本发明涉及数控机床技术领域，更具体地说涉及一种数控齿轮机工件主轴尾顶系统及方法。
背景技术：
数控滚齿机在加工过程中，由于被加工零件的尺寸大小、顶紧基点不稳定等因素，导致机床工件主轴尾顶系统在顶紧工件时，出现工件未顶紧或过度顶紧，甚至伺服系统报警无法工作的情况出现，直接影响被加工零件的加工精度和要求。目前数控滚齿机解决该问题主要通过在现有的工件主轴伺服尾顶上增加一套液压、气动或弹性尾顶装置来克服该问题。但该方法存在尾顶顶紧力的输出不准确且调试过程复杂的问题。
国家知识产权局于2014年3月26日，公开了一件公开号为cn102500838b，名称为“一种液压泵轴滚齿工装的使用方法”的发明专利，该发明专利包括夹具体、连接体、支撑套、顶尖、滑套、定位螺钉、定位块、涨套、夹紧块、o型密封圈、塞堵ⅰ和塞堵ⅱ，其从根本上解决了液压泵轴滚齿加工中定位精度不高，生产效率低的问题，使产品品质得以提高，更好地适应了液压系统的安装要求；本工艺装备整体性能稳定，适应批量生产的需要；同时由于该装置采用数控控制，工件的装配、拆卸非常方便，大大提高了生产效率。
上述现有技术中的尾顶系统，并不能解决机床工件主轴尾顶系统在顶紧工件时，出现工件未顶紧或过度顶紧从而导致尾顶系统报警无法正常工作的问题，影响被加工零件的加工精度和要求。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种数控齿轮机工件主轴尾顶系统及方法，本发明的发明目的旨在于解决现有技术中，机床工件主轴卫东系统在顶紧工件时出现工件未顶紧或过度顶紧从而导致尾顶系统报警不能正常工作的问题，本发明的尾顶系统及方法可以有效消减或消除被加工工件尺寸大小、顶紧基点不稳定带等因素造成的影响，可有效消除因上述原因造成的工件加工不合格的情况。
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的：
数控齿轮机工件主轴尾顶系统，包括主轴和尾顶架，其特征在于：还包括伺服驱动机构、输入面板和控制单元，所述伺服驱动机构与尾顶架连接，伺服驱动机构驱动尾顶架沿主轴轴向方向往复运动，并给尾顶架提供顶紧力；所述控制单元与伺服驱动机构的伺服控制器连接，用于采集伺服驱动机构的控制参数；所述输入面板用于输入顶紧力数据，输入面板与控制单元连接，控制单元将输入面板上输入的顶紧力数据转换为伺服驱动机构的控制参数，在伺服控制器的作用下，伺服驱动机构驱动尾顶架对工件进行顶紧。
所述控制参数包括伺服转矩、位置参数和速度参数。
所述控制单元包括用于数据采集、数据交换和数据处理的中央处理器，用于存储数据的数据存储器，用于与伺服驱动机构的伺服控制器和输入面板连接的i/o接口。
所述输入面板与数控齿轮机的操作面板集成在一起。
所述伺服驱动机构与尾顶架之间通过丝杆驱动，尾顶架螺纹连接在丝杆上，伺服驱动机构驱动丝杆转动，带动尾顶架移动，并给尾顶架提供顶紧力。
所述伺服驱动机构与尾顶架支架通过齿轮齿条驱动，齿轮固定在伺服驱动机构的驱动轴上，齿条固定在尾顶架上，齿轮齿条啮合，伺服驱动机构驱动齿轮转动，齿轮驱动齿条移动，带动尾顶架移动，并给尾顶架提供顶紧力。
所述伺服驱动机构为伺服电机和伺服放大器，伺服放大器给伺服电机供电，并给尾顶架提供顶紧力。
数控齿轮机工件主轴尾顶方法，其特征在于：包括以下步骤：
a．设置顶紧区间：根据工件的规格在尾顶架与主轴之间设置顶紧区间，所述顶紧区间指尾顶架预顶紧工件的位置到尾顶架过度顶紧工件的位置所形成的区间；
b．预顶紧：根据设置的顶紧区间，控制伺服驱动机构驱动尾顶架到达对工件的预顶紧位置，对工件进行预顶紧；
