CN201702478U - 单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种数控管螺纹车床的运动合成装置。一种单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置，其主要特点包括有在机床主轴箱的外侧设有主电机，主电机的输出轴通过变速装置的输出齿轮与主传动大齿轮啮合，主传动大齿轮与主轴固连，主轴的端部固连有平旋盘；径向进给传动轴设于主轴的内孔中，与主轴为同一轴线，其尾部设有进给伺服电机，其端部与主动锥齿轮固连并与从动锥齿轮啮合：从动锥齿轮固连于径向进给丝杠，径向进给丝杠与平旋盘固连；滑板固连于与径向进给丝杠配合的螺母上，滑板上设有径向刀架；旋转编码器通过通过同步齿形带机构与主轴连接。本实用新型的优点是用电子传动链及软件替代机械结构的差动机构。简化了机械结构，简化了进给传动链，从而也提高了传动精度。

Description

单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置

技术领域：

本实用新型涉及一种数控管螺纹车床的运动合成装置。

背景技术：

管螺纹车床是一种专门加工管螺纹的车床，目前，一般选择工件自身旋转的专用管子车床，当加工管子口径较大(Φ100～Φ340mm)且较长(5000～10000mm)时，存在一些困难：如由于管子长，质量大，装夹比较困难，主轴带动这样的管子做旋转运动，不仅产生极大的振动和噪音，而且影响加工精度和表面质量，所以提高机床的精度和生产效率是很困难的。为此，国内已有机床企业开发出管子不旋转，刀具旋转的用于加工大口径管子螺纹的数控机床，但是，已报导的这种机床均采用机械结构差动机构实现运动合成。但是由于机械结构差动机构的存在，导致机构复杂，增加了传动误差。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于避免现有技术的不足，提供一种伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成的装置。针对现有技术的缺陷而提供一种工件不动，刀具旋转，并具有径向进给功能的新式高效管螺纹车床，刀具能够在做回转运动的同时实现径向进给运动。利用电子传动链代替机械传动链实现刀具在旋转中同时径向进给的运动合成。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置，其主要特点是包括有在机床主轴箱的外侧设有主电机(1)，主电机(1)的输出轴通过变速装置的输出齿轮与主传动大齿轮(6)啮合，主传动大齿轮(6)与主轴(7)固连，主轴(7)的端部固连有平旋盘(13)；径向进给传动轴(4)设于主轴(7)的内孔中，与主轴(7)为同一轴线，其尾部设有进给伺服电机(2)，其端部与主动锥齿轮(9)固连并与从动锥齿轮(12)啮合：从动锥齿轮(12)固连于径向进给丝杠(8)，径向进给丝杠(8)与平旋盘(13)固连；滑板(10)固连于与径向进给丝杠(8)配合的螺母(14)上，滑板(10)上设有径向刀架(11)；旋转编码器(3)通过同步齿形带机构(15)与主轴(7)连接。

所述的单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置，还包括有数控装置，所述的数控装置包括有人机界面(101)与数控系统(102)双向连接，数控系统(102)的接口连接主电机(103)、径向进给电机(104)和轴向进给电机(115)，主电机(103)的输出端通过连接主传动链(105)连接运动合成(108)，径向进给电机(104)的输出端通过连接径向进给传动链(106)连接运动合成机构(108)；轴向进给电机(115)输出端通过连接轴向进给传动链(114)连接轴向进给丝杠(113)，轴向进给丝杠(113)连接主轴箱滑板(112)与刀架(111)连接；旋转编码器(107)连接在主传动链(105)的末端，将主轴的角位移值传输给数控系统(102)；主轴箱滑板(112)的位移量通过位置传感器(117)将信息反馈给数控系统(102)；运动合成机构(108)通过锥齿轮(109)、径向进给丝杠(110)连接刀架(111)；位置检测传感器(116)检测刀架(111)的位置精度并传输给数控系统(102)。

所述的具有单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置的管子车床，其技术核心是利用电子传动链代替机械传动链，利用软件实现运动合成。径向进给伺服电机通过径向进给传动轴、锥齿轮传动和丝杠螺母传动，将电机的旋转运动转化为径向移动滑板沿平旋盘的径向进给运动。所述的机床主轴箱的后侧设有径向进给伺服电机，径向进给伺服电机通过径向进给轴4，锥齿轮副9、12，驱动径向进给丝杠8旋转，从而带动平旋盘13中的径向移动滑板10移动，滑板10上安装有刀架11，刀具实现径向进给运动，其主运动由平旋盘的旋转运动提供。

