[其他]简易数控车床的伺服系统

说明书

本发明是关于简易数控车床的伺服系统。

现有的简易数控车床均采用开环数字控制，它的工作原理可以用图5来说明。微电脑控制部分将按工艺要求编制好的程序，控制大功率的角位移，经精密齿轮减速后，由滚珠丝杠转换成直线位移，再由刀架完成切削加工。

当需要车削螺纹时，光电主轴脉冲发生器随机向微电脑控制部分提供车床主轴转速情况，微电脑利用输入的主轴转速信号来控制刀架直线位移量与主轴角位移量匹配，从而达到车削螺纹的目的。

显而易见，上述开环数字控制中的伺服系统，采用的是大功率步进电机-滚珠丝杠以及光电主轴脉冲发生器。该伺服系统：其一，由于由角位移转换成直线位移要经过齿轮减速，因而传动链长，传动链中因扭转变形及间隙引起的误差相应也大，因而只能作半精加工，满足不了精加工的要求;再者作为大功率步进电机的驱动电源比较昂贵。其二，车削螺纹采用的是由主轴驱动的光电主轴发生器，故障率高，价格约为700～1000元，而制造该发生器中的主要零件-光栏板，要有专用设备将其等分为1024、2048、4096等各种等分，等分的精度要求高，这对于一般工厂难以实现。

本发明的目的是提供一种比较简单，费用较少，精度较高，稳定可靠的伺服系统。

本发明的伺服系统的特点在于：采用汇率步进电机-脉冲油缸以及简易光电主轴脉冲发生器;此外，为使数控稳定可靠，在微电脑与伺服系统的接口电路中装有光电耦合器，并将电控箱安装在车床的原走刀箱位置。因此，根据本发明而组成的简易数控车床，其工作原理可以用图6来说明。

微电脑控制部分将按工艺要求编制好的程序，控制小功率步进电机的角位移，通过联轴节由脉冲油缸转换成直线位移，再由刀架完成切削加工。

当需要车削螺纹时，简易光电主轴脉冲发生器随机向微电脑控制部分提供车床主轴转速情况，微电脑利用输入的主轴转速信号来控制刀架直线位移量与主轴角位移量匹配，从而完成车削加工。

本发明的伺服系统：

小功率步进电机的型号为55BF004，用螺钉紧固在脉冲油缸的一端，通过联轴节将角位移转换成脉冲油缸活塞杠的直线位移，活塞杆用法兰直接与纵拖板、横拖板紧固，这样，当步进电机执行程序时，步进电机的角位移转换成脉冲油缸的直线位移，从而完成刀架进给运动。

脉冲油缸的型号为MCG-01A（资料发表在：《脉冲油缸及其应用》《组合机床》1982·12·），脉冲当量为0.01mm/Ω，在工作频率为16Hz及2000Hz时，其进给速度分别为9.6mm/min和1200mm/min，油压为50Kg·f/cm²时的最大推力可达1000～1400Kg·f。该型号参考了瑞士SIG（SIG electro-hydraulic linear amplifier《Machinery & Production Engineering》14·Jan·1976），但进行了新的结构性和工艺性改进，主要是应用了精组螺母副（资料发表在：《精组螺母副》清华大学精密仪器系1980·7），也就是说通过减小反馈丝杆的外径和长度来减小步进电机的惯性负荷，以求能够采用较小的步进电机而获得较高的起动频率，而对步进电机的驱动电源功率也可以降低。至于因丝杆缩短而导致的工作行程缩短部分，则由加长螺母予以补偿，并以精密组合螺母的方式，从工艺上解决长螺母的制造问题。

反馈丝杆的外径为8mm，导程为2.4mm，矩形扣，工作长度为24mm，配以外径为5mm的接杆，总长为345mm，适用脉冲油缸的行程250mm。螺母由11段组成，每段长约26mm，11段螺母用粘接方法粘接起来，达到积累误差和背隙的限度，装入活塞杆的孔中并紧固，接杆与当环以及中孔滑阀的端面滑合，其端部则以六角柱面与联轴节滑合。为了滑阀两端的压力能够平衡，其间应有足够的过油通路。这种短螺杆长螺母副从工艺上来看，似乎比长螺杆短螺母副复杂，但从其对于步进电机的惯性负荷和工作精度来说，则有其明显的优越性，其惯性负荷仅为同行程的长螺杆短螺母副的20%，行程越长，其对比越明显。从工艺上来说，接长后的长度公差及其选配合的累积误差，可以根据需要而控制得很紧，不象细长螺杆那样要决定于加工机床的精度，且行程越长，对比越明显。

纵向脉冲油缸安装在床身侧面，活塞杆用法兰与纵拖板联接;横向脉冲油缸安装在纵拖板的凹槽间，活塞杆用法兰与横拖板联接。脉冲油缸由液压装置供油，调定压力为10Kg/cm²。