[发明专利]一种全自动交换多向摇摆头自动分度控制方法及装置

说明书

本发明涉及数控机床领域，具体是涉及数控机床用的一种全自动交换多向摇摆头自动分度控制方法及装置，包括以下步骤：确定需要分度控制的单根旋转坐标轴，发送相应的旋转坐标轴的自动分度指令；根据自动分度指令，主轴进行定位，定位至该旋转坐标轴的松开位置；松开该旋转坐标轴；切换主轴的控制模式为位置控制方式，主轴旋转带动该旋转坐标轴至目标角度；检测该旋转坐标轴的位置，并进行该旋转坐标轴的角度校正；夹紧该旋转坐标轴，完成该旋转坐标轴的分度，本发明通过分开补正A轴的齿间隙与C轴齿间隙，来解决A轴、C轴的间隙差别，使齿间隙补偿值更精确。通过驱动C轴左右摇摆一次，直至C上下齿夹紧，从而来解决发热引起的齿间隙改变引发C轴顶齿问题。

技术领域

本发明涉及数控机床领域，具体是涉及一种全自动交换多向摇摆头自动分度控制方法及装置。

背景技术

在数控机床中，三个直线坐标轴一般称为X、Y、Z轴，以这三个轴为中心旋转的旋转轴称为A、B、C轴，C轴也就是围绕Z轴旋转的运动轴。C轴控制是指把C轴看作为伺服轴，称为主轴轮廓控制，它可以参与其他坐标的插补控制。如果采用主轴电机控制C轴就称为Cs轴，此种情况下车床系统中主轴的回转位置(转角)控制不是用进给伺服电动机而由日本法兰克(FANUC)公司的主轴电动机实现,主轴的位置(角度)由装于主轴(不是主轴电动机)上的高分辨率编码器检测，此时主轴是作为进给伺服轴工作，运动速度为：度/分，并可与其它进给轴一起插补，加工出轮廓曲线。采用进给电机控制C轴的称为Cf轴，此种情况下车床系统中主轴的回转位置(转角)控制和其它进给轴一样由进给伺服电动机实现。该轴与其它进给轴联动进行插补，加工任意曲线。

长期以来，在数控车床中要实现车铣复合加工必须使车床的主轴具备Cs轴功能，即主轴与其余两个或者三个以上的直线坐标轴可以进行三轴联动控制，而实现主轴角度相位控制的传统做法如下：以FANUC公司的机械传动机构为例，首先要求数控系统具备主轴电机可以伺服控制及联动功能，并且可以接收高频率的数字相位信号反馈功能。主轴伺服电机通过一条同步带与主轴带轮啮合连接传动，联动控制时系统发出数字信号给主轴驱动器，驱动器推动主轴电机转动，装在主轴上的高精度编码器旋转时发出TTL方波信号反馈到驱动器及系统，形成主轴的全闭环控制。这套系统在使用中虽然实现了动作机能，可是机床的配置价格昂贵，并且实际反映出来的状态是精度不高，主轴低速联动时动力疲软，由于同步带是挠性的，其传动刚性也很差，传动的精度随着切削力大小的改变而不停变化，导致这种结构分度精度达到5°已经是极限了，使得工件在被铣削过程中主轴震颤导致工件尺寸不稳定，达不到生产要求。

其他公司的机械传动机构与FANUC公司类似，不同之处在于首先松开A轴或者C轴，然后主轴转动带动A轴或者C轴完成角度运转，最后夹紧A轴或者C轴完成自动分度。以美国赛夺科(SETCO)公司的A58规格系列全自动多向摇摆头为例，主轴上带有角度编码器(此角度编码器主要用于主轴旋转带动A轴或者C轴时的角度控制)，A轴上会带有角度监测编码器，可以实时监测A轴角度，而C轴不带有角度监测编码器，不能实时监测C轴角度，但带有零度检测开关，能检测C轴是否在零度位置。

现有的技术将误差补偿在主轴转动(即Cs轴)的反向间隙上(例如FANUC系统的背系补偿#1851参数)，由于全自动万向头A轴与C轴的齿间隙存在差异，只能折中考虑。现有的控制方式为先将主轴定位到一个预设定的角度，此时A轴松开点或者C轴松开点，然后松开C轴或者A轴，转动主轴带动A轴或者C轴转动(此处为增量式旋转)，由于在加工过程中头内部机械结构也会受热变形，头部姿态和齿的间隙会发生变化，如果在加工完后立即执行分度，会发生角度转不准，然后夹紧A轴或者C轴，有时会发生顶齿现象(夹紧时角度相差超过误差范围，夹紧时上下齿就会发生顶齿)。现有的控制方法一是不能独立的补正A轴与C轴的角度间隙，二是无法避免因发热而引发的间隙变化，所以只能比不做间隙补偿方法降低顶齿概率。

发明内容

一、要解决的技术问题