一种用于陶瓷辊加工的数控车床及其控制系统的制作方法

本发明属于陶瓷辊技术领域，具体涉及一种用于陶瓷辊加工的数控车床及其控制系统。

背景技术：

数控车床作为制造业的最基本需求，其生产效率和精度保持性直接影响到产品的质量和厂家的经济效益。在各个领域新产品的开发过程中，需要数控车床作为不可或缺的辅助工具。所以，经济的迅速发展越来越需要高可靠性的机床作为保证，也是我们国家能够使工业化水平更上一层的关键。若想让制造业得到蓬勃发展，首先要在数控车床工业上下功夫，提升数控车床的可靠性能势在必行。

目前，国内陶瓷辊的制造装备落后，尤其是数控车床。由于陶瓷辊硬度大，脆性高，不易加工，现有数控车床对陶瓷辊的加工效率低、合格率低等问题尤为突出。

因此，针对陶瓷辊磨削加工难、效率低等问题，需要设计出一种提高陶瓷辊加工效率及其精度的数控车床及其控制系统。着重分析数控车床在陶瓷辊生产过程中产生的各类故障，分析故障发生的原因及其影响，通过构建相应的数学模型明确车床故障的产生机理，从故

障分析的过程中找出制约数控车床加工效率及其精度的缺陷及其原因，提出相应的控制措施以及控制体系来消除缺陷，保证用于陶瓷辊加工的数控车床的可靠性逐步提升，进而整体提升陶瓷辊数控车床生产过程中行业的技术水平和生产效率，对缩小与国外同类产品的差距有着重要的现实意义。

中国专利申请号为cn201510373512.7公开了一种外加式数控车床自动控制系统，包括机柜、主轴箱、主轴、机械臂、机械爪、数控系统、机械爪控制系统、指令解析器、指令缓存器、编码支持库、编码系统，不是专门针对陶瓷辊数控车床进行设计的，并且对数控车床加工的精度、效率提升有限。

技术实现要素：

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种用于陶瓷辊加工的数控车床及其控制系统，结构简单，稳定性好，成本低，控制系统简单，提高了陶瓷辊加工效率及其精度，减少了陶瓷辊生产过程中产生的各类故障，应用前景广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于陶瓷辊加工的数控车床，其特征在于，包括车床、主轴单元、主轴箱、刀塔箱、刀塔箱尾座座体、尾座滑板、压板；所述主轴箱固定安装在所述车床上的左端，所述主轴单元安装在所述主轴箱上；所述刀塔箱设置在所述车床上的右端并且刀塔箱安装在所述刀塔箱尾座座体上；所述刀塔箱尾座座体通过尾座滑板的滑道与所述车床上的导轨配合滑动，并且通过两压板将所述刀塔箱固定在车床不同位置。

进一步的，上述的用于陶瓷辊加工的数控车床，所述主轴单元包括主轴、轴承、连接盘、卡盘、电机转子；所述主轴的一端通过旋紧螺母与所述连接盘连接，所述主轴的另一端与所述卡盘连接；所述电机转子套接在所述主轴中部；所述主轴上还套接有轴承。

进一步的，上述的用于陶瓷辊加工的数控车床，所述轴承依次包括单列圆柱滚子轴承、角接触球轴承、双列滚子轴承；所述单列圆柱滚子轴承设置在电机转子一侧，所述角接触球轴承、双列滚子轴承设置在电机转子另一侧并且所述角接触球轴承、双列滚子轴承配对组合。

本发明所述的主轴单元，主轴采用单列圆柱滚子轴承、高精密双列滚子轴承和角接触球轴承配对组合的结构形式，采用电机转子构成的电主轴驱动，将电机与数控车床的主轴集成为一体，不但转速高、功率大、调速范围广，而且运转平稳，振动噪声小，还便于控制，能精准的设置转速和启停控制。

进一步的，上述的用于陶瓷辊加工的数控车床，所述主轴箱腔体表面设置若干条横向和纵向筋板。

主轴箱在腔体表面设置多条横向和纵向筋板，可以增加散热面积。刀塔箱与刀塔箱尾座座体间形成空腔，刀塔箱一端设置进风口，两侧为盖板，通过鼓风机强制风冷，控制冷却空气从腔体下方吹向上方，对腔体下部和上部都能起到冷却作用。车床为了考虑预留其他部件的安装位置，开设有减重孔和出砂孔。