本实用新型的有益效果：用电子传动链及软件替代机械结构的差动机构。简化了机械结构，简化了进给传动链，从而也提高了传动精度。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是实现刀具径向进给运动的运动合成的控制流程图。

图3是实现刀具径向进给运动的内联传动链运动合成的计算框图。

具体实施方式：

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例1：见图1，一种单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置，在机床主轴箱的外侧设有主电机1，主电机1的输出轴通过变速装置的输出齿轮与主传动大齿轮6啮合，主传动大齿轮6与主轴7固连，主轴7的端部固连有平旋盘13；径向进给传动轴4设于主轴7的内孔中，与主轴7为同一轴线，其尾部设有进给伺服电机2，其端部与主动锥齿轮9固连并与从动锥齿轮12啮合：从动锥齿轮12固连于径向进给丝杠8，径向进给丝杠8与平旋盘13固连；滑板10固连于与径向进给丝杠8配合的螺母14上，滑板10上设有径向刀架11；旋转编码器3通过同步齿形带机构15与主轴7连接。

图中所述的机床主轴箱的外侧设有一个主电机1，进给电机2。主电机通过皮带轮把动力传递到主传动大齿轮6上，主传动大齿轮6和主轴7通过键连接固定在一起。进给伺服电机2安装在主轴箱5的尾部，其轴线与主轴轴线同轴。因此，当主传动大齿轮6旋转时就会带动主轴7做运动转动，此时平旋盘13也与主轴7做同步转动。径向进给传动轴4靠轴承安装在主轴7的中空部分，与主轴是空套结构安装(即，主轴及径向进给传动轴各自独立转动)。

机床主轴的尾部通过同步齿形带机构带动旋转编码器3转动，旋转编码器3转动及时检测到主轴7的转动情况，并把此数据传输给数控系统。当主轴7转动时，如果径向进给伺服电机2不转动，径向进给传动轴4也不会转动，但是安装在平旋盘13中的被动锥齿轮12会转动，径向进给丝杠8会转动，径向移动滑板10便会做径向移动。在采用机械结构的机床中是借助机械结构差动机构解决这个问题的，本实用新型中的旋转编码器及时检测主轴转动的数据，数控系统读取这个数据后，根据进给传动链的传动关系，用软件给进给伺服电机发出基本旋转速度的数据，这个径向进给伺服电机的基本速度保证主轴旋转时径向移动滑板不会在平旋盘中做径向运动。当径向移动滑板需要做径向移动时，数控系统给径向进给伺服电机发出进给速度数据，通过软件将径向进给伺服电机的基本速度数据与工作进给速度数据合成为实际速度。通过以上技术以及这组软件实现了运动合成，代替了机械结构的差动机构。

主轴箱滑板在数控系统的控制下可以完成普通罗纹的加工，这是所有的数控机床都具备的基本技术。本实用新型使刀具在主轴旋转、主轴做轴向移动的同时，具备径向移动的功能，从而使机床具备加工圆锥管螺纹、切断面、切槽的功能。

实施例2：见图2，所述的单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置，还包括有数控装置，所述的数控装置包括有人机界面101与数控系统102双向连接，数控系统102的接口连接主电机103、径向进给电机104和轴向进给电机115，主电机103的输出端通过连接主传动链105连接运动合成108，径向进给电机104的输出端通过连接径向进给传动链106连接运动合成机构108；轴向进给电机115输出端通过连接轴向进给传动链114连接轴向进给丝杠113，轴向进给丝杠113连接主轴箱滑板112与刀架111连接；旋转编码器107连接在主传动链105的末端，将主轴的角位移值传输给数控系统102；主轴箱滑板112的位移量通过位置传感器117将信息反馈给数控系统102；运动合成机构108通过锥齿轮109、径向进给丝杠110连接刀架111；位置检测传感器116检测刀架111的位置精度并传输给数控系统102。

