CN85108062A - 加工工件时产生断屑的方法和所用的设备 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种在车削工件时借助于工件旋转过程中车刀进给速度的变化来产生断屑的方法。在已知的这类加工方法中，不能获得精确尺寸的断屑，且只能加工出直线性的工件轮廓。利用本发明，则可产生精确尺寸的断屑，在加工有非直线性轮廓的工件时也可做到这一点。这可通过下述方法实现，即：车刀沿着进给路线周期性振动，其振动振幅约相当于工件每旋转一次后的实际走刀距的一半，而振动波长则经调节结果使其本身或其整数倍(包括半波长)总是等于当时瞬间由选定的加工点随工件旋转所形成的工件周长。

Description

本发明给出了一种在车削工件时籍助于工件旋转过程中车刀进给速度的变化来产生断屑的方法，以及实施这种方法的设备。类似的方法和相应的设备在专利DE-OS2233229中已有描述。但事实表明，该专利所述方法不适于确保得到精确尺寸的断屑。确切而言，在车削加工时，周期性变化地得到短的断屑，然后经过较长时间又产生具有不同厚度的不短的断屑。此外，该方法也仅仅适用于对工件的直线加工，所公布的设备也不允许有另外的刀具运动方式。

与该专利相比，本发明的任务在于给出前面开头所述的方法和设备，能够产生精确尺寸的短的断屑，尤其是在车削直径很大的工件时也能如此。车削时，断屑的长度可预先确定，而且非直线形轮廓的工件也可加工。

按照这项必需的加工方法，上述任务可如下完成：刀具沿着走刀路线振动，其振幅约相当于工件每旋转一次实际走刀距的一半。振幅波长这样加以调节，即通过选定加工点，使振动波长本身或其整数倍（包括半波长）总是等于当时的工件周长。业已发现，所熟悉的车刀振动不再一定是直线振动，而是应沿走刀路线振动，因此，这种振动也可能是沿着曲线进行。振动也可能根本不按直线进行，但刀具应始终沿所要加工的轮廓振动。在此，振幅值要相当于工件每旋转一周后车刀的实际走刀距的一半，则是很重要的。这里所说的实际走刀距是指刀具沿所定加工的轮廓走过的路程或移动量。为了产生所希望的那样断屑，现在，刀具的振动波长尤为重要，这就须调节其本身的大小或其整数倍（包括半波长）使之等于工件周长，即是所选定的刀具在工件上的加工点随工件旋转一周后划出的轨迹长度。由此，可确保通过刀具的相应振动，使得由振动所产生的工件轮廓的最小和最大形态总是如下这样地连在一起，即从走刀方向上看，前一切面的波谷之后总是跟随出现下一个波面的波峰，结果在二者相会点上，切屑的厚度将是最低而近于零，因此切屑断屑。断屑以精确的尺寸产生，不受任何偶然情况的影响，其长度可根据振动波长预先确定。采用这种切削方法的设备可以是带有一个刀架的车削设备，刀架上至少各安装一个可被驱动的纵向滑板和横向滑板，以用于车刀的运动，其驱动由控制装置加以控制。这里所说的“刀架”不仅包括由仿形模板控制滑板运动的设备，而且也还包括按给定程序对刀具运动实行数字控制的装置，也可以说是仿效计算机的控制程序进行加工。

为实施本发明提出的加工方法，所用的设备具有如下特点：具有产生周期性振动的装置，它们与控制设备协同动作，使得所产生的振动出现在沿着加工轮廓排列的每一点上，同时，还有另一种用来调节振动的振幅和频率的装置。

在先有技术里产生周期性振动的装置或手段是公知的，如本文开头的描述所表明的那样。对此还须注意的是，这种振动始终在要加工的轮廓的方向上出现。为此，须使产生振动的部件与控制装置协同动作，使得控制装置用来产生所希望的振动在两个方向上交互往复地进行。为此，只是需要有一个与控制装置的结构形式相应的装置换向机构，以产生上述运动形式。此外还需确定和调节振动的振幅和频率。振幅的大小这里是取决于要叠加的走刀，这时刀具的振动频率调节结果，应使按上述权项1提出的工艺方法原理得以实现。因此，频率须这样予以调节，即：在工件圆周上选定的任意一个加工点经过回转运动所形成的圆周之长应相当于通过频率所形成的波长的整数倍加上半波长。为实现这个目的，必须与工件的转数成比例地调整频率。