本发明还涉及所述用于陶瓷辊加工的数控车床的控制系统，所述控制系统，包括控制面板、工控机、i/o模块；所述控制面板、工控机、i/o模块依次连接；所述控制面板与工控机之间通过usb和dvi接口进行数据交互；所述工控机和i/o模块通过ethercat协议进行通信。

本发明所述的数控车床的控制系统，工控机和i/o模块是通过ethercat协议进行通信，工控机是ethercat主站，i/o模块是ethercat从站，通讯在从站中完成，经过从站处理的数据被写入ethercat子报文中，子报文携带的数据经过主站dma芯片即可被主站使用。控制面板作为人机交互的工具，与工控机之间通过usb和dvi接口进行数据交互。

进一步的，上述的用于陶瓷辊加工的数控车床的控制系统，所所述i/o模块包括x轴驱动器模块、y轴驱动器模块；所述x轴驱动器模块、x轴驱动器、x轴步进电机依次连接；所述y轴驱动器模块、y轴驱动器、y轴步进电机依次连接。

机床控制的核心是控制电机运动。工控机将位移增量转换为脉冲数，并由x轴驱动器模块、y轴驱动器模块作为脉冲串输出模块，分别给x、y轴步进电机发送脉冲指令，驱动x、y轴步进电机运行一个脉冲当量的距离。

进一步的，上述的用于陶瓷辊加工的数控车床的控制系统，所述i/o模块还包括继电器模块；所述继电器模块、继电器依次连接。

进一步的，上述的用于陶瓷辊加工的数控车床的控制系统，所述i/o模块还包括车床传感器模块、加速度传感器模块、电流传感器模块；所述车床传感器模块、车床传感器依次连接；所述加速度传感器模块、加速度传感器依次连接；所述电流传感器模块、电流传感器依次连接。

进一步的，上述的用于陶瓷辊加工的数控车床的控制系统，所述工控机为beckhoff公司的工控机c6650。

本发明所述的工控机，选择beckhoff公司的工控机c6650，能同时运行多个任务，beckhoff的多任务实时控制核能同时建立4个plc，每个plc能建立4个任务，并且控制速度快，能实现多轴联合控制，并且开放性好，用户可以使用其通信技术将beckhoff的产品和第三方通信，例如c++、matlab／simulink、c群等。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：结构简单，稳定性好，成本低，控制系统简单，提高了陶瓷辊加工效率及其精度，减少了陶瓷辊生产过程中产生的各类故障，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明所述一种用于陶瓷辊加工的数控车床的整体结构图；

图2为本发明所述一种用于陶瓷辊加工的数控车床的主轴单元结构图；

图3为本发明所述一种用于陶瓷辊加工的数控车床的控制系统构架图；

图中：车床1、导轨11、主轴单元2、主轴21、轴承22、单列圆柱滚子轴承221、角接触球轴承222、双列滚子轴承223、连接盘23、卡盘24、电机转子25、主轴箱3、刀塔箱4、刀塔箱尾座座体5、尾座滑板6、压板7。

具体实施方式

下面将结合具体实验数据和附图1~3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，以下实施例提供了一种用于陶瓷辊加工的数控车床，包括车床1、主轴单元2、主轴箱3、刀塔箱4、刀塔箱尾座座体5、尾座滑板6、压板7；所述主轴箱3固定安装在所述车床1上的左端，所述主轴单元2安装在所述主轴箱3上；所述刀塔箱4设置在所述车床1上的右端并且刀塔箱4安装在所述刀塔箱尾座座体5上；所述刀塔箱尾座座体5通过尾座滑板6的滑道与所述车床1上的导轨11配合滑动，并且通过两压板7将所述刀塔箱4固定在车床1不同位置。

进一步的，如图2所示，所述主轴单元2包括主轴21、轴承22、连接盘23、卡盘24、电机转子25；所述主轴21的一端通过旋紧螺母231与所述连接盘23连接，所述主轴21的另一端与所述卡盘24连接；所述电机转子25套接在所述主轴21中部；所述主轴21上还套接有轴承22。