使用时，单伺服进给数控管螺纹车床的运动合成的计算为

由于径向进给滑板是在平旋盘旋转的情况下，做沿平旋盘的径向进给运动。因此径向进给伺服电机的转速n_实际由两部分组成，即与平旋盘的转速保持同步的伺服电机转速n_基本，与平旋盘转速为零的情况下实现径向进给的伺服电机转速n_工作。

n_实际＝n_基本+n_工作

其中：

n_实际——进给伺服电机的实际转速；

n_基本——平旋盘旋转时，刀架滑板保持不做径向移动时径向进给伺服电机的转速。n_基本＝n_主轴

n_工作——平旋盘旋转为零的情况下滑板实现径向进给的径向进给伺服电机的转速。(此例中i_进给＝1∶1，即锥齿轮副的传动比)

其中：s——刀具径向进给量mm/主轴每转；

t——径向进给丝杠螺距mm；

i_进给——径向进给传动链的减速比；

应用例：管螺纹进给的实例

本实例以加工密封管螺纹GB7306-87型为例来阐述加工螺纹进给原理，这种管螺纹的锥度是1∶16，即斜度为1∶32。

n_实际＝n_基本+n_工作

其中：

n_实际——进给伺服电机的实际转速；

n_基本——平旋盘旋转时，刀架滑板保持不做径向移动时径向进给伺服电机的转速。n_基本＝n_主轴＝100转/分(以中间转速为例)

n_工作——平旋盘旋转为零的情况下滑板实现径向进给的径向进给伺服电机的转速。

其中：s——刀具径向进给量mm/主轴每转；

t——径向进给丝杠螺距mm；

i进给——径向进给传动链的减速比。(此例中i_进给＝1∶1，即锥齿轮副的传动比)；

查《机械设计手册》，口径为6英寸(152.4mm)的管制螺纹的螺距为2.309，每英寸牙数是11。因此，由锥度和斜度的定义可知：

$\frac{1}{32}=\frac{s}{2.309}$

可得：S＝0.0721563

t即为滚珠丝杠的导程为5mm；

所以

n_实际＝n_基本+n_工作＝100+1.443126＝101.443126转/分

所以可知道实际工作转速为101.443126转/分，也就是说径向进给伺服电机的转速要保持在101.443126转/分就可以精确的实现加工锥管螺纹时刀具的径向进给量。

至于刀具沿机床主轴轴线方向做进给运动实现螺纹加工的技术，所有的螺纹车床都具备，不在本实用新型中赘述。

上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置，其特征是包括有在机床主轴箱的外侧设有主电机(1)，主电机(1)的输出轴通过变速装置的输出齿轮与主传动大齿轮(6)啮合，主传动大齿轮(6)与主轴(7)固连，主轴(7)的端部固连有平旋盘(13)；径向进给传动轴(4)设于主轴(7)的内孔中，与主轴(7)为同一轴线，其尾部设有进给伺服电机(2)，其端部与主动锥齿轮(9)固连并与从动锥齿轮(12)啮合：从动锥齿轮(12)固连于径向进给丝杠(8)，径向进给丝杠(8)与平旋盘(13)固连；滑板(10)固连于与径向进给丝杠(8)配合的螺母(14)上，滑板(10)上设有径向刀架(11)；旋转编码器(3)通过同步齿形带机构(15)与主轴(7)连接。

2.如权利要求1所述的单路伺服径向进给数控管螺纹车床的运动合成装置，其特征是还包括有数控装置，所述的数控装置包括有人机界面(101)与数控系统(102)双向连接，数控系统(102)的接口连接主电机(103)、径向进给电机(104)和轴向进给电机(115)，主电机(103)的输出端通过连接主传动链(105)连接运动合成(108)，径向进给电机(104)的输出端通过连接径向进给传动链(106)连接运动合成机构(108)；轴向进给电机(115)输出端通过连接轴向进给传动链(114)连接轴向进给丝杠(113)，轴向进给丝杠(113)连接主轴箱滑板(112)与刀架(111)连接；旋转编码器(107)连接在主传动链(105)的末端，将主轴的角位移值传输给数控系统(102)；主轴箱滑板(112)的位移量通过位置传感器(117)将信息反馈给数控系统(102)；运动合成机构(108)通过锥齿轮(109)、径向进给丝杠(110)连接刀架(111)；位置检测传感器(116)检测刀架(111)的位置精度并传输给数控系统(102)。

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