c．顶紧工件：根据工件的规格确定顶紧工件所需的顶紧力，在输入面板内输入该顶紧力，输入面板将该顶紧力数据传输至控制单元，控制单元将输入的顶紧力数据转换为伺服驱动机构的控制参数，控制单元将控制参数传输至伺服驱动机构的伺服控制器，伺服控制器控制伺服驱动机构转动，带动尾顶架顶紧工件；
d．检测步骤：控制单元实时采集伺服驱动机构的控制参数，并与顶紧力转换后的控制参数做对比，直至符合输入的顶紧力要求，控制单元控制伺服驱动机构保持，给工件提供持续稳定的顶紧力。
还包括异常报警步骤：控制单元实时采集伺服驱动机构的控制参数，当判定伺服驱动机构带动尾顶架在顶紧区间内未达到输入的顶紧力，则判定顶紧异常，进行异常报警。
所述控制参数包括伺服转矩、位置参数和速度参数。
所述控制单元包括用于数据采集、数据交换和数据处理的中央处理器，用于存储数据的数据存储器，用于与伺服驱动机构的伺服控制器和输入面板连接的i/o接口。
与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
1、本发明通过控制单元对伺服系统力矩控制的运用，由伺服电机带动传动件产生推力，再对整个尾顶系统进行动态驱动推力检测，并得到尾顶系统自身的传动效率及能提供的输出力范围，再折算到整个机床数控系统中固化，并数据化到控制面板。当被加工零件需要多大的顶紧力，可以直接在面板中直接输入，当顶紧力达到设定值时，工件主轴的尾顶系统进行位置保持。这样就可以不受零件自身尺寸、公差的影响，保证尾顶系统顶紧力的可靠，且不损坏被加工零件，同时速度可调，冲击小，保证被加工零件的加工精度和要求。
2、本发明的数控齿轮机工件主轴尾顶系统，体现了各个硬件之间的配合及相互关联，伺服驱动机构给尾顶架提供移动的动力和顶紧力，尾顶架与主轴配合顶紧工件。控制单元采集伺服驱动机构的控制参数，如扭矩、位置参数和速度参数，通过扭矩可以得出伺服电机给尾顶架施加的顶紧力的大小，通过位置参数可以得出伺服电机转动的行程，从而可以得出顶紧工件时，尾顶架的行程。通过伺服电机的扭矩判断是否符合顶紧力的要求，通过位置参数判定尾顶架的行程是否在顶紧区间内，是否出现过度顶紧的情况。
3、本发明的数控齿轮机的工件主轴尾顶方法，包括a．设置顶紧区间：根据工件的规格在尾顶架与主轴之间设置顶紧区间，所述顶紧区间指尾顶架预顶紧工件的位置到尾顶架过度顶紧工件的位置所形成的区间；b．预顶紧：根据设置的顶紧区间，控制伺服驱动机构驱动尾顶架到达对工件的预顶紧位置，对工件进行预顶紧；c．顶紧工件：根据工件的规格确定顶紧工件所需的顶紧力，在输入面板内输入该顶紧力，输入面板将该顶紧力数据传输至控制单元，控制单元将输入的顶紧力数据转换为伺服驱动机构的控制参数，控制单元将控制参数传输至伺服驱动机构的伺服控制器，伺服控制器控制伺服驱动机构转动，带动尾顶架顶紧工件；d．检测步骤：控制单元实时采集伺服驱动机构的控制参数，并与顶紧力转换后的控制参数做对比，直至符合输入的顶紧力要求，控制单元控制伺服驱动机构保持，给工件提供持续稳定的顶紧力。当被加工零件需要多大的顶紧力，可以直接在面板中直接输入，当顶紧力达到设定值时，工件主轴的尾顶系统进行位置保持。这样就可以不受零件自身尺寸、公差的影响，保证尾顶系统顶紧力的可靠，且不损坏被加工零件，同时速度可调，冲击小，保证被加工零件的加工精度和要求。智能化程度高，操作简单，可以有效消减或消除被加工工件尺寸大小、顶紧基点不稳定等因素造成的影响，可有效消除因上述原因造成的工件加工不合格的情况。
附图说明
图1为本发明系统工作原理图；
