一种基于动态移动平均的车削螺纹加工方法与流程

本发明涉及到数控机床控制领域，具体地说是针对数控车床的一种车削螺纹加工方法。

背景技术：

当今数控车床是数量极其庞大、使用极为广泛的数控机床。螺纹加工是车床典型的加工方式之一，经济型、普及型车床最为普遍，机床生产厂家为了控制成本，通常在主轴位置传感反馈装置的选型上会选择分辨率相对较低的旋转编码器，对于实现转进给、主轴定位、恒线速切削等方式上都能够满足加工要求。而对于车削螺纹方面，通常使用的数控控制方法只能满足精度要求不高的螺纹加工，尤其在工件轴(主轴)低转速情况下精度更为下降，由于机床机械特性以及工件工艺要求，致使在螺纹加工过程中主轴转速不能设置过高；主轴位置传感反馈装置若选择高分辨率旋转编码器，又会带来机床成本的增加，对于价格相对低廉的数控车床来说，机床厂商通常不会采购高分辨率编码器用于经济型及普及型数控车床上。

随着现代制造业的迅速发展，机床结构也在不断发生变化，比如出现了各类攻牙机、螺纹机等。但毕竟是单一功能螺纹加工机，使用数控车床车削螺纹仍然是被广为使用的手段。数控车床传统车削螺纹方法，由于主轴分辨率低，在工件轴转动过程中，每一个规划插补周期螺纹车刀随着主轴转动位置进给，进给轴跟随进给量是不均匀的，对螺纹加工精度造成一定影响。

技术实现要素：

针对现有车削螺纹方法存在的不足，本发明的目的是提供一种基于动态移动平均的车削螺纹加工方法。基于此方法，本发明可提高数控车床车削螺纹加工精度，保证进给轴跟随速度平稳，螺纹螺距均匀。

本发明适用于具备车削螺纹加工的经济型、普及型及大部分数控车床控制系统，适用于单头螺纹、多头螺纹加工，适用于直螺纹、斜螺纹、端面螺纹加 工。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于动态移动平均的车削螺纹加工方法，包括以下步骤：

步骤1：设定允许主轴转动转数反馈动态误差比例；

步骤2：根据螺纹加工指令，得出动态移动平均步数；

步骤3：通过动态移动平均步数，重新动态计算得出每个插补周期的主轴转动转数；

步骤4：根据每个插补周期动态计算所得主轴转动转数，以及螺纹螺距，得出进给轴跟随移动距离。

所述允许主轴转动转数反馈动态误差比例，是指每个插补周期主轴编码器反馈脉冲计数计算所得转数的允许误差比例值，通过数控系统参数设定。

所述动态移动平均步数n为根据主轴编码器每转脉冲数、插补周期、允许主轴转动转数反馈动态误差比例，以及螺纹加工指令中给定的主轴转速计算所得，计算公式如下：

其中P_r为主轴编码器每转脉冲数，S为螺纹加工过程中的主轴转速，Δt为插补周期，E_p为允许主轴转动转数反馈动态误差比例。

所述重新动态计算得出每个插补周期的主轴转动转数K_i，为根据主轴编码器周期反馈脉冲数，通过动态移动平均步数及插补周期计数，通过动态移动平均算法计算所得，计算公式如下：

当动态移动平均步数n为1时：

K_i＝k_i

当动态移动平均步数n为2时：

当动态移动平均步数n>2时：

其中_i为插补周期计数，从螺纹加工指令执行开始计数；k_i为每个插补周期根据主轴编码器反馈计算所得主轴转数，计算公式如下：

其中ΔSPⁱ为主轴编码器周期反馈脉冲数，P_r为主轴编码器每转脉冲数。

本发明具有以下优点：

1.适应性强。凡是支持车削螺纹加工的数控机床，都可以采用本发明的方法。

2.螺纹加工精度高。传统车削螺纹加工方法，通常只根据每个插补周期主轴转数计算进给轴的跟随位移，由于主轴编码器分辨率的限制，跟随位移抖动较大，而采用本发明方法，能够明显降低跟随位移抖动，进而提高加工精度。

3.计算复杂度低，易实现。通常数控车床控制系统并不采用性能高的处理核心，本发明方法不会额外增加控制系统资源，不必使用性能更高的控制系统，同时，方法不复杂，在车床数控系统中均可使用。