进一步的，所述轴承22依次包括单列圆柱滚子轴承221、角接触球轴承222、双列滚子轴承223；所述单列圆柱滚子轴承221设置在电机转子25一侧，所述角接触球轴承222、双列滚子轴承223设置在电机转子25另一侧并且所述角接触球轴承222、双列滚子轴承223配对组合。

并且，所述主轴箱3腔体表面设置若干条横向和纵向筋板。

此外，如图3所示，本发明还提供了所述用于陶瓷辊加工的数控车床的控制系统，所述控制系统，包括控制面板、工控机、i/o模块；所述控制面板、工控机、i/o模块依次连接；所述控制面板与工控机之间通过usb和dvi接口进行数据交互；所述工控机和i/o模块通过ethercat协议进行通信。

进一步的，所述i/o模块包括x轴驱动器模块、y轴驱动器模块；所述x轴驱动器模块、x轴驱动器、x轴步进电机依次连接；所述y轴驱动器模块、y轴驱动器、y轴步进电机依次连接。

进一步的，所述i/o模块还包括继电器模块；所述继电器模块、继电器依次连接。

进一步的，所述i/o模块还包括车床传感器模块、加速度传感器模块、电流传感器模块；所述车床传感器模块、车床传感器依次连接；所述加速度传感器模块、加速度传感器依次连接；所述电流传感器模块、电流传感器依次连接。

进一步的，所述工控机为beckhoff公司的工控机c6650。

实施例

本发明所述的用于陶瓷辊加工的数控车床，结构简单，主轴单元2是数控车床中最重要的部件之一，动力源输出的动力经主轴21传递至陶瓷辊工件，带动陶瓷辊工件旋转。主轴21如果静变形和振动，就会加剧陶瓷辊工件的端面跳动，直接影响加工精度。因此，主轴21采用单列圆柱滚子轴承221、高精密双列滚子轴承222和角接触球轴承223配对组合的结构形式，并且由电机转子25构成的电主轴驱动，将电机与数控车床的主轴21集成为一体，不但转速高、功率大、调速范围广，而且运转平稳，振动噪声小，还便于控制，能精准的设置转速和启停控制。

主轴箱3承载主轴21和陶瓷辊工件质量以及经主轴21传递过来的切削力，并且主轴箱结构应该有较好的散热性热刚度，以减小主轴箱和主轴的热变形，因此，在主轴箱3腔体表面设置若干条横向和纵向筋板。。

数控车床的刀具安装于刀塔箱4的刀塔上，一般设置有8-12个刀位，根据切削工艺和陶瓷辊工件材料特性选择不同刀具进行切削。刀具沿陶瓷辊工件的径向和轴向进给分别由车床1的导轨11和刀塔箱4带动完成，刀塔箱4安装在刀塔箱尾座座体5上，刀塔箱尾座座体5通过尾座滑板6的滑道与所述车床1上的导轨11配合滑动，并且通过两压板7将所述刀塔箱4固定在车床1不同位置。刀塔箱4一端设置进风口，两侧为盖板，通过鼓风机强制风冷，控制冷却空气从腔体下方吹向上方，对腔体下部和上部都能起到冷却作用。

最后，车床1承载了所有部件的重量，切削力和切削反作用力也会经由其他部件传递至车床1，车床1由地脚螺栓固定在地面上。并且，车床1为了考虑预留其他部件的安装位置，开设有减重孔和出砂孔。

本发明所述的数控车床的控制系统，工控机和i/o模块是通过ethercat协议进行通信，工控机是ethercat主站，i/o模块是ethercat从站，通讯在从站中完成，经过从站处理的数据被写入ethercat子报文中，子报文携带的数据经过主站dma芯片即可被主站使用。控制面板作为人机交互的工具，与工控机之间通过usb和dvi接口进行数据交互。i/o模块包括x轴驱动器模块、y轴驱动器模块、继电器模块、车床传感器模块、加速度传感器模块、电流传感器模块。

本发明所述的工控机，选择beckhoff公司的工控机c6650，能同时运行多个任务，beckhoff的多任务实时控制核能同时建立4个plc，每个plc能建立4个任务，并且控制速度快，能实现多轴联合控制，并且开放性好，用户可以使用其通信技术将beckhoff的产品和第三方通信，例如c++、matlab／simulink、c群等。

本发明具体控制系统途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。