安装用于检测纵向起始信号以便产生纵向起始信号。

　　保留了原机床的纵横向操作手柄，这对整个加工带来极大方便整个数控刀架由刀架本体即机械部分与步进电机两部分组成步进电机通过传动丝杆。带动刀架运动。由数拧刀架的安装可知数控刀架移动轴线与工件端面垂向方向之间成角。数1哝厉擂1油阻，方擂，动。所不同的足仿形加工中的斜向仿形运动山硬靠模标准样件加以控制，通过液压运动加以实现。

　　而数控刀架所作的斜向运动则是由零件加工程序软靠模加以控制，通过步进电机的伺服运动加以实现。

　　整个系统的运动由原机床的纵向自动走刀运动与数控刀架的斜向运动两部分构成，其合成运动可加工圆柱面圆锥面及圆弧面。

　　作为主运动的纵向自动走刀与原机床的纵向运动完全株由主轴通过挂轮走刀箱纵向丝杆开合螺母带动工作台作纵向运动。通过安装在主轴上换后，送入单片机。同时，将安装在床身导轨上的霍尔元件所检测的纵向起始信号也并送入单片机中。根据零件轮廓形状编制的加1程序通过键盘事先输入到单片机中。经微处理器处理后，按照加工工件轮廓形状，发出系列脉冲，经步进电机驱动电源进行功率放大后，驱动步进电机带动数控刀架作与纵向自动走刀相适应的斜向运动，形成所加工工件的轮廓形状。

　　由上可知，本系统为单坐标控制实现两坐标联动，关键在十寻求纵向6动走刀与数控刀架斜向运动的联系，这任务由安装于主轴上的编码器加以实现。如何寻找适合于单坐标控制实现两坐标联动整个加工过程分几次进刀，完全由零件加工程序确定。

　　由前述可知所采用的加工方式与仿形加方式致，不同之处在于没有靠模零件存在，而是采软，模即数控编程方式代替。可以山，它具有如=特点编程方式简单；整个零件在不同轮廓要素段的加工余量致，这对于保证零件的加工精度十分重要。

　　整个程序编制可分为两大部分只有步进电机运动的进刀主运动；步进电机与纵叫自动走刀相配的轮廓加工子程序。

　　在整个加工过程中，可视为在进刀主程序的执行过程中，多次反复调用轮廓加工子程序。

　　3插补原理在现代0数控机床中，数控装置采用的轨迹控制方式，可分为两大类类为参考脉冲法；类为数据采样法。所谓参考脉冲法就是插补程序每运行次，根据各坐标轴进给比例决定各轴的单个进给脉冲增量，从而实现进给；而数据采样法则是指插补程序以定的采样频率运行，得到由各轴进给比例关系决定的与进给速度有关的数字量形式的坐标轴在个采样周期里的增长段，常用的数据采样插补技术的算法是时分割法妒城的数字积分法和直接计算法。

　　上面提到的各种插补方法，可谓多种多样，但有个共同的地方在于所适用系统皆为两套或两套以上的伺服驱动系统。

　　手动经济型数控刀架系统在结构上有个明从向的运动，则由原机床的运动构成。

　　对个步进电机进行控制来实现两坐标联动，套合适自身的插补算法。作为任何种插补算法，应严格地做到实时控制，这就要求其插补运算不能过子繁琐，应尽量简捷结合手动经济艰数控刀架自身的特点，综合各种因素，在选用晶振12的8031乳的基础上。采叫了数据采样法中的接计算法。尽管这样，与其它两坐标或坐标控制系统细致的理论分祈及次验论证，进厅这驻运算，完全可以做到实时控制。

　　由数控刀架的安装可知数控刀架移动轴线与工件端面方向之间成角。刀架拖板的纵向移动，由主轴通过挂轮进给箱溜板箱带动纵向拖板运动，主轴每转对应的纵向走刀量可以从进给箱的铭牌中读得。走刀的信号由安装于主轴卡盘上的主轴编奶器产生轴每转均匀发出，个脉冲，纵向拖板移动了距离尸。当主轴发出爪个脉冲时付应了及小纵向拖板移动厂离从将此信号输入微处理器控制数控刀架沿7轴移动，7轴脉冲当量设为脉冲。控制7轴的脉冲数用州。

　　加工圆柱面圆锥面和端面轮廓时，他与爪；之间的关系可以用统的数学模型为，Asin9，当9=，时，加工圆柱面，刀架；7向维持不动；当0=9，时。加工端面，1与灿，之间维持线性关系；当0=，9，时，加工锥面，沁与取，之间维持线性关系。

　　加工圆弧曲面时，因其斜率不断变化，在主轴脉冲与步进电机脉冲之间，不存在恒定的比例关系，所以步进屯机脉冲频率作加1过程中作+停的变化，为变频率控制。

　　咿奠方法用弦长逛近弧1.整1捕卟过程分为粗插补精插补两部分。以加工凹圆弧为例由2可知初值9.为前轮廓段终点的斜率，部，所以关键在尸求，利用递推可求汗意主轴产1.第个脉冲，付应7轴的脉冲数，精插补由计算所得的并不定为整数，存在小数部分。而步进电机所走步数必须为整数，将前次插补所留余数即小数部分，再加上本次插补的计算结果，然后对和进行取整，将取整结果作为该次插补值，又将余数留待下次插补再作处理。

　　入粗精插扑后，虽每次插补都存在较小误差，但在整个插补过程中，累积误差不会大于1个脉冲当量。

　　终点判别当步进电机实际所走脉冲数与该加丁段所的总脉冲数和等时，则停止插补运兑4结论以刀架为突破，采用类似4仿形加工的刀架布局，加上专门提出并研制完成的数控插补方式，通过对刀架拖板的单坐标控制，实现了刀架纵横向两坐标联动。既保留普迪机床操作的特点，又具有数控机床可以加工锥面圆弧面等功能，以套伺服系统代替通常需要的两套伺服系统的低成本简便易学的程序编制加上易于接受的加工方式都为该方案在机床改造中的应用提供了强有力的保证。手动经济型数控刀架已获国家实用新型专利，专利ZL95241997.L 1涂时亮。单片微机软件设计技术1.北京科学技术文献出版刁雷学东，朱晓春。数控原理与系统肘。南京南京大学出版社，3王惠方。金属切削机床国外机械工业基本情况蜊。北京机械工业出版社，1994.