基于数控系统的车床尾台扭矩功能设计方法及尾台结构与流程

本发明涉及加工设备，一种基于数控系统的车床尾台扭矩功能设计方法及尾台结构。

背景技术：

现有技术中，大部分数控车床尾台部分一般运行过程如下，如suc8202s/1500型：伺服电机驱动尾台预先靠近工件→完成定位伺服电机关断→尾台体下方机械部分的刹车制动器制动抱闸，使尾台固定→尾台体内部油缸推动套筒顶紧工件→等待加工。此类车床尾台运行方式的缺点在于：在随后的加工过程中，无法对套筒的顶紧压力进行精确监控和判断，易出现加工尺寸偏差，影响精度。加工过程中，更没有对套筒顶紧偏差的调整手段。即便是数控机床，车床尾台的结构一直是这样：见图2，底座3上固定三角体为尾台1，尾台上部水平沿宽向固定套筒管4、内有油缸5、套筒6，套筒6一端安装顶尖2、另一端固定三脚架7及接近开关8；底座下面有刹车制动器9。

技术实现要素：

本发明的目的是提供基于数控系统的车床尾台扭矩功能设计方法及尾台结构，对数控系统的电气参数的修改，实现对尾台部顶紧压力进行控制调节，简化尾台结构。

本发明的这种基于数控系统的车床尾台扭矩功能设计方法，基于fanuc数控系统框架下，其特征在于：首先对数控系统pmc电气程序参数进行二进制编码功能命名与设置，而后参照数控系统相关电气程序设计图表，针对类型机床具体加工过程逻辑，编写设计电气程序plc梯图，使电机实现尾台电机位置控制与扭矩控制的自由切换；

第一步，更改下列参数切换并激活pmc轴伺服模式的另一种扭矩模式状态：

1)数控系统参数更改设置如下：

数控系统参数1803号#4位设置为1表示功能：扭矩控制方式下执行跟踪；

数控系统参数2007号#7位设置为1表示功能：扭矩控制执行；

数控系统参数2105号内容设置为1表示功能：扭矩常数为1；

数控系统参数2203号#4位设置为1表示功能：扭矩控制时采用方式；

数控系统参数3105号#1位设置为0表示功能：表示pcf在实际速度显示中，包括pmc控制轴的运动；

2)更改完系统参数后，即激活尾台电机pmc轴模式；

第二步编写电气程序plc梯图，即电气动作逻辑指令来完成加工过程中尾台的顶紧过程，plc程序说明：

第一行：r1107.6的尾台连接灯地址启停控制尾台电机的模式选择；

第二行：f130.0的pmc轴到位信号与f130.4的pmc轴运动信号的同时触发作为r131.7中间地址的触发条件；

第三行：r0432.0为自动方式m码与在手动方式下点r1012.6卡盘按钮，均会触发扭矩电机即pmc轴状态下前进效果；

第四行与第三行整体逻辑相近，也是自动运行方式下与手动运行下按r1012.7尾台前进钮，均会触发扭矩电机即pmc轴状态下后退效果；

第五行与第六行分别时对应三、四行触发而达成的动作；

设计梯图第七行往后表示，扭矩电机前进到位后，保持力矩时，若想回退不引发伺服系统报警，程序先产生复位信号后，再执行后退程序；

第三步：编写完电气程序plc梯图后，在plc程序参数内填写设定如下数值：

采用本发明车床尾台扭矩控制设计的尾台结构，其特征在于尾台结构为：底座上有三角体的尾台、尾台顶部水平固定顶尖，由电机驱动底座。

本发明数控系统的车床尾台扭矩功能设计方法是基于fanucoitf数控系统框架下，电气设计技术人员结合所使用的设备机床本身接口信号的特点进行开发，包含了全新的电气plc设计和有效的工艺节约特点。本发明设计不但达成了之前的尾台运行功能，更是用同一电机对尾台部顶紧压力进行扭矩功能控制调节。本发明的创新点是“通过数控系统将电机切换成力矩模式状态(pmc轴状态)→尾台电机第一步执行原有功能驱使尾台直接顶紧工件→尾台电机第二步执行到达指定扭矩后并使电机保持该值”。只是一台尾台电机直接驱动并保持扭矩值，受控于机床数控系统，提高了控制精度，解决了过去车床尾台部分加工中顶紧力度不可调整的问题，在加工过程中能够精准控制全程的扭矩力度。本发明的创造性意义还是拓宽了机床控制系统革新，能进一步满足用户定制机床的需求化。由此设计使传统尾台结构简化、降低制造成本。因为本发明完成了车床尾台电机扭矩控制的整体电气设计，尾台上由一个伺服电机既能驱动尾台靠近工件、又能驱使尾台直接顶紧工件并保持扭矩值，因此车床尾台结构取消了推进顶尖的油缸、套筒和伸缩套筒、三脚架、接近开关、制动部分，只保留底座上三角体尾台和上面水平固定的顶尖。节省原料成本和空间，节约机床的制造成本。

附图说明

图1本发明方法扭矩计算时使用的数控系统pmc电气程序设计图；

图2本发明底座上尾台、顶部固定顶尖的尾台结构示意图；

图3原有机床尾台带油缸、套筒、刹车制动器和限位开关及支架示意图。

具体实施方式

一种基于数控系统的车床尾台扭矩功能设计方法，基于fanuc数控系统框架下，其特征在于首先对数控系统pmc电气程序的电气参数进行命名和设置，参照数控系统相关电气程序设计图表，针对类型机床具体加工过程逻辑，再对电气程序plc梯图编写设计，使电机实现位置控制与扭矩控制自由切换；见图1计算时使用的数控系统pmc电气程序，位置模式状态即伺服轴模式与扭矩模式状态即pmc轴模式为fanuc数控系统框架下固有配置功能，系统初默认尾台电机为伺服轴状态：步骤如下：

