[发明专利]一种数控车床的非圆切削装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控车床的切削装置，尤其是涉及一种车削设备的非圆切削装置及其控制方法。

背景技术

按照主轴的转动周期来同步控制刀具在工件径向(横向)上的位移，则可加工出非圆截面形状的工件，这种加工方法称为非圆截面车削。目前加工非圆截面轮廓的方法主要有：仿形加工、特种加工和数控车削。仿形加工法利用靠模控制刀具和工件的相对运动轨迹，形成所需的表面形状，这种方法加工范围广，可加工复杂截面形状的工件，但是效率低、调整复杂而且加工精度较差；特种加工可用于非圆零件的精加工，但是加工成本较高、效率低，而且对于横截面与轴截面形状都很复杂的工件则难以加工；数控车削的加工原理是：在非圆截面工件的加工过程中，刀具在X方向(横向)上跟踪主轴旋转角度，实时调整刀具位置，实现刀具在X轴方向的往复运动，从而加工出所需的非圆型线，但是目前数控系统X轴的响应频率不能满足高速往复运动的要求，车削加工的精度不够理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高车削加工精度的数控车床的非圆切削装置及其控制方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种数控车床的非圆切削装置，包括刀架、固定有刀具的刀夹、位移传感器、主轴编码器、执行器和控制器，所述的主轴编码器设置在数控车床的主轴电机上，所述的位移传感器固定设置在所述的刀架上，所述的刀架上设置有相互连通的第一空腔和第二空腔，所述的第一空腔内一体设置有柔性铰链结构，所述的柔性铰链结构的前端部一体设置有刀夹固定座，所述的刀夹固定设置在所述的刀夹固定座上，所述的刀夹固定座上固定设置有与所述的位移传感器相感应的金属杆，所述的执行器设置在所述的第二空腔内，所述的柔性铰链结构包括后座，所述的执行器的前端部顶接在所述的后座的后端面上，所述的后座与所述的刀夹固定座之间一体设置有两个沿中心线对称的平行四边形弹性机构，所述的主轴编码器和所述的位移传感器均与所述的控制器电连接，所述的控制器与所述的执行器电连接。

所述的平行四边形弹性机构包括纵向的第一连接杆、第二连接杆和两根横向的第三连接杆，所述的第一连接杆与所述的刀夹固定座通过横向的第四连接杆一体连接，所述的第二连接杆与所述的后座一体连接，一根所述的第三连接杆与所述的刀架一体连接，所述的第四连接杆与所述的刀夹固定座的连接处、所述的第四连接杆与所述的第一连接杆的连接处、所述的第一连接杆与所述的第三连接杆的连接处、所述的第三连接杆与所述的第二连接杆的连接处、所述的第二连接杆与所述的后座的连接处均设置有两个相背对的半圆槽，所述的半圆槽的半径为2.5-3.5mm，所述的第一连接杆、所述的第二连接杆、所述的第三连接杆、所述的第四连接杆四者的的宽度均为6-8mm、高度均为28-32mm，所述的第一连接杆至所述的第二连接杆的距离为40mm，两根所述的第三连接杆之间的距离为30mm。

所述的第二空腔的形状与所述的执行器的形状相匹配，所述的执行器的上下两侧顶接有执行器支撑块，所述的执行器支撑块固定设置在所述的刀架上，所述的刀架上设置有与所述的第二空腔连通的螺纹孔，所述的螺纹孔内螺接有顶紧螺钉，所述的顶紧螺钉顶接在所述的执行器的后端部上。

所述的刀架上固定设置有传感器定位块，所述的位移传感器固定设置在所述的传感器定位块上，所述的刀夹固定座的前端部设置有U型槽，刀具穿过所述的刀夹伸入所述的U型槽内，所述的金属杆纵向固定设置在所述的U型槽上。

所述的刀架的上表面固定设置有上盖板，所述的传感器定位块固定设置在所述的上盖板上，所述的刀架的下表面固定设置有下盖板。

所述的执行器为压电陶瓷执行器，所述的主轴编码器为高精度旋转编码器，所述的位移传感器为高精度位移传感器。

一种对所述的非圆切削装置的控制方法，所述的控制器采用基于免疫响应理论模型的免疫控制方法，其中把系统的某种外部干扰定义为抗原，把所述的控制器响应外部干扰而产生的清除这种干扰的控制输出定义为抗体，所述的抗原和所述的抗体之间的关系为：