一种分散承压式数控伺服驱动装置的制作方法

1.本发明涉及机床加工技术领域，具体为一种分散承压式数控伺服驱动装置。


背景技术：

2.现有的机床教学均为直接在工用机床上进行教学，但是新手学员由于不熟练等原因，加工程序中经常存在错误，导致工件不符合要求，甚至切刀受力过大断裂，不仅损害较大，还容易伤到人员；同时现有的机床缺少切削状态的具体体现，不利于学员观察加工程序的不足之处，且老师教学时存在难以理解的问题。因此，设计避免断刀和方便教学的一种分散承压式数控伺服驱动装置是很有必要的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种分散承压式数控伺服驱动装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种分散承压式数控伺服驱动装置，包括教学机床和教学系统，所述教学机床内部左端设置有工件夹具，所述工件夹具中间夹持有工件，所述教学机床内部右侧设置有移动刀架，所述移动刀架底部设置有进刀装置，所述移动刀架上端设置有刀架台，所述刀架台设置有若干切刀槽，所述切刀槽上侧设置有固定装置，所述切刀槽内设置有切刀；
5.所述固定装置包括若干支撑架，所述支撑架分别设置于切刀槽上侧，所述支撑架下侧设置有滑块槽，所述滑块槽内部设置有滑块，所述滑块下侧靠近切刀槽出口的一端固定安装有切刀夹，所述切刀夹内部两侧和切刀两侧分别设置有卡块和卡槽，所述卡块嵌合在卡槽内，所述滑块另一端设置有若干伸缩杆，所述伸缩杆下端固定连接有压块，所述压块内设置有压力传感器，所述滑块上侧轴承连接有螺纹杆，所述螺纹杆与支撑架螺纹连接，所述螺纹杆顶部贯穿支撑架连接有把手。
6.根据上述技术方案，所述切刀槽底部设置有支撑块槽，所述支撑块槽内部均匀设置有若干支撑块，所述支撑块底部均设置有支撑杆，所述支撑杆为伸缩结构，靠近切刀槽出口的四个所述支撑块上端均为球形，且编号依次为a、b、c、d，其余所述支撑块上端均为平面，a、b、c的间隔距离为0.1l，l为切刀槽长度，且a位于切刀槽前端，a与d的间隔距离为0.5l。
7.根据上述技术方案，所述教学系统包括输入模块、加工模块、模拟模块、计算模块、驱动模块和警报模块，所述输入模块包括输入面板，所述输入面板设置于教学机床外侧表面，用于让学员输入加工程序，所述加工模块分别与输入模块、工件夹具和进刀装置电连接，用于接收加工程序，并驱动工件夹具和进刀装置进行加工，所述模拟模块分别与加工程序、加工模块、工件夹具和进刀装置电连接，用于模拟出加工状况，实时检测加工状况，所述计算模块包括扫描装置，所述扫描装置设置于教学机床内侧顶部。
8.根据上述技术方案，所述计算模块与压力传感器、模拟模块电连接，用于根据加工
状况，判断切刀受力状态，所述驱动模块分别与计算模块、伸缩杆、支撑杆电连接，计算模块根据计算结果，配合驱动模块，进行切刀受力调节或者报警停止工作。
9.根据上述技术方案，所述教学系统包括以下运行步骤：
10.s1、学员将工件夹持到工件夹具上，此时根据工件夹具夹持状态可以得到工件半径，同时利用扫描装置，得到工件长度，使得模拟模块可以模拟出工件初始形状，同时支撑杆全部伸长；
11.s2、学员将切刀放入切刀槽，通过旋转把手将切刀固定，实时记录此时的压力传感器受力；
12.s3、学员开始进行对刀，若切刀未对齐，则放松旋转把手，通过输入面板调整支撑杆长度，从而调整切刀高度，期间根据压力传感器的受力变化，判断材料性质，切刀对齐后进入s4；
13.s4、学员通过输入面板输入加工程序和切刀信息，开始运行加工；
