一种数控机床的随动加工装置及其随动方法
【专利摘要】本发明公开了一种数控机床的随动加工装置及其随动方法，通过设置激光发射和接收装置，使用激光光斑的变化对加工过程中的干扰进行反馈，通过设置负压吸盘和橡胶垫，可以提高激光系统的工作稳定性。本发明能够解决现有技术的不足，提高了整个数控机床运行的精确度。
【专利说明】
-种数控机床的随动加工装置及其随动方法
技术领域
[0001] 本发明设及机床自动控制领域，尤其是一种数控机床的随动加工装置及其随动方 法。
【背景技术】
[0002] 在数控机床的自动加工过程中，需要对刀具和加工件进行实时地位置变化，从而 实现加工件的精确加工。现有技术为了提高加工精度，通常通过提高伺服电机制作工艺而 实现伺服电机的精确运动。但是，在多个伺服电机的相互配合运行过程中，每个伺服电机的 运动误差会大大增加整个数控机床的误差度。中国发明专利CN 102130640 B公开了一种 多轴同步伺服驱动系统及其同步控制方法，通过伺服控制器之间的同步信号进行实时地同 步，W提高各个伺服电机之间的同步性。但是，运种通过伺服电机之间通过同步信号进行实 时同步的方式在调整速度上总会产生一定的时间滞后，会对整个伺服系统带来误差。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种数控机床的随动加工装置及其随动方法，能 够解决现有技术的不足，提高了整个数控机床运行的精确度。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。 阳0化]一种数控机床的随动加工装置，包括加持基座和刀具基座，加持基座和刀具基座 分别通过若干个串联的驱动机构进行位置的调整，每个驱动机构包括一个伺服电机，随动 加工装置还包括一个控制器，控制器与所有伺服电机通讯连接，加持基座的外侧对称设置 有两个激光接收盘，刀具基座的两侧设置有与激光接收盘相配合的激光发射盘，激光发射 盘上中屯、对称地设置有若干个激光发射器，激光发射器向外倾斜设置，控制器与激光接收 盘通讯连接。
[0006] 作为优选，所述激光接收盘的外侧设置有负压吸盘，负压吸盘内部设置有凹槽， 凹槽内壁的外侧面连接有第一负压吸管，凹槽内壁的内侧面连接有第二负压吸管，凹槽的 底面连接有第Ξ负压吸管，第一负压吸管、第二负压吸管和第Ξ负压吸管的内径之比为 1:3:7,第一负压吸管与竖直方向的夹角为25°，第二负压吸管与竖直方向的夹角为40°， 第Ξ负压吸管沿着竖直方向设置，第二负压吸管内设置有螺旋叶轮。
[0007] 作为优选，所述激光发射盘的底部设置有橡胶垫，橡胶垫内对称有两个弧形弹黃 片，弧形弹黃片向橡胶垫的中间凸起，弧形弹黃片之间固定连接有加强杆，弧形弹黃片的两 端套接有套管，套管为聚四氣乙締材料，套管分别与弧形弹黃片和橡胶垫过盈配合，套管的 外侧边沿活动连接有金属连接筒，金属连接筒的外侧设置有圆台形弹黃套。
[0008] 一种用于上述数控机床的随动加工装置的随动方法，控制器对伺服电机进行闭环 控制，从而使驱动机构带动加持基座和刀具基座进行相应的运动，在加持基座和刀具基座 发生相对运动时，激光发射器在激光接受盘上投射的光斑组成的圆形图案会发生相应的位 置和大小的变化，控制器对运种光斑变化进行采集，并根据光斑的变化将相应的控制信号 反馈至伺服电机。
[0009] 作为优选，控制器根据采集的光斑变化情况，将所有伺服电机分为若干个组，同一 组内不同的伺服电机各设置有一个第一传递函数，每一组伺服电机还设置有一个第二传递 函数，控制器通过第一传递函数和第二传递函数对伺服电机进行调整。
[0010] 作为优选，第一传递函数通过光斑的位置信号确定，第二传递函数通过光斑的速 度信号确定。