因此，根据本发明中设备的进一步发展，还要提出如下建议，即应具有掌握主轴转数的装置，它应这样地与调节频率的装置结合起来，使主轴的转数变化引起振动频率也随着成比例地变化。这样，就有可能将一次调定了的频率与转数之比，即便在转数变化时（例如为了改变切削速度）也可以保持不变，从而可不再进行新的调整。

按照本发明的进一步发展，须具有依据主轴转数进行强制控制而产生振动的装置。这时，作为主轴每转动一次产生振动的振动频率是可以加以调整的。如果没有这种强制控制，在主轴多次转动过程中，对频率和转数之比的调整哪怕有最微小的误差，累加起来也有可能在刀具振动中出现所不希望的相位移，这将会随之在较长时间内不产生断屑。而到后来当相位移变得足够大而再恢复到输出状态，又将重新出现断屑。因此，上述的强制控制将使对频率与转数的高精度调节变得不必要了。

本发明进一步发展的一种型式是：具有掌握主轴的转数和旋转角的信号设备，它根据主轴的转数和旋转角向产生振动的装置给出控制脉冲。在这种情况下，由主轴转动一周而在信号设备上产生的控制脉冲是可以分开的，这样，产生振动的装置可由此实施（2n+1）个半振动。这里的字母“n”是指整数。这就可能容易进行强制控制，从而可以同时并以简单的方式实现必要的走刀距叠加。

本发明的一种进一步发展型式则涉及到计算机数字控制的刀架。在这种刀架中，每个滑板与一个位移测量系统协同工作。这种位移测量系统至少由一个刻度尺和一个附加其上的以响应刻度尺上的位移值的游标构成，将有一些使刻度尺和游标之间产生交替的相对运动的装置，它们至少是通过频率发生器相互协调，籍此，即使在计算机数字控制刀具滑板的情况下，也能产生所希望的协调振动，而不需大型的重要的计算机和存贮器。

本发明的一种改进型中，产生交替的相对运动的装置是由带有相应衔铁（电枢）的激磁线圈构成的。由此可易于实现对频率和振幅的可控驱动。当然，这种装置也可由其他驱动设备构成。例如，产生位移的流体缸。相对运动也可通过丝杠的往复运动经传动来实现。此外，其他一些可能也可予以考虑。

在本发明的另一种发展型中，通过激磁线圈产生运动的部件，使位移测量系统在激励线圈中无电流时定居于中心位置处。此时，这一中心位置成为计算机数控装置的位移信息的基准点。由此，刀具滑板的零点位置可以简单方式加以确定。

在本发明的改进型中，最终还将在频率发生器和激励线圈之间设有一种分配从频率发生器到达激磁线圈的信号的装置。在这种结构形式中，分配信号是依据倾斜角特别是产生侧面轮廓的瞬间倾斜角（上升倾角）来进行的。由此，可以用简单的装置和足够的精度产生所需要的工件轮廓，即便在振动时也可实现。

本发明的另一种发展型涉及到采用液压控制的仿形刀架。其中，籍助于随动控制的仿形阀门，将决定和可调节车刀速度矢量的压力油流分布到每一个驱动纵向滑板和横向滑板的活塞-油缸装置单元上。还将具有一个控制鼓，它与传动系统中的主轴有这样的传动比，即车刀每振动一次，控制鼓就随着转动一次。控制鼓至少有两个带凸轮的凸轮工作面，由附加的开关予以控制。由此，通过附加开关，向一个凸轮工作面发出“向前走刀”的信号，向另一个凸轮工作面发出“返回走刀”的信号。在这种操作中，信号“向前”相当于产生振动的设备上的基本走刀量的（1+1/n）倍的走刀量，而“返回”则相当于基本走刀量的（1-1/n）倍的走刀量。这是一种在随动控制的仿形刀架的液压传动机构中特别简单的产生和控制所希望的振动和走刀动作的操作方式。这种控制鼓和主轴轴间的传动连接机构，可使频率和主轴转数之间不出现相位误差。