14.s5、模拟模块模拟出工件加工状况，并模拟加工状况调整每次切削时切刀的支撑方式，并在加工时进行报警判断，直至加工完成。
15.根据上述技术方案，所述s2和s3中，安装和调整切刀时，可以通过压力传感器感应出对切刀的加持力f
夹
，若在进刀装置运作时，即移动刀架发生移动时，若f
夹
过小，则判断为切刀夹持过松，警报模块进行二级报警。
16.根据上述技术方案，所述s3中，在试切时实时检测压力传感器数值f
总
，可以得出切刀试切时的受力f
切
＝f
总-f
夹
，配合此时工件夹具的旋转角速度ω、切刀的进给速度v、切削厚度x和切刀距离工件夹具旋转轴的距离r，实时计算出保护系数试切结束后取其平均值记录为∈。
17.根据上述技术方案，所述s5中，当v≥100mm/min时，保护强度的计算公式为式中f
max
为压力传感器的最大受力变化值，为事先设定，ω
max
、r、v和x分别为加工程序中的工件夹具最高转速、工件半径、切刀的最高进给速度和最大切削厚度；
18.当95％≤n时，警报模块进行三级报警，提示学员更换切刀；
19.当70％≤n《95％时，a、b、c、d保持伸出；
20.当60％≤n《70％时，缩回a；
21.当n《60％时，缩回a和b；
22.当v《100mm/min时，缩回a、b和c；
23.首先，通过进给速度判断加工流程，粗加工时，根据保护系数调节支撑方式，使切削力相对较小的切刀在切削时，会更容易对压块产生作用力，由于较细的切刀切削时的力会相对较小，强度也会较低，通过调节会有更高的判断标准，同时磨损较小的切刀切削时的力也会相对较小，但是也更容易磨损，调节后压块的受力变化会更加明显，方便加工完后的教学，精加工时进一步增加判断标准，保证精加工判断准确性。
24.根据上述技术方案，所述s5中，计算模块实时记录压力传感器变化数值f，并建立其与时间的变化图；
25.同时在切削工程中，若v≥100mm/min，当0.8f
max
≤f《0.85f
max
进行一级报警；
26.当0.85f
max
≤f《0.9f
max
进行二级报警；
27.当0.9f
max
≤f，进行三级报警，并缩回伸缩杆，加工停止；
28.若v《100mm/min，当0.05f
max
≤f进行二级报警；
29.通过记录压力传感器数值与时间的变化图，可以在加工完成后，老师对学员判断学员加工程序的加工稳定性，进行针对性教学，在粗加工过程中，压力传感器变化数值f较大时，进行一级报警，提醒学员该加工速度下容易造成切刀磨损，压力传感器变化数值f过大时，进行二级报警，提醒学员加工速度设置过大，工件和切刀易损坏，压力传感器变化数值f过于危险时，通过缩回伸缩杆，切刀会失去支撑，在切削力的作用下在切刀槽内发生旋转，迅速远离加工区域并停工，避免切刀断裂，精加工过程中，压力传感器变化数值f略大，便说明精加工精度不足，无法满足精度要求。
30.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，
31.(1)通过把手旋转螺纹杆下降，带动压块按压住切刀末端，同时让切刀夹上的卡块进入切刀两侧的卡槽内，方便后续模拟的同时，在后续切刀保护过程中，可以避免切刀飞出，保护学员安全；
32.(2)通过调节支撑块的高度，可以调节切刀固定的高度，方便定位，在加工时，切刀会形成杠杆结构，对压块内的压力传感器产生作用力，使切削力反应为压力传感器感应到的力，通过缩回a、b、c，可以放大切削力对压力传感器的影响，以便调整切刀的保护方式。
附图说明
33.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
34.图1是本发明的整体结构示意图；