[0011] 采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过使用激光定位的方式，利 用激光光斑在激光接收盘上的位置和移动速度的变化对加持基座和刀具基座的运行进行 实时反馈，使得控制器可W更快地对伺服电机进行反馈调节。负压吸盘可W对激光接收盘 进行实时清理，避免加工过程中的碎屑对激光接收的影响。第二负压吸管可W有效地加大 负压吸盘外侧的进气量，从而保证激光接收盘的洁净。带有弧形弹黃片的橡胶垫可W有效 地减少刀具基座的振动，通过连接加强杆，可W减少刀具基座两侧的不平衡。通过设置套管 和金属连接筒，可W提高刀具基座对于高频震动的缓冲。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的一个具体实施例的电气控制图。
[0013] 图2是本发明的一个具体实施例中负压吸盘的结构图。
[0014] 图3是本发明的一个具体实施例中橡胶垫的结构图。 阳01引图中：1、加持基座；2、刀具基座；3、驱动机构；4、伺服电机；5、控制器；6、激光接 收盘；7、激光发射盘；8、激光发射器；9、负压吸盘；10、凹槽；11、第一负压吸管；12、第二负 压吸管；13、第Ξ负压吸管；14、螺旋叶轮；15、橡胶垫；16、弧形弹黃片；17、加强杆；18、套 管；19、金属连接筒；20、圆台形弹黃套；21、定位外圈；22、弧形挡片；23、弹黃体。
【具体实施方式】
[0016] 参照图1-3, 一种数控机床的随动加工装置，包括加持基座1和刀具基座2,加持基 座1和刀具基座2分别通过四个串联的驱动机构3进行位置的调整，每个驱动机构3包括 一个伺服电机4,随动加工装置还包括一个控制器5,控制器5与所有伺服电机4通讯连接， 加持基座1的外侧对称设置有两个激光接收盘6,刀具基座2的两侧设置有与激光接收盘6 相配合的激光发射盘7,激光发射盘7上中屯、对称地设置有八个激光发射器8,激光发射器 8向外倾斜设置，控制器5与激光接收盘6通讯连接。激光接收盘6的外侧设置有负压吸 盘9,负压吸盘9内部设置有凹槽10,凹槽10内壁的外侧面连接有第一负压吸管11，凹槽内 壁的内侧面连接有第二负压吸管12,凹槽10的底面连接有第Ξ负压吸管13,第一负压吸管 11、第二负压吸管12和第Ξ负压吸管13的内径之比为1:3:7,第一负压吸管11与竖直方向 的夹角为25°，第二负压吸管12与竖直方向的夹角为40°，第Ξ负压吸管13沿着竖直方 向设置，第二负压吸管12内设置有螺旋叶轮14。激光发射盘7的底部设置有橡胶垫15,橡 胶垫15内对称有两个弧形弹黃片16,弧形弹黃片16向橡胶垫15的中间凸起，弧形弹黃片 16之间固定连接有加强杆17,弧形弹黃片16的两端套接有套管18,套管18为聚四氣乙締 材料，套管18分别与弧形弹黃片16和橡胶垫15过盈配合，套管18的外侧边沿活动连接有 金属连接筒19,金属连接筒19的外侧设置有圆台形弹黃套20。
[0017] 一种用于上述数控机床的随动加工装置的随动方法，控制器5对伺服电机4进行 闭环控制，从而使驱动机构3带动加持基座1和刀具基座2进行相应的运动，在加持基座1 和刀具基座2发生相对运动时，激光发射器8在激光接受盘6上投射的光斑组成的圆形图 案会发生相应的位置和大小的变化，控制器5对运种光斑变化进行采集，并根据光斑的变 化将相应的控制信号反馈至伺服电机4。控制器5根据采集的光斑变化情况，将所有八个伺 服电机4分为四组，与加持基座1连接的第一组伺服电机内的两个伺服电机的第一传递函 数为：
[0020] 与加持基座1连接的第二组伺服电机内的两个伺服电机的第一传递函数为：
[0021] f3(x) = 0. 75
[0022] f4(Xi，X2)二 t曰nxi+0. 35而2
[0023] 与刀具基座2连接的第一组伺服电机内的两个伺服电机的第一传递函数为：
[0026] 与刀具基座2连接的第二组伺服电机内的两个伺服电机的第一传递函数为：
[0029] 与加持基座1连接的两组伺服电机的第二传递函数为：
[0032] 与刀具基座2连接的两组伺服电机的第二传递函数为：
[0035] 其中，变量XI为光斑的位置信号，变量X 2为光斑的面积信号，变量y为光斑的速度 信号。上述传递函数适用于加工件重量在0. 3kg~0.化g，进刀速度小于Imm/s的加工工况 中。