本发明的一种改进型是，在主轴和控制鼓之间的传动连接机构有开关予以控制。由此可以具有不同转数的主轴的相等转数下驱动控制鼓，并可通过此法改变刀具的振动频率。

本发明的另一种发展型将有如下情况：在一个油缸室内，用于控制刀具横向滑动的活塞-油缸单元直接与一个压力源相连，而在另一个油缸室内，则通过随动阀门与压力源相连。同时，用于控制刀具纵向滑动的活塞-油缸单元在一个油缸室内直接与压力源相连，而在另一个油缸室内与油槽相连。用于控制刀具纵向滑动的活塞-油缸装置单元的连接管道是通过一个闭塞和更换油流的设备而进行控制的。同时，油槽管道通过压力控制的闭塞阀门进行控制，其控制线路与压力源相连。通过上述接在中间的油流闭塞和更换设备，并与上述的压力控制闭塞结合在一起，可以有效地以最简单的方式通过转换控制将产生仿形运动的活塞-油缸装置单元起动。这时，由于油流通过仿形随动阀分布到两个活塞-油缸装置单元而使振动总是沿着要仿形的线路进行。带有上述仿形控制装置的车削设备能广泛应用。

这些已有的仿形控制装置可用上述的改进形式简单地加以更换，使得刀具结合必要的走刀进行所希望的振动。

在改进型中，最终还将有一种以回路三点滑阀形式出现的闭塞和更换油流的装置。这是一种商业上通用的部件。这种部件的简单加入就可达到力求的目的，并且特别容易和便宜。

本发明提出的方法下面将籍助附图举例加以详细说明，在图中作为本发明设备的例子是先从车轮车床的仿形刀架开始讲述。

图1    仿形刀架的侧视图

图2    图1中从B方向看的前视图

图3    刀架的液压开关原理图

图4和4a是用于连续走刀和按本发明进行振动走刀的走刀支架的放大图

图5    工件每转动一周产生不同振动周期时的走刀图

图6    按图7中的Ⅱ-Ⅱ线切开得到的控制鼓剖面图

图7    按图6中Ⅰ-Ⅰ线切开得到的控制鼓剖面图

图8    控制鼓的圆周展开图

图9    控制鼓的驱动系统图

图10    液压开关原理图

图11    用于振动走刀和连续走刀的控制电路图

图12    用于正常走刀驱动的电气仿形控制装置图

图13    用于振动走刀的电气仿形控制装置图

图14    仿形控制装置图

图15    速度图

图16    仿形控制装置图

图17    滑板剖面图

图18    电子控制装置图

图19    控制信号图

图19    阀活塞略图

图20    计算机数控装置图

图21    车刀移动路线图

图22    车刀移动路线图

图1表示从侧面看到的车轮车床的液压控制的仿形刀架的可能结构。

图2表示的是按图1中箭头B所指方向观察（顶视图）到的上述仿形刀架的结构。

纵向滑板2在图中没有进一步画出的机身上的纵向导轨1上滑动，并可通过活塞-油缸装置单元移动。在纵向滑板2上，按已知的结构装配了横向滑板4，它也可通过活塞-油缸装置单元（图中未详细绘出）沿着与纵向滑板的移动方向成一定角度（主要是成直角）的方向在纵向滑板上移动（图2）。这里，横向滑板4载有刀具5。

上述的仿形滑板的基本结构业已知道，因此不需详细地再加描述。这里所讲的这种结构的仿形滑板也可这样建造：纵向滑板2可不直接地装在机身的纵向导轨上，而更确切地说，是装在另一个中间滑板上，它载着纵向滑板被导向可移动和可固定的机身的纵向导轨1上。在这种情况下，用于夹持活塞-油缸装置单元3的活塞杆的托架被固定到这个中间滑板上。上述的这两种仿形滑板都已广为应用，众所周知，并被证明是适用可靠的。图3描述的是用于上述的仿形刀架的液压开关平面图。所熟知的车轮车床最多配有两个这种仿形刀架，因此，一对轮子中的两个轮76和76’可同时进行加工操作。在机床中，要进行加工的一对轮子通过轮轴77被分别固定在尾架顶尖78和78’上。图1和图2中描述的是这种机床的左面刀架，而图3显示的是这种机床的右面刀架。在右面刀架中，横向滑板8载有刀具5’。在所列出的另一个横向油缸中，活塞-油缸装置单元由导轨7加以控制。