35.图2是本发明的切刀槽结构示意图；
36.图3是本发明的教学系统示意图；
37.图4是本发明的切刀夹持方式示意图；
38.图中：1、教学机床；2、工件夹具；3、工件；4、移动刀架；5、刀架台；6、切刀槽；61、支撑块；62、支撑杆；7、固定装置；71、支撑架；72、滑块槽；73、滑块；74、切刀夹；75、伸缩杆；76、压块；77、螺纹杆；8、切刀。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.请参阅图1-4，本发明提供技术方案：一种分散承压式数控伺服驱动装置，包括教学机床1和教学系统，教学机床1内部左端设置有工件夹具2，工件夹具2中间夹持有工件3，教学机床1内部右侧设置有移动刀架4，移动刀架4底部设置有进刀装置，移动刀架4上端设置有刀架台5，刀架台5设置有若干切刀槽6，切刀槽6上侧设置有固定装置7，切刀槽6内设置
有切刀8；
41.固定装置7包括若干支撑架71，支撑架71分别设置于切刀槽6上侧，支撑架71下侧设置有滑块槽72，滑块槽72内部设置有滑块73，滑块73下侧靠近切刀槽6出口的一端固定安装有切刀夹74，切刀夹74内部两侧和切刀8两侧分别设置有卡块和卡槽，卡块嵌合在卡槽内，滑块73另一端设置有若干伸缩杆75，伸缩杆75下端固定连接有压块76，压块76内设置有压力传感器，滑块73上侧轴承连接有螺纹杆77，螺纹杆77与支撑架71螺纹连接，螺纹杆77顶部贯穿支撑架71连接有把手，通过把手旋转螺纹杆77下降，带动压块76按压住切刀8末端，同时让切刀夹74上的卡块进入切刀8两侧的卡槽内，方便后续模拟的同时，在后续切刀保护过程中，可以避免切刀飞出，保护学员安全；
42.切刀槽6底部设置有支撑块槽，支撑块槽内部均匀设置有若干支撑块61，支撑块61底部均设置有支撑杆62，支撑杆62为伸缩结构，靠近切刀槽6出口的四个支撑块61上端均为球形，且编号依次为a、b、c、d，其余支撑块61上端均为平面，a、b、c的间隔距离为0.1l，l为切刀槽6长度，且a位于切刀槽6前端，a与d的间隔距离为0.5l，通过调节支撑块61的高度，可以调节切刀8固定的高度，方便定位，在加工时，切刀8会形成杠杆结构，对压块76内的压力传感器产生作用力，使切削力反应为压力传感器感应到的力，通过缩回a、b、c，可以放大切削力对压力传感器的影响，以便调整切刀8的保护方式；
43.教学系统包括输入模块、加工模块、模拟模块、计算模块、驱动模块和警报模块，输入模块包括输入面板，输入面板设置于教学机床1外侧表面，用于让学员输入加工程序，加工模块分别与输入模块、工件夹具2和进刀装置电连接，用于接收加工程序，并驱动工件夹具2和进刀装置进行加工，模拟模块分别与加工程序、加工模块、工件夹具2和进刀装置电连接，用于模拟出加工状况，实时检测加工状况，计算模块包括扫描装置，扫描装置设置于教学机床1内侧顶部；
44.计算模块与压力传感器、模拟模块电连接，用于根据加工状况，判断切刀受力状态，驱动模块分别与计算模块、伸缩杆75、支撑杆62电连接，计算模块根据计算结果，配合驱动模块，进行切刀8受力调节或者报警停止工作；
45.教学系统包括以下运行步骤：
46.s1、学员将工件3夹持到工件夹具2上，此时根据工件夹具2夹持状态可以得到工件半径，同时利用扫描装置，得到工件长度，使得模拟模块可以模拟出工件初始形状，同时支撑杆62全部伸长；
47.s2、学员将切刀8放入切刀槽6，通过旋转把手将切刀8固定，实时记录此时的压力传感器受力；
48.s3、学员开始进行对刀，若切刀8未对齐，则放松旋转把手，通过输入面板调整支撑杆62长度，从而调整切刀8高度，期间根据压力传感器的受力变化，判断材料性质，切刀8对齐后进入s4；
