专利名称：加速螺纹切削循环加工的cnc车床机械感测与控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可加速螺纹切削循环加工的CNC车床机械感测与控制系统。
背景技术：
由于车床大多用以加工形状简单、对称的工件，因此程序大多为人工编写为主。然而，为了人工编写程序代码方便，因此发展许多加工用的指令，以简化人工编写的复杂度，同时减低编程错误的发生率。其中又以车削螺丝等工件，所使用的螺纹车削循环指令为最常使用的指令之一。一般而言，由于刀具寿命与加工质量种种因素的考虑，车制螺纹均需多次的螺纹车削循环，依照每次车削循环所指定的进给深度，逐步加深车削深度，即可车制出所设计的螺牙工件。如图1所示，一次的螺纹车削循环其详细动作分解:
动作一:在循环前先将刀具快速定位至IA点(起始点)；
动作二:快速移动刀具下降至指定车削深度IB点，以便接触棒材准备进行车制螺纹的动作；
动作三:利用主轴夹持棒材旋转与线性轴Z轴进给速率的匹配，将刀具由IB点车削至IC点，以便在棒材上车削出一圈圈的螺旋纹路；
动作四:依照所指定的退刀距离以及退刀角度，将刀具快速拉离工件表面，直到刀具返回起始点高度，即为将刀具由IC点经至ID点返回IE点；
动作五:刀具快速由IE点返回IA点(起始点)准备下一次的车削循环动作。车床绝大多数有大量生产的需求以及快速加工的特性，因此针对机电部分的整合与加工参数的调校，便成为业界中极为重要的知识。然而机台机构特性、主轴马达转速限制、刀具种类、加工棒材等因素，都将影响加工参数设定值，通常必须依赖车床加工者的现场实务经验，通过适当的调整以缩短整体加工时间，取得良好的加工效率。而先前所述的螺纹切削循环动作，其整体加工时间由车牙时间和快速定位时间两部分所组成。车牙段的时间，主要由主轴转速与牙距所决定，但由于牙距的设定将决定所车制成的工件外型，因此都是由提高主轴转速以加快车牙速度。另外，快速定位的时间也和机台各轴向所能承受的速度、加速度、加加速度等运动条件有关。因此都是经由多次的机台机构与参数调整，以取得可接受的加工质量与加工效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种可加速螺纹切削循环加工的CNC车床机械感测与控制系统。本发明的目的通过以下技术方案来实现:
加速螺纹切削循环加工的CNC车床机械感测与控制系统，特点是:至少包含一刀具位置感测装置和一 CNC车床机构控制装置，所述刀具位置感测装置包含一光电讯号位置转换器、一单节实际位置储存单元、一快动单节剩余距离测量单元和一传感器同动讯号发送单元；所述CNC车床机构控制装置包含一,决动单节 终点与同动目标位置通知单元、一加减速特性与伺服落后估测单元、一控制器同动讯号发送单元、一同动讯号接收单元、一插补运算器和一马达驱动单元；
刀具位置感测装置架设于CNC车床机台上，接受外部机台实体轴向的脉冲模拟讯号，输入至光电讯号位置转换器将其转换为位置信息，以实时动态掌握实际刀具位置并将当前刀具位置纪录于单节实际位置储存单元，同时将实际移动距离传输至快动单节剩余距离测量单元；另一方面，CNC车床机构控制装置，则通过快动单节终点与同动目标位置通知单元，将目前于机台上所运行的快速移动单节的目标移动距离，同步传输至快动单节剩余距离测量单元，继而，快动单节剩余距离测量单元则接收由单节实际位置储存单元和快动单节终点与同动目标位置通知单元的实际移动距离与目标移动距离，直到当机台上的刀具已确实侦测达到脱离工件的安全高度后，随即通知传感器同动讯号发送单元，传递一同动讯号至同动讯号接收单元，插补运算器规划各轴向的同动情形，最后由马达驱动单元驱动机台实体轴向的移动。本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在:
通过轴向同动定位的运动原理，利用轴向快速同动的方式，将定位路径优化，缩减定位时间，即可在不减低定位精度的情况下，大幅度改善整体螺纹切削循环的加工效率。广泛适用于CNC车床上，可有效加速螺纹切削循环执行快速定位移动的过程，进而达到改善整体加工效能的目的，节省不必要的能源消耗，节约加工时间，降低生产成本。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