在图3所列出的纵向油缸中，活塞-油缸装置单元9和横向滑板8被画在起始位置上。这里，油槽84通过图7中的开关装置12，籍助于油槽管道81与横向油缸6的油缸室11相连。如果传感装置7与开关装置14接通，则油缸室11通过压送管道19’与压力源80相连。在开关装置13中，油槽管道81和压送管道19’也都被闭塞。

横向油缸6的油缸室10通过压送管道19″和19也同样与压力源80相连。没有详细画出的横向油缸室6的活塞杆这里支撑于纵向滑板2上，并被固定在那里。

纵向滑板2被纵向油缸9推动，后者以与图2不同的结构形式被固定在托架79′上。这里未详细画出的纵向油缸9的活塞杆固定于纵向滑板2上。纵向油缸9的油缸室9通过压送管道19与压力源80相连。纵向油缸9的压力室9″通过管道81′与油槽相连。这里，在管道81′中配置有压力控制闭塞阀20，其控制管道82与管道19相连。

管道19和81′通过所谓的4/3方向阀，即一种带有四个接头和三个开关装置的滑阀，分别与纵向油缸9的油缸室9′和9″相连。在图3中所画出的阀门16的开关装置闭塞所有的管道。这个阀门16具有产生所希望振动的任务，其过程即：籍助于与模板15相关联的传感装置7，通过对油缸6和9用的油流的相应控制，这里所述的基本振动就其含义而言转换成这两个起驱动作用的油缸6和9的振动。这样通过相应的由传感装置7控制的振动，刀具5和5′总是沿着由模板所限定的轮廓振动。

就功能考虑而言，起因于：阀门16处于开关装置17控制中，阀门91处于开关装置102控制中。压力控制的闭塞阀20处于来自纵向油缸9的管道81’控制中，首先打开阀门20，籍助于压力控制的闭塞阀门20，在压送管道中就形成了一股可测定的并且可调节的压力。这股可调节的压力当然必须比为实施有一定切面限制条件的横向油缸运动所必需的压力大。

油缸6和9的压力用油总量可通过压力源80的油量调节阀门83进行调节控制。首先将油注入油缸室10，那时，压力控制的闭塞阀20由于压送管道中压力低而尚未被打开，因此纵向油缸9仍是关闭状态。但对此，带有刀具5’的横向滑板4’向一对轮子中的轮子76移动，后者被夹持在尾架顶尖78和78’之间。因为带有阀门部件的传感装置7被固定在横向滑板4′上，所以它随着相应的横向运动被安放到模板15上，这样，传感装置7的阀门被开关装置13中的开关12所开通。为此，微小的位移就是足够了，图3中的图示是大大扩大了的。但是这种敏感阀门众所周知，因此，这里不需比较详细地叙述。

通向传感装置7的管道被敏感阀门的开关装置13所隔开。横向滑板4’达到静止状态。但由此在来自压力源80的管道19中形成了压力，打开压力控制的闭塞阀门20，则纵向油缸9的油缸室9″通过阀门16中的开关装置17以及管道81’与油槽84相连通。现在，通过管道19，油缸室9’同时被加进压力油。这样，图中那里没详细画出的活塞可能向右移动，此时，存在于油缸室9”中的压力油可通过管道81’流进油槽。

通过这样产生的纵向滑板2的纵向运动（其速度依赖于油量控制阀门83所供给的油量），传感装置7碰到上升的横板15的轮廓，由此，开关装置14被开通。油缸室11可通过管道19’被供给压力油。由于这个油缸室里的油被分配到放大了活塞杆横截面的活塞表面上，因而，油缸室10里的压力油通过管道19”和19被挤出，而再注入管道19。这时，如果没有节流阀，开关装置将被完全开通，从而会出现一个陡峭的模板15轮廓，这种情况一旦观察到，则需要向油缸室11大量供应油。结果，管道19及控制管道82中的油压降低，使得压力控制的闭塞阀门20关闭。由此，油槽对纵向油缸室9的油缸室9”的连通中断，纵向滑板2的纵向运动不再能被纵向油缸9所推动。但是，如果相应的模板15轮廓不那么太陡峭，则开关装置14不会被充分开通，而只打开一些，从而可起节流阀的作用。在这种情况下，由油缸6所产生的横向滑板4’的横向运动的速度变低，管道19和控制管道82中的压差也因而变小，结果油槽管道81’的压力控制的闭塞阀20不能完全关闭，而只能节流，并且通过纵向油缸9驱动的纵向滑板2的同时运动也是可能的。这样就将产生一种刀具5’的相应仿形运动。可是这种液压仿形控制是所熟悉的，因而这里不必再做进一步的深入讨论。