49.s4、学员通过输入面板输入加工程序和切刀8信息，开始运行加工；
50.s5、模拟模块模拟出工件3加工状况，并模拟加工状况调整每次切削时切刀8的支撑方式，并在加工时进行报警判断，直至加工完成；
51.s2和s3中，安装和调整切刀8时，可以通过压力传感器感应出对切刀8的加持力f
夹
，若在进刀装置运作时，即移动刀架4发生移动时，若f
夹
过小，则判断为切刀8夹持过松，警报
模块进行二级报警；
52.s3中，在试切时实时检测压力传感器数值f
总
，可以得出切刀8试切时的受力f
切
＝f
总-f
夹
，配合此时工件夹具2的旋转角速度ω、切刀8的进给速度v、切削厚度x和切刀8距离工件夹具2旋转轴的距离r，实时计算出保护系数试切结束后取其平均值记录为∈；
53.s5中，当v≥100mm/min时，保护强度的计算公式为s5中，当v≥100mm/min时，保护强度的计算公式为式中f
max
为压力传感器的最大受力变化值，为事先设定，ω
max
、r、v和x分别为加工程序中的工件夹具2最高转速、工件3半径、切刀8的最高进给速度和最大切削厚度；
54.当95％≤n时，警报模块进行三级报警，提示学员更换切刀8；
55.当70％≤n《95％时，a、b、c、d保持伸出；
56.当60％≤n《70％时，缩回a；
57.当n《60％时，缩回a和b；
58.当v《100mm/min时，缩回a、b和c；
59.首先，通过进给速度判断加工流程，粗加工时，根据保护系数调节支撑方式，使切削力相对较小的切刀8在切削时，会更容易对压块76产生作用力，由于较细的切刀8切削时的力会相对较小，强度也会较低，通过调节会有更高的判断标准，同时磨损较小的切刀8切削时的力也会相对较小，但是也更容易磨损，调节后压块76的受力变化会更加明显，方便加工完后的教学，精加工时进一步增加判断标准，保证精加工判断准确性；
60.s5中，计算模块实时记录压力传感器变化数值f，并建立其与时间的变化图；
61.同时在切削工程中，若v≥100mm/min，当0.8f
max
≤f《0.85f
max
进行一级报警；
62.当0.85f
max
≤f《0.9f
max
进行二级报警；
63.当0.9f
max
≤f，进行三级报警，并缩回伸缩杆75，加工停止；
64.若v《100mm/min，当0.05f
max
≤f进行二级报警；
65.通过记录压力传感器数值与时间的变化图，可以在加工完成后，老师对学员判断学员加工程序的加工稳定性，进行针对性教学，在粗加工过程中，压力传感器变化数值f较大时，进行一级报警，提醒学员该加工速度下容易造成切刀8磨损，压力传感器变化数值f过大时，进行二级报警，提醒学员加工速度设置过大，工件3和切刀8易损坏，压力传感器变化数值f过于危险时，通过缩回伸缩杆75，切刀8会失去支撑，在切削力的作用下在切刀槽6内发生旋转，迅速远离加工区域并停工，避免切刀8断裂，精加工过程中，压力传感器变化数值f略大，便说明精加工精度不足，无法满足精度要求。
66.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
