[其他]一種數控機床自適應控制儀與控制方法

無效

• 申請號: 87100136
• 申請日: 1987-01-06
• 公開（公告）號: CN87100136A
• 公開（公告）日: 1988-07-20
• 發明（設計）人: 何鉞;陳康寧;侯延明;毛寧;陽含和
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23Q15/00
• 分類號: B23Q15/00;B23Q15/12;G05B19/18
• 代理公司: 西安交通大學專利事務所
• 代理人: 蔡和平

本發明屬于機械制造領域的切削加工自動控制

當前的數控機床按加工精度的控制方法可分為：開環控制和閉環控制。其中開環控制在加工過程中沒有對加工誤差的實時檢測，對于不能預知的隨機變化所引起的誤差是無法糾正的，蘇聯專利《最優切削模式的確定裝置》（SU????1135-603-A，85-189020/31）所采用的就是這種開環控制方式。半閉環控制是通過對某一個或幾個能夠表征加工精度的參數的控制，間接的加工誤差進行控制，如：Б.C巴拉克辛主編的《機床的適應控制》中認為彈性變形是影響加工精度的主要原因，于是通過對機床-夾具-刀具工件系統的彈性變形，甚至彈性力的控制來達到對加工精度的控制。西班牙專利《數控機床的位置控制系統》（80-F8002????C/27＝EP-12-620-B）是通過控制加工系統的熱變形，來控制加工誤差的，而《自適應切削過程控制系統》（84-035987/06SU1009-717-A）是通過控制轉速和進給，使得刀具磨損最少，由此而引起的加工誤差最小。上述的專利和著作所提出的控制方法和裝置都不完善，這是由于機床切削引起的誤差是由于多方面因素造成的，單純的對某一項因素進行控制所能提高的精度就是很有限的。

從測量裝置的布置來看《在數控機床中測量距離》（81-H818D/34＝US4451-892-A）《具有位置測量頭的外圓磨床》（85-218764/36GB2154-163-A）等，都是將測量裝置安排在刀具的同一側，這樣一方面受刀具結構的限制，測量頭不可能很靠近切削點，因此測量精度會受到影響，另一方面無法反映某些幾何形狀誤差（如圓柱度）。《機床的適應控制》（Б、C、巴拉克辛主編）一書中提出，測量傳感器安裝在切削刀具之后，同刀具一起在進給方向上移動，但由于傳感器相對于切削刀具的位置偏置而造成的信息滯后，卻對控制精度有很大影響，目前，在對切削加工的控制方面確實存在這一問題。

從測量方式看，《測量工件尺寸的機床自適應控制系統》（84-156412/25????SU-998-091）等都是采用的接觸式測量，測量頭易磨損，且受切削加工時產生的振動、以及工件表面材質不均的影響很大。

本發明針對上述缺點與不足，制造一種測量精度較高的數控機床自適應控制儀，并提供一種新的控制方法。

本發明的要點在于所提供的數控機床自適應控制儀是由單板機，控制柜、測量裝置、二臺驅動刀具運動的步進電機、零件加工程序軟件，和控制形狀尺寸精度的自適應控制軟件組成。它的測量裝置是由一測量頭并通過一聯接件聯接在截面為矩形的帶有齒條的活動桿一端，活動桿由一微步進電機驅的帶有齒輪的裝置帶動，此裝置可為微步進電機的軸與小齒輪相聯，與小齒輪嚙合的大齒輪帶動一連軸齒輪，連軸齒輪與帶有齒條的活動桿相嚙合并驅動它運動。其連軸齒輪被固定在兩個滾動軸承中間，滾動軸承通過兩個滾動軸承壓蓋定位在箱體上，其大齒輪利用一軸套固定在連軸齒輪上，軸套并起大齒輪與軸承之間的定位作用。

活動桿由若干個滾動軸承，支持桿和壓緊裝置定位，可為滾動軸承4個，支持桿4根，壓緊裝置2個，即在截面為矩形的帶有齒條的活動桿的一側由兩個固定在兩根支承桿上的滾動軸承在水平方向上導向，與其相對的側面通過兩個壓緊裝置將活動桿壓緊在導向軸承上，活動桿的底部由兩個安裝在二根支持桿上的滾動軸承導向在垂直方向上支承。這樣活動桿就在4個滾動軸承所確定的空間內自由運動。其壓緊裝置每一個都是由滾動軸承、彈簧、調整螺釘、螺帽、及殼體組成，殼體固定在箱體上，并由螺帽鎖緊。

上述的滾動軸承，支持桿和壓緊裝置固定在一帶有支架的箱蓋的箱體內，在箱體頂部裝有顯示測量精度的數字顯示器。整個測量裝置由支架通過可調連接件，可為一普通的螺栓，連接在機床的溜板上，通過調節螺母的位置可使整個測量裝置上下移動，以適應測量高度的需要，而測量裝置的測量頭位于加工刀具的對面與工件不接觸，并在工件軸線方向上與刀具保持一固定距離。

本裝置的控制方法為X方向的直接閉環控制，即測量裝置的測量頭在加工過程中測得工件的加工誤差以電信號的形式經放大反饋輸入單板機，單板機根據輸入的電信號通過控制工件形狀尺寸精度的自適應控制軟件計算出最佳補償控制量并發出控制信號，控制信號經控制柜放大后來控制X方向的步進電機的補償運動，同時單板機零件加工程序軟件控制Y方向步進電機運動，二者帶動刀具完成加工精度控制，同時控制了工件的圓柱度，在加工過程中單板機還通過微電機來控制測量頭，按照工件的理想尺寸做一定的伸縮運動形成加工過程的參考模型。