图1:背景技术的螺纹切削循环动作示意 图2:本发明螺纹切削循环动作示意 图3:本发明CNC车 床机械感测与控制系统的构造示意图。
具体实施例方式由于在车牙循环中，有多次快速定位的需求。而一般的快速定位运动，由于必须时常切换定位方向的缘故，在转角衔接处必发生减速现象。而螺纹切削循环过程中，因为存在许多快速定位动作，造成过多频繁的加减速，导致加工效能低下。本发明通过轴向同动定位的运动原理，缩减定位时间，即可在不减低定位精度的情况下，大幅度改善整体螺纹切削循环的加工效率。如图3所示，加速螺纹切削循环加工的CNC车床机械感测与控制系统，至少包含一刀具位置感测装置31和一 CNC车床机构控制装置32，所述刀具位置感测装置31包含一光电讯号位置转换器311、一单节实际位置储存单元312、一快动单节剩余距离测量单元313和一传感器同动讯号发送单元314 ;所述CNC车床机构控制装置32包含一快动单节终点与同动目标位置通知单元321、一加减速特性与伺服落后估测单元322、一控制器同动讯号发送单元323、一同动讯号接收单元324、一插补运算器325和一马达驱动单元326 ；
刀具位置感测装置31主要作用为动态撷取使用者于螺纹切削循环加工时，实际机台刀具位置，其光电讯号位置转换器311，用以接受外部机台实体轴向的脉冲等模拟讯号，将其转换为位置信息；单节实际位置储存单元312，记载当前刀具位置；快动单节剩余距离测量单元313，用以决定传感器同动讯号发送时机；传感器同动讯号发送单元314，发送传感器端的同动讯号至同动讯号接收单元324。 CNC车床机构控制装置32主要作用为控制机台刀具运行，并于螺纹切削循环加工时，若侦测出控制装置本身或是外部刀具位置感测装置发出同动讯号，即可产生同动快速定位的效果，其快动单节终点与同动目标位置通知单元321，通知传感器与控制器本身当前的快速移动单节的轴向目标移动位置；一加减速特性与伺服落后估测单元322，将计算快速移动运动的各轴向伺服落后量，以避免直接的命令规划造成撞机现象；控制器同动讯号发送单元323，发送控制器端的同动讯号至同动讯号接收单元324 ；同动讯号接收单元324，用以接收来自传感器端或是控制器端所传递的同动讯号；插补运算器325，规划各轴向的同动情形；马达驱动单元326，以驱动机台实体轴向的移动。 刀具位置感测装置31架设于CNC车床机台上，接受外部机台实体轴向的脉冲模拟讯号，输入至光电讯号位置转换器311将其转换为位置信息，以实时动态掌握实际刀具位置并将当前刀具位置纪录于单节实际位置储存单元312，同时将实际移动距离传输至快动单节剩余距离测量单元313 ;另一方面，CNC车床机构控制装置32，则通过快动单节终点与同动目标位置通知单元321，将目前于机台上所运行的快速移动单节的目标移动距离，同步传输至快动单节剩余距离测量单元313，继而，快动单节剩余距离测量单元313则接收由单节实际位置储存单元312和快动单节终点与同动目标位置通知单元321的实际移动距离与目标移动距离，直到当机台上的刀具已 确实侦测达到脱离工件的安全高度后，随即通知传感器同动讯号发送单元314，传递一同动讯号至同动讯号接收单元324，插补运算器325规划各轴向的同动情形，最后由马达驱动单元326驱动机台实体轴向的移动。利用轴向快速同动的方式，将定位路径优化，以缩短加工时间。其轴向快速同动过程，通过上述CNC车床机械感测与控制系统实现。如图2所示，螺纹切削循环动作过程如下:
动作一:在循环前先将刀具快速定位至2A点(起始点)；
动作二:快速移动刀具下降至指定车削深度2B点，以便接触棒材准备进行车制螺纹的动作；
动作三:利用主轴夹持棒材旋转与线性轴Z轴进给速率的匹配，将刀具由2B点车削至2C点，以便在棒材上车削出一圈圈的螺旋纹路；
动作四:依照使用者所指定的退刀距离以及退刀角度，将刀具由2C点快速拉离工件表面至2D点，此时便产生轴向同动指令，直到刀具返回起始点高度2E点；