67.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种分散承压式数控伺服驱动装置，包括教学机床(1)和教学系统，其特征在于：所述教学机床(1)内部左端设置有工件夹具(2)，所述工件夹具(2)中间夹持有工件(3)，所述教学机床(1)内部右侧设置有移动刀架(4)，所述移动刀架(4)底部设置有进刀装置，所述移动刀架(4)上端设置有刀架台(5)，所述刀架台(5)设置有若干切刀槽(6)，所述切刀槽(6)上侧设置有固定装置(7)，所述切刀槽(6)内设置有切刀(8)；所述固定装置(7)包括若干支撑架(71)，所述支撑架(71)分别设置于切刀槽(6)上侧，所述支撑架(71)下侧设置有滑块槽(72)，所述滑块槽(72)内部设置有滑块(73)，所述滑块(73)下侧靠近切刀槽(6)出口的一端固定安装有切刀夹(74)，所述切刀夹(74)内部两侧和切刀(8)两侧分别设置有卡块和卡槽，所述卡块嵌合在卡槽内，所述滑块(73)另一端设置有若干伸缩杆(75)，所述伸缩杆(75)下端固定连接有压块(76)，所述压块(76)内设置有压力传感器，所述滑块(73)上侧轴承连接有螺纹杆(77)，所述螺纹杆(77)与支撑架(71)螺纹连接，所述螺纹杆(77)顶部贯穿支撑架(71)连接有把手。2.根据权利要求1所述的一种分散承压式数控伺服驱动装置，其特征在于：所述切刀槽(6)底部设置有支撑块槽，所述支撑块槽内部均匀设置有若干支撑块(61)，所述支撑块(61)底部均设置有支撑杆(62)，所述支撑杆(62)为伸缩结构，靠近切刀槽(6)出口的四个所述支撑块(61)上端均为球形，且编号依次为a、b、c、d，其余所述支撑块(61)上端均为平面，a、b、c的间隔距离为0.1l，l为切刀槽(6)长度，且a位于切刀槽(6)前端，a与d的间隔距离为0.5l。3.根据权利要求2所述的一种分散承压式数控伺服驱动装置，其特征在于：所述教学系统包括输入模块、加工模块、模拟模块、计算模块、驱动模块和警报模块，所述输入模块包括输入面板，所述输入面板设置于教学机床(1)外侧表面，用于让学员输入加工程序，所述加工模块分别与输入模块、工件夹具(2)和进刀装置电连接，用于接收加工程序，并驱动工件夹具(2)和进刀装置进行加工，所述模拟模块分别与加工程序、加工模块、工件夹具(2)和进刀装置电连接，用于模拟出加工状况，实时检测加工状况，所述计算模块包括扫描装置，所述扫描装置设置于教学机床(1)内侧顶部。4.根据权利要求3所述的一种分散承压式数控伺服驱动装置，其特征在于：所述计算模块与压力传感器、模拟模块电连接，用于根据加工状况，判断切刀受力状态，所述驱动模块分别与计算模块、伸缩杆(75)、支撑杆(62)电连接，计算模块根据计算结果，配合驱动模块，进行切刀(8)受力调节或者报警停止工作。5.根据权利要求4所述的一种分散承压式数控伺服驱动装置，其特征在于：所述教学系统包括以下运行步骤：s1、学员将工件(3)夹持到工件夹具(2)上，此时根据工件夹具(2)夹持状态可以得到工件半径，同时利用扫描装置，得到工件长度，使得模拟模块可以模拟出工件初始形状，同时支撑杆(62)全部伸长；s2、学员将切刀(8)放入切刀槽(6)，通过旋转把手将切刀(8)固定，实时记录此时的压力传感器受力；s3、学员开始进行对刀，若切刀(8)未对齐，则放松旋转把手，通过输入面板调整支撑杆(62)长度，从而调整切刀(8)高度，期间根据压力传感器的受力变化，判断材料性质，切刀(8)对齐后进入s4；s4、学员通过输入面板输入加工程序和切刀(8)信息，开始运行加工；
s5、模拟模块模拟出工件(3)加工状况，并模拟加工状况调整每次切削时切刀(8)的支撑方式，并在加工时进行报警判断，直至加工完成。6.根据权利要求5所述的一种分散承压式数控伺服驱动装置，其特征在于：所述s2和s3中，安装和调整切刀(8)时，可以通过压力传感器感应出对切刀(8)的加持力f
夹
，若在进刀装置运作时，即移动刀架(4)发生移动时，若f
夹