附图标记：1、主轴，2.尾顶架，3、伺服驱动机构，4、控制单元，5、输入面板。
具体实施方式
实施例1
作为本发明一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：
数控齿轮机工件主轴尾顶系统，包括主轴1和尾顶架2，还包括伺服驱动机构3、输入面板5和控制单元4，所述伺服驱动机构3与尾顶架2连接，伺服驱动机构3驱动尾顶架2沿主轴1轴向方向往复运动，并给尾顶架2提供顶紧力；所述控制单元4与伺服驱动机构3的伺服控制器连接，用于采集伺服驱动机构3的控制参数；所述输入面板5用于输入顶紧力数据，输入面板5与控制单元4连接，控制单元4将输入面板5上输入的顶紧力数据转换为伺服驱动机构3的控制参数，在伺服控制器的作用下，伺服驱动机构3驱动尾顶架2对工件进行顶紧。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：
数控齿轮机工件主轴尾顶系统，包括主轴1和尾顶架2，还包括伺服驱动机构3、输入面板5和控制单元4，所述伺服驱动机构3与尾顶架2连接，伺服驱动机构3驱动尾顶架2沿主轴1轴向方向往复运动，并给尾顶架2提供顶紧力；所述控制单元4与伺服驱动机构3的伺服控制器连接，用于采集伺服驱动机构3的控制参数；所述输入面板5用于输入顶紧力数据，输入面板5与控制单元4连接，控制单元4将输入面板5上输入的顶紧力数据转换为伺服驱动机构3的控制参数，在伺服控制器的作用下，伺服驱动机构3驱动尾顶架2对工件进行顶紧；所述控制参数包括伺服转矩、位置参数和速度参数。
所述控制单元4包括用于数据采集、数据交换和数据处理的中央处理器，用于存储数据的数据存储器，用于与伺服驱动机构3的伺服控制器和输入面板5连接的i/o接口。
实施例3
作为本实施例又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：
数控齿轮机工件主轴尾顶系统，包括主轴1和尾顶架2，还包括伺服驱动机构3、输入面板5和控制单元4，所述伺服驱动机构3与尾顶架2连接，伺服驱动机构3驱动尾顶架2沿主轴1轴向方向往复运动，并给尾顶架2提供顶紧力；所述控制单元4与伺服驱动机构3的伺服控制器连接，用于采集伺服驱动机构3的控制参数；所述输入面板5用于输入顶紧力数据，输入面板5与控制单元4连接，控制单元4将输入面板5上输入的顶紧力数据转换为伺服驱动机构3的控制参数，在伺服控制器的作用下，伺服驱动机构3驱动尾顶架2对工件进行顶紧；所述控制参数包括伺服转矩、位置参数和速度参数。
所述控制单元4包括用于数据采集、数据交换和数据处理的中央处理器，用于存储数据的数据存储器，用于与伺服驱动机构3的伺服控制器和输入面板5连接的i/o接口；
在本实施例中，所述输入面板5与数控齿轮机的操作面板集成在一起；所述伺服驱动机构3与尾顶架2之间通过丝杆驱动，尾顶架2螺纹连接在丝杆上，伺服驱动机构3驱动丝杆转动，带动尾顶架2移动，并给尾顶架2提供顶紧力。
在本实施例中，所述伺服驱动机构3与尾顶架2支架也可以是通过齿轮齿条驱动，齿轮固定在伺服驱动机构3的驱动轴上，齿条固定在尾顶架2上，齿轮齿条啮合，伺服驱动机构3驱动齿轮转动，齿轮驱动齿条移动，带动尾顶架2移动，并给尾顶架2提供顶紧力。
在本实施例中，所述伺服驱动机构3还可以是直线伺服电机，直线伺服电机驱动尾顶架2移动，并给尾顶架2提供顶紧力。
实施例4
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：
数控齿轮机工件主轴尾顶方法，包括以下步骤：