第一步、更改下列参数切换激活该伺服轴的另一种扭矩模式状态：pmc轴模式，更改如下：

数控系统参数1803号#4位设置为1表示功能：扭矩控制方式下执行跟踪；

数控系统参数2007号#7位设置为1表示功能：扭矩控制执行；

数控系统参数2105号内容设置为1表示功能：扭矩常数为1；

数控系统参数2203号#4位设置为1表示功能：扭矩控制时采用方式；

数控系统参数3105号#1位设置为0表示功能：表示pcf在实际速度显示中，包括pmc控制轴的运动；

2.更改完系统参数后，即激活尾台电机pmc轴模式后；

第三步、编写电气程序plc梯图，即电气动作逻辑指令来完成加工过程中尾台的顶紧过程，参照图1。

plc程序说明(suc8202s/1500数控车床尾台部分)：

第一行：r1107.6的尾台连接灯地址启停控制尾台电机的模式选择；

第二行：f130.0的pmc轴到位信号与f130.4的pmc轴运动信号的同时触发作为r131.7中间地址的触发条件；

第三行：r0432.0为自动方式m码与在手动方式下点r1012.6卡盘按钮，均会触发扭矩电机(pmc轴状态下)前进效果；

第四行与第三行整体逻辑相近，也是自动运行方式下与手动运行下按r1012.7尾台前进钮，均会触发扭矩电机(pmc轴状态下)后退效果；

第五行与第六行分别时对应三、四行触发而达成的动作；

在程序逻辑判断中，一般先执行复位，再运行后退。故设计梯图第七行往后表示，扭矩电机前进到位后，保持力矩时，若想回退不引发伺服系统报警，程序先产生复位信号后，再执行后退程序。

编写完电气程序plc梯图后，在plc程序参数内填写设定如下数值：

综上所述，完成了车床尾台电机扭矩控制的整体电气设计过程。

程序设计的几个说明：

1.扭矩计算的说明：

扭矩数值单位是0.00001nm(直线电机时单位为0.001nm)。计算出电机稳定输出时的扭矩如下：

扭矩数值＝d2004数值*0.00001*2105中电机初始化生成的转矩常数。

如8202s/1500本系列fanuc尾台β型电机，参数2105初始化之后值为692，扭矩数值设置为1500.尾台输出力矩约合10nm。扭矩＝1500*0.00001*692＝10.38nm。

如fanuc其他类型电机ais4/4000型计算方法也相同，即：2105初始化之后值为127，扭矩数值设500时输出扭矩为：扭矩＝500*0.00001*127＝0.635nm，。

根据加工工艺要求，还可改变pmc参数d2004内数值的大小，即可调节尾台输出扭矩值的大小。

2.扭矩方式的说明：

使用d地址为d2000-d2007

d2000-d2001：类型为字节，设置为十六进制，其中d2001为方式指令地址，扭矩控制方式指令为11h，

d2001为11，d2000设为0。(也可将其设为十进制，将11h转换为十进制是17，所以d2001中设17)。

d2002-d2003：类型为字，带符号十进制数，设置最大进给速度。

d2004-d2007：类型为双字，带符号十进制数，设置扭矩数值。

3.快速移动的说明：使用的d地址为d2008-d2015：

d2008-d2009：类型为字节，设置为十六进制，其中d2009为方式指令地址，快速移动方式为00h，故d2009为0，d2008设为0。

d2010-d2011：类型为字，带符号十进制数，设置快移速度。指定运行的速度既可以在pmc中编制，也可以使用参数中设定的速度(与cnc轴共用)，取决于pmc轴相关参数(8001-8028)的设置。

d2012-d2015：类型为双字，带符号十进制数，设置移动位移。

带符号十进制数其中符号表示正方向时为正数，相反方向移动时只需设为负数；所用d组参数数据格式及类型设定原则均为fanucoitf系统功能要求，使用方法均为固定。

本发明设计方法使得尾台结构简化，有本车床尾台扭矩功能设计的数控车床的尾台结构，其特征在于：底座上有三角体的尾台、尾台顶部水平固定顶尖，由电机驱动底座。

本发明设计方法也在8202s/1500，8202l/2000系列数控机床上已开始得到应用，此类机床均取消了原有机床尾台的制动部分、三角架、接近开关和伸缩套筒部分，每台机床成本节省近2万余元。

更重要是由此项应用型专利的设计的启发，而获取的宝贵经验，可为日后该设计思路移植至其他类型机床，提供了成功的案例。

本应用型发明专利将陆续应用于8202s/1500，8202l/2000，8202l/2500和同等类型车床系列。对未采用此项设计的车床系列，即其尾台部分采用传统机械方式锁紧和制动的方法，均具备取代和降低成本的作用。

数控车床尾台部分采用新型设计后运行过程更新如下：

伺服电机驱动尾台预先靠近工件→通过数控系统将电机切换成扭矩模式状态(pmc轴状态)→电机驱使尾台直接顶紧工件→到达指定扭矩后电机保持该值→等待加工。