[0036] 另外，在激光发射盘7的中屯、还竖直设置有一个激光发射器8,位于激光发射盘7 中屯、的激光发射器8的顶部固定有定位外圈21，定位外圈21内侧通过弹黃体23连接有若 干个弧形挡片22。通过运个弧形挡片22可W捕捉并反馈出刀具基座2的加速度的大小和 方向。通过激光接收盘8的接收，可W将刀具基座2的运动趋势进行准确检测。运一加速 度的检测通过第Ξ传递函数反馈至控制器5对伺服电机4的调整。第Ξ传递函数与第一传 递函数和第二传递函数串联设置，此系统的第Ξ传递函数为：
[0037] f (Z) = 3. 5e2z+5. 5z2
[0038] 其中，变量z为刀具基座2的加速度信号。
[0039] 本【具体实施方式】可W将此加工系统的加工精度有原来的±100μπι减小至 ±20 μm。
[0040]上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一 限制条件。
【主权项】
1. 一种数控机床的随动加工装置，包括加持基座（1)和刀具基座（2)，加持基座（1)和 刀具基座（2)分别通过若干个串联的驱动机构（3)进行位置的调整，每个驱动机构（3)包 括一个伺服电机（4)，随动加工装置还包括一个控制器（5)，控制器（5)与所有伺服电机（4) 通讯连接，其特征在于：加持基座（1)的外侧对称设置有两个激光接收盘（6)，刀具基座（2) 的两侧设置有与激光接收盘（6)相配合的激光发射盘（7)，激光发射盘（7)上中心对称地设 置有若干个激光发射器（8)，激光发射器（8)向外倾斜设置，控制器（5)与激光接收盘（6) 通讯连接。2. 根据权利要求1所述的数控机床的随动加工装置，其特征在于：所述激光接收盘（6) 的外侧设置有负压吸盘（9)，负压吸盘（9)内部设置有凹槽（10)，凹槽（10)内壁的外侧面 连接有第一负压吸管（11)，凹槽内壁的内侧面连接有第二负压吸管（12)，凹槽（10)的底面 连接有第三负压吸管（13)，第一负压吸管（11)、第二负压吸管（12)和第三负压吸管（13) 的内径之比为1:3:7,第一负压吸管（11)与竖直方向的夹角为25°，第二负压吸管（12)与 竖直方向的夹角为40°，第三负压吸管（13)沿着竖直方向设置，第二负压吸管（12)内设置 有螺旋叶轮（14)。3. 根据权利要求1所述的数控机床的随动加工装置，其特征在于：所述激光发射盘（7) 的底部设置有橡胶垫（15)，橡胶垫（15)内对称有两个弧形弹簧片（16)，弧形弹簧片（16) 向橡胶垫（15)的中间凸起，弧形弹簧片（16)之间固定连接有加强杆（17)，弧形弹簧片 (16)的两端套接有套管（18)，套管（18)为聚四氟乙烯材料，套管（18)分别与弧形弹簧片 (16)和橡胶垫（15)过盈配合，套管（18)的外侧边沿活动连接有金属连接筒（19)，金属连 接筒（19)的外侧设置有圆台形弹簧套（20)。4. 一种用于权利要求1~3所述的数控机床的随动加工装置的随动方法，其特征在于： 控制器（5)对伺服电机（4)进行闭环控制，从而使驱动机构（3)带动加持基座（1)和刀具基 座（2)进行相应的运动，在加持基座（1)和刀具基座（2)发生相对运动时，激光发射器（8) 在激光接受盘（6)上投射的光斑组成的圆形图案会发生相应的位置和大小的变化，控制器 (5)对这种光斑变化进行采集，并根据光斑的变化将相应的控制信号反馈至伺服电机（4)。5. 根据权利要求4所述的数控机床的随动加工装置的随动方法，其特征在于：控制器 (5)根据采集的光斑变化情况，将所有伺服电机（4)分为若干个组，同一组内不同的伺服电 机（4)各设置有一个第一传递函数，每一组伺服电机（4)还设置有一个第二传递函数，控制 器（5)通过第一传递函数和第二传递函数对伺服电机（4)进行调整。6. 根据权利要求5所述的数控机床的随动加工装置的随动方法，其特征在于：第一传 递函数通过光斑的位置信号确定，第二传递函数通过光斑的速度信号确定。
【文档编号】G05B19/19GK105988414SQ201510053956
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】宋明安, 孙洁, 刘学平, 李志博, 同彦恒, 麻辉
【申请人】宁夏巨能机器人系统有限公司