a．设置顶紧区间：根据工件的规格在尾顶架2与主轴1之间设置顶紧区间，所述顶紧区间指尾顶架2预顶紧工件的位置到尾顶架2过度顶紧工件的位置所形成的区间；
b．预顶紧：根据设置的顶紧区间，控制伺服驱动机构3驱动尾顶架2到达对工件的预顶紧位置，对工件进行预顶紧；
c．顶紧工件：根据工件的规格确定顶紧工件所需的顶紧力，在输入面板5内输入该顶紧力，输入面板5将该顶紧力数据传输至控制单元4，控制单元4将输入的顶紧力数据转换为伺服驱动机构3的控制参数，控制单元4将控制参数传输至伺服驱动机构3的伺服控制器，伺服控制器控制伺服驱动机构3转动，带动尾顶架2顶紧工件；
d．检测步骤：控制单元4实时采集伺服驱动机构3的控制参数，并与顶紧力转换后的控制参数做对比，直至符合输入的顶紧力要求，控制单元4控制伺服驱动机构3保持，给工件提供持续稳定的顶紧力。
实施例5
作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：
数控齿轮机工件主轴尾顶方法，包括以下步骤：
a．设置顶紧区间：根据工件的规格在尾顶架2与主轴1之间设置顶紧区间，所述顶紧区间指尾顶架2预顶紧工件的位置到尾顶架2过度顶紧工件的位置所形成的区间；
b．预顶紧：根据设置的顶紧区间，控制伺服驱动机构3驱动尾顶架2到达对工件的预顶紧位置，对工件进行预顶紧；
c．顶紧工件：根据工件的规格确定顶紧工件所需的顶紧力，在输入面板5内输入该顶紧力，输入面板5将该顶紧力数据传输至控制单元4，控制单元4将输入的顶紧力数据转换为伺服驱动机构3的控制参数，控制单元4将控制参数传输至伺服驱动机构3的伺服控制器，伺服控制器控制伺服驱动机构3转动，带动尾顶架2顶紧工件；
d．检测步骤：控制单元4实时采集伺服驱动机构3的控制参数，并与顶紧力转换后的控制参数做对比，直至符合输入的顶紧力要求，控制单元4控制伺服驱动机构3保持，给工件提供持续稳定的顶紧力；
e．异常报警步骤：控制单元4实时采集伺服驱动机构3的控制参数，当判定伺服驱动机构3带动尾顶架2在顶紧区内未达到输入的顶紧力，则判定顶紧异常，进行异常报警。
实施例6
本实施例是在实施例4或5的基础上作出的进一步的补充说明，在本实施例中，所述控制参数包括伺服转矩位置参数和速度参数；所述控制单元4包括用于数据采集、数据交换和数据处理的中央处理器，用于存储数据的数据存储器，用于与伺服驱动机构3的伺服控制器和输入面板5连接的i/o接口。
在本实施例中，顶紧力与伺服驱动机构3控制参数之间的转换是通过以下步骤实现的，伺服驱动机构3的控制参数是由生产伺服电机时就已经确定的，而顶紧力与伺服电机控制参数之间的转化是可以通过弹簧拉力器对尾架施加拉力，利用伺服系统厂家提供的参数，采集尾架伺服电机受力后扭矩的数据，根据机床加工对象的规格以及加工工艺，从小到大逐步加大拉力，每20公斤力进行一次测试，将对应的扭矩数据，录入excel表，利用excel表的数据图形功能，转换成相应的曲线，再利用相关工具将曲线转换成数学模型，利用数控系统提供的函数功能，将数学模型转换成系统内部可识别的函数指令，最后通过宏程序编译写入到控制单元4中。从而实现顶紧力与控制参数之间的转换，而扭矩可以与顶紧力之间进行转化，而通过测量转动角度的数据，可以得到伺服电机的转动行程，从而可以得到尾顶架2的顶紧行程，将尾顶架2的顶紧行程与预先设定的顶紧区间进行对比，当在尾顶架2的行程在顶紧区间内达到顶紧力的要求时，则顶紧合格，可以进行工件加工，当尾顶架2的顶紧行程内未达到预设顶紧力时，判定顶紧异常，系统进行报警，重新进行操作。