4.支持螺纹加工种类广。本发明可支持直螺纹、斜螺纹、端面螺纹加工，同样支持单头螺纹、多头螺纹加工，不受螺纹种类限制。

5.可降低数控车床成本。加工要求精度高的螺纹，通常需选用高档数控车 床，最主要的一个部件就是高分辨率主轴编码器；而采用本发明方法，使用普通的编码器同样能够加工出高精度螺纹，在不提高车床成本的情况下仍然达到加工进度，从这个角度看可降低成本。

本发明一种针对于主轴编码器分辨率低而又能满足进给轴每个规划插补周期的跟随进给量尽量均匀，且又能保证跟随位置正确的螺纹加工方法，提高车削螺纹精度。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为使用本发明方法前后的工件轴每周期转动转数对比图；

图3为使用本发明方法前后的进给轴跟随速度对比图；

图4为使用本发明方法前后的进给轴运动加速度对比图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

首先设定允许主轴转动转数反馈动态误差比例；根据螺纹加工指令给定的主轴转速，得出动态移动平均步数；寻找主轴编码器零点锁存位置；经过螺纹加工起点所要求的主轴起始位置，开始螺纹加工；

根据主轴编码器反馈计数计算当前插补周期的主轴转动转数；通过动态移动平均步数，重新动态计算得出当前插补周期的主轴转动转数；根据当前插补周期动态计算所得主轴转动转数，以及螺纹螺距，得出进给轴跟随移动位移；计算已加工螺纹长度，判断是否加工完成，未完成则等待下一插补周期继续，否则完成加工。

参见图1，描述了本发明动态移动平均方法的流程。

所述允许主轴转动转数反馈动态误差比例，是指每个插补周期主轴编码器反馈脉冲计数计算所得转数的允许误差比例值，通过数控系统参数设定。此参数越小，动态移动平均步数值越大，进给轴跟随速度变化越小。

所述动态移动平均步数n为根据主轴编码器每转脉冲数、插补周期、允许 主轴转动转数反馈动态误差，以及螺纹加工指令中给定的主轴转速S计算所得，此动态移动平均步数为本发明方法的重要依据，计算公式如下：

其中P_r为主轴编码器每转脉冲数，S为螺纹加工过程中的主轴转速，Δt为插补周期，E_p为允许主轴转动转数反馈动态误差比例。

根据此公式可以看出，主轴编码器每转脉冲数越小即分辨率越低、主轴转速越小、插补周期越短，动态移动平均步数值越大，通过设定合适的允许主轴转动转数反馈动态误差比例，得出动态移动平均步数，降低进给轴跟随速度变化。

所述主轴编码器零点锁存位置，是指主轴每转都有一个固定位置体现在主轴编码器上，通过寻找此位置锁存编码器计数，能够准确对主轴定位。

所述螺纹加工起点所要求的主轴起始位置，是指针对多头螺纹加工需要的主轴其实偏移角度。

所述当前插补周期的主轴转动转数，计算公式如下：

其中i为插补周期计数，从螺纹加工指令执行开始计数，P_r为主轴编码器每转脉冲数，ΔSP_i为主轴编码器周期反馈脉冲数，k_i为计算所得主轴转数。

所述重新动态计算得出每个插补周期的主轴转动转数K_i为根据主轴编码器周期反馈脉冲数，通过动态移动平均步数及插补周期计数，通过动态移动平均算法计算所得，，是本发明方法得以实现的关键，计算公式如下：

当动态移动平均步数n为1时，表示无须采用动态移动平均方法，已满足螺纹加工精度要求：

K_i＝k_i

当动态移动平均步数n为2时：

当动态移动平均步数n>2时：

其中i为插补周期计数，从螺纹加工指令执行开始计数；kⁱ为每个插补周期根据主轴编码器反馈计算所得主轴转数。

参见图2，描述了使用本发明方法前后的主轴(即工件轴)每周期转动转数对比情况，可看出主轴的实际转速波动明显减小，更接近实际情况。

根据公式可以看出，使用动态移动平均方法后主轴累计转数并未受到影响，即：

所述进给轴跟随移动位移，为当前插补周期进给轴所需进给量，计算公式如下：

ΔL_i＝K_i×Pitch

参见图3，描述了使用本发明方法前后的进给轴跟随速度对比情况，趋势与图2所示完全一致；参见图4，描述了使用本发明方法前后的进给轴运动加速度对比情况，可看出进给轴速度变化明显降低。

所述已加工螺纹长度，是指进给轴已移动位移，计算公式如下：

所述判断是否加工完成，是指已加工螺纹长度是否已达到螺纹加工指令所要求的螺纹长度，条件判定如下：

L_i＞L

其中L为螺纹加工指令所要求的螺纹长度。