动作五:刀具快速移动由2E点至2F点,此时便产生轴向同动指令,将刀具快速由2F点返回2G点(新起始点)准备下一次的车削循环动作。图2示意了由2C点经2D点至2E点的运作原理。另夕卜，由2E点经2F点，返回2G点(新起始点)亦遵循类似的动作原理。差别在于由刀具位置感测装置31中的传感器同动讯号发送单元314发出同动讯号以CNC车床机构控制装置32中的控制器同动讯号发送单元323送出同动讯号。其原因来自于机台的动态特性，使得轴向输入命和输出响应之间必存在伺服落后的现象。为克服此问题，在先前由2C点经2D点至2E点的定位过程，是以刀具位置感测装置31撷取实际移动位置的方式，防止用命令规划的方式做同动，导致提早移动进而发生撞机的情况。然而必须根据新起始点位置2G，因此无法直接以由2C点经2D点至2E点的相同运作原理。因此其实现方式，必须配合CNC车床机构控制装置32中的加减速特性与伺服落后估测单元322，将计算快速移动运动的各轴向伺服落后量以估测2F点的位置。也就是快速定位至何处时，即应由控制器同动讯号发送单元323产生一同动讯号，送至插补运算器325规划各轴向的同动情形，最后再以马达驱动单元326驱动机台实体轴向的移动。综上所述，本发明装置广泛适用于CNC车床上，可有效加速螺纹切削循环执行快速定位移动的过程，进而达到改善整体加工效能的目的，节省不必要的能源消耗。需要强调的是:以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案 的范围内。
权利要求
1.加速螺纹切削循环加工的CNC车床机械感测与控制系统，其特征在于:至少包含一刀具位置感测装置(31)和一 CNC车床机构控制装置(32)，所述刀具位置感测装置(31)包含一光电讯号位置转换器(311)、一单节实际位置储存单元(312)、一快动单节剩余距离测量单元(313)和一传感器同动讯号发送单元(314);所述CNC车床机构控制装置(32)包含一快动单节终点与同动目标位置通知单元(321)、一加减速特性与伺服落后估测单元(322)、一控制器同动讯号发送单兀(323)、一同动讯号接收单兀(324)、一插补运算器(325)和一马达驱动单元(326)； 刀具位置感测装置(31)架设于CNC车床机台上，接受外部机台实体轴向的脉冲模拟讯号，输入至光电讯号位置转换器(311)将其转换为位置信息，以实时动态掌握实际刀具位置并将当前刀具位置纪录于单节实际位置储存单元(312)，同时将实际移动距离传输至快动单节剩余距离测量单元(313);另一方面，CNC车床机构控制装置(32)，则通过快动单节终点与同动目标位置通知单元(321)，将目前于机台上所运行的快速移动单节的目标移动距离，同步传输至快动单节剩余距离测量单元(313)，继而，快动单节剩余距离测量单元(313)则接收由单节实际位置储存单元(312)和快动单节终点与同动目标位置通知单元(321)的实际移动距离与目标移动距离，直到当机台上的刀具已确实侦测达到脱离工件的安全高度后，随即通知传感器同动讯号发送单元(314)，传递一同动讯号至同动讯号接收单元(324)，插补运算器(325)规划各轴向的同动情形，最后由马达驱动单元326驱动机台实体轴向的移 动。
全文摘要
本发明涉及加速螺纹切削循环加工的CNC车床机械感测与控制系统，刀具位置感测装置作用为动态撷取使用者于螺纹切削循环加工时实际机台刀具位置，包含光电讯号位置转换器、单节实际位置储存单元、快动单节剩余距离测量单元和传感器同动讯号发送单元；CNC车床机构控制装置作用为控制机台刀具运行，并于螺纹切削循环加工时，侦测出控制装置本身或是外部刀具位置感测装置发出同动讯号，产生同动快速定位的效果，包含快动单节终点与同动目标位置通知单元、加减速特性与伺服落后估测单元、控制器同动讯号发送单元、同动讯号接收单元、插补运算器和马达驱动单元。该装置有效加速螺纹切削循环于执行快速定位移动的过程，改善整体加工效能。
文档编号B23Q15/00GK103231277SQ20131013340
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者李柏莹 申请人:苏州新代数控设备有限公司