[发明专利]刚性定位数控车床

说明书

技术领域

本技术涉及一种车床，具体地说，是一种可以保证被加工件厚度公差的刚性定位数控车床。

背景技术

对于加工厚度公差只有7um的零件，为了保证生产厂家和用户检测时仪器产生的合理误差，要求零件的公差必须控制在中间差的上下2um的范围内。这里零件的加工，对于所使用的设备，在刀具和零件安装的基准面（即靠山）之间的距离有着非常高的要求，即重复定位的精度要求很高。刀具和零件安装的基准面之间距离的波动就会直接造成厚度尺寸带动波动，所以重复定位的精度越高，厚度的波动就越小。

但是目前国内普遍使用的数控车床的定位精度只能达到5-8um的范围内，所以难于加工。为了提高定位精度，就要采用更高精度的全闭环控制的数控车床，但是它的精度也只能达到3-4um，而且价格昂贵（是普遍使用的数控车床价格的7-8倍），这就造成了加工成本的大幅提升，生产厂家和用户均难于承受。

由于数控车床的往复运动及所达的定位点采取的是柔性的操作，由接受转动指令的伺服电机带动z向丝杠，由丝杠推动固定在主拖板上的丝杠螺母而实现。因为丝杠与螺母之间是运动配合，所以它们之间必然会有间隙，这就造成了指令发出的运动距离和实际的移动距离会产生误差。要消除这种误差，就要尽可能地提高控制系统和执行机构（丝杠、螺母、滑轨等）的精度，或进一步采用全闭环的控制模式。但是提供执行机构的精度，不论检测与加工，难度都很大，难于实现。闭环控制虽然能够提高精度，但同样受到执行机构精度的约束，一旦由于制造精度达不到检测控制精度，机床的主拖板就会在设定的位置前后产生往复的振动，以致机床无法进行加工。

因为国内常规的数控车床的本身的精度也只有6-8um，所以用国内常规的数控车床进行加工难于达到要求。如果进口国外的高精度数控车床，价格昂贵（约50万元），而且既使使用进口的数控车，加工处两件的精度还与该数控车精度相当。另外，对于厚度公差6-8um的零件的检测，量具本身就有1-2um的误差，所以对工件的厚度公差的要求就更高。

从理论上讲，数控车床柔性的操作控制系统和刚性的定位（即把主拖板贴紧在与夹具有固定距离的靠山上）后，再由x向伺服电机驱动刀具进行加工，由于靠山与主拖板的接触面是固定的，所以它可以达到距离的波动只有1-2um。但是，直接通过伺服电机把主拖板推往靠山并与之接触是行不通的。因为主拖板移动的距离精度会造成主拖板或者倾向于略缺（及达不到与靠山理论接触面）或者倾向于略超过主拖板与靠山的理论接触面。只要倾向于超过理论接触面，伺服电机就会报警，并失去所存储的数据。

发明内容

本技术的目的是提供一种精确保证被加工件的厚度的刚性定位数控车床。

本技术的刚性定位数控车床，包括床身、具有主轴的主轴箱、z向滑轨、z向驱动机构、x向进给拖板、x向驱动机构、设置有刀具的刀架、控制系统，滑动设置在z向滑轨上的主拖板和辅助拖板，辅助拖板与带动其沿z向滑动的z向驱动机构相连；在主轴箱下部的床身上设置有定位靠山，在主拖板设置上设置有与定位靠山在z向相对的移动靠山；主拖板和辅助拖板之间设置有带动主拖板相对于辅助拖板沿z向滑动以使得移动靠山与定位靠山接触或分离的定扭矩驱动机构；刀架设置在x向进给拖板上，x向进给拖板滑动设置在主拖板上；在主轴上设置有用于装夹被加工件的夹具，夹具具有设置被加工件的装夹面。

本技术的有益效果：使用时，通过z向驱动机构驱动主拖板和辅助拖板移动，使得移动靠山靠近定位靠山。然后z向驱动机构停止，辅助拖板不再移动。接着通过定扭矩驱动机构动作，使得主拖板相对于辅助拖板移动，直到移动靠山与定位靠山接触。之所以使用定扭矩驱动机构，是为了保证移动靠山与定位靠山接触时压力是一个定值，保证了移动靠山移动的准确度。这样，主拖板相对于定位靠山的距离是准确的，加上夹具的装夹面相对于定位靠山的距离是准确的，所以保证了主拖板（及其上的刀具）相对于夹具的装夹面距离是准确的，因此以本机床加工出的零件的厚度误差极小，一般厚度公差在3-4um。另外，本机床还可以对零件进行初加工，初加工时z向驱动机构带动辅助拖板和主拖板移动，移动靠山与定位靠山无需接触，因此，本机床可以初加工，也可以对厚度要求十分准确的零件进行精加工。本技术使用传统的柔性控制系统（数控系统）与刚性的靠山相结合的方式，解决了传统的机床加工的零件厚度公差较大的问题。