过小，则判断为切刀(8)夹持过松，警报模块进行二级报警。7.根据权利要求6所述的一种分散承压式数控伺服驱动装置，其特征在于：所述s3中，在试切时实时检测压力传感器数值f
总
，可以得出切刀(8)试切时的受力f
切
＝f
总-f
夹
，配合此时工件夹具(2)的旋转角速度ω、切刀(8)的进给速度v、切削厚度x和切刀(8)距离工件夹具(2)旋转轴的距离r，实时计算出保护系数试切结束后取其平均值记录为∈。8.根据权利要求7所述的一种分散承压式数控伺服驱动装置，其特征在于：所述s5中，当v≥100mm/min时，保护强度的计算公式为当v≥100mm/min时，保护强度的计算公式为式中f
max
为压力传感器的最大受力变化值，为事先设定，ω
max
、r、v和x分别为加工程序中的工件夹具(2)最高转速、工件(3)半径、切刀(8)的最高进给速度和最大切削厚度；当95％≤n时，警报模块进行三级报警，提示学员更换切刀(8)；当70％≤n＜95％时，a、b、c、d保持伸出；当60％≤n＜70％时，缩回a；当n＜60％时，缩回a和b；当v＜100mm/min时，缩回a、b和c；首先，通过进给速度判断加工流程，粗加工时，根据保护系数调节支撑方式，使切削力相对较小的切刀(8)在切削时，会更容易对压块(76)产生作用力，由于较细的切刀(8)切削时的力会相对较小，强度也会较低，通过调节会有更高的判断标准，同时磨损较小的切刀(8)切削时的力也会相对较小，但是也更容易磨损，调节后压块(76)的受力变化会更加明显，方便加工完后的教学，精加工时进一步增加判断标准，保证精加工判断准确性。9.根据权利要求8所述的一种分散承压式数控伺服驱动装置，其特征在于：所述s5中，计算模块实时记录压力传感器变化数值f，并建立其与时间的变化图；同时在切削工程中，若v≥100mm/min，当0.8f
max
≤f＜0.85f
max
进行一级报警；当0.85f
max
≤f＜0.9f
max
进行二级报警；当0.9f
max
≤f，进行三级报警，并缩回伸缩杆(75)，加工停止；若v＜100mm/min，当0.05f
max
≤f进行二级报警；通过记录压力传感器数值与时间的变化图，可以在加工完成后，老师对学员判断学员加工程序的加工稳定性，进行针对性教学，在粗加工过程中，压力传感器变化数值f较大时，进行一级报警，提醒学员该加工速度下容易造成切刀(8)磨损，压力传感器变化数值f过大时，进行二级报警，提醒学员加工速度设置过大，工件(3)和切刀(8)易损坏，压力传感器变化数值f过于危险时，通过缩回伸缩杆(75)，切刀(8)会失去支撑，在切削力的作用下在切刀槽(6)内发生旋转，迅速远离加工区域并停工，避免切刀(8)断裂，精加工过程中，压力传感器变化数值f略大，便说明精加工精度不足，无法满足精度要求。

技术总结
本发明公开了一种分散承压式数控伺服驱动装置，包括教学机床和教学系统，所述教学机床内部左端设置有工件夹具，所述工件夹具中间夹持有工件，所述教学机床内部右侧设置有移动刀架，所述移动刀架底部设置有进刀装置，所述移动刀架上端设置有刀架台，所述刀架台设置有若干切刀槽，所述切刀槽上侧设置有固定装置，所述切刀槽内设置有切刀，所述固定装置包括若干支撑架，所述支撑架分别设置于切刀槽上侧，所述支撑架下侧设置有滑块槽，所述滑块槽内部设置有滑块，所述滑块下侧靠近切刀槽出口的一端固定安装有切刀夹，所述切刀夹内部两侧和切刀两侧分别设置有卡块和卡槽，本发明，具有避免断刀和方便教学的特点。免断刀和方便教学的特点。免断刀和方便教学的特点。


技术研发人员：刘爱平
受保护的技术使用者：刘爱平
技术研发日：2021.12.15
技术公布日：2022/3/8