现在，由开关装置17控制的阀门16通过一个未被详细画出来的中间装置转换为开关装置18控制，因此，两个油缸6和9的移动方向逆转变反，结果通过刚才所述的对阀门16简单实施的开关转接，就可能产生所希望的振动，这种振动通过仿形阀门这样加以控制，以致振动沿着仿形线路进行。

图4以放大了的图表示作为一个实例的刀具5’在加工一套轮子时的走刀槽的剖面图，而且是一个由以一种所希望形式振动的刀具5’产生的走刀槽。为此，图4a表示的是在连续走刀情况下（即没有刀具振动的一种走刀形式）形成的一种走刀槽。箭头32这里是表示切剖方向，而箭头33则是表示“向前走刀”的走刀方向。

就连续走刀25来说，当若轮子76′旋转一次时（周长24），将需要一定量的油。刀具5’的振幅31必须约相当这种走刀25-基本走刀的一半值。

为了使连续走刀的振动叠加，对于图4中点27向上至点28而言，基本走刀距25必定走过扣去位移26的路程。这里，走刀距26相当于走刀距25除以一个数值“Z”，它规定是半周期21的值。对于从点28至点29的运动，必定走过一个走刀距25和一个位移30，它相当于位移26。

图5用Ⅰ-Ⅲ图表示刀具的三种可能振动形式，其中，投影图Ⅲ原则上表示了先有技术中一种典型的振动形式，并可确定，在此不出现断屑。可是，由于在先有技术中，这些振动形式的相位不能被互相调整，因而形成相位移，结果，根据相应的工件旋转周数，产生了一种如图Ⅱ中所示的那样一种振动形式。这里也不出现或产生断屑。在进一步出现相位移的情况下，则可能产生如图1所示的那样振动图形。只是在这种状况中，才预期要出现断屑。因而被看着是强求这种情势。如果用34表示工件周长，在图5所举的例子中则即是一套轮子的轮子周长，并用35、36和37表示其时的振动波长，则可从图5中的投影图1中看到，采用波长35，则有断屑。由此可以看出，波长35与周长34应具这样的关系，即使一个奇数半周期21（图4）出现之周长34之旁。因此，如果用“n”表示在周长34旁出现的完整的波长数，则总有关系式Z＝（2n+1）成立。如果不遵守这一关系式，则没有断屑出现。由此可以得出结论，在上述所举例子的控制装置中，应当用一个具有一定频率的同步器将4/3-方向阀16（图3）转换成一对轮子的转数，或者一般是转换成工件转数。在所举例子中，为此要由两个终端开关给出指令，就象图6～8中所描述的那样。这些开关用符号b₁、b₂如在图6中那样表示，并与终端开关方块相连。为控制起见，滚筒38由轴39驱动凸轮41和42位于滚筒上，它们控制终端开关方块上的称作开关的b₁、b₂。滚筒38沿箭头44所指方向（见图7）转动。在图7中，接触凸轮40、41和42可清楚看到。这里，凸轮42沿与正常走刀方向相反的方向控制振动，而凸轮41则是在正常走刀方向上控制振动。通过与终端开关b₃的连接机构中的接触凸轮40，振动的断开点和接通点被固定。可是，终端开关b₃得预先用手通过键控器d₁和d₂起动：d₁是用于仃止振动，d₂是用于起动振动。按照图8的展开图将再一次弄清控制鼓上的情况。终端接触凸轮42和41将滚筒38的周边长度加合并相除，形成如下关系式：

(1+1/Z)/(1-1/Z) ＝ (a)/(b)

振动的断开点，沿与转动方向46相反的方向可以看到，在凸轮42前面，它们如下这样起作用：当在走刀方向上的振动结束时，就被断开;当在与进刀方向相反方向上要开始振动时，就被接通。

图9中，描述了控制鼓的驱动过程。在例子所谈到的车轮车床中，一个平面盘47驱动一个开关控制装置48，通过其控制器位置变化就可以改变控制鼓49的转数及所产生振动的波长，由此还能改变断屑的长度。

为了完整，图10绘出了一个液压驱动过程平面图。其中，配置有压力源80、油量调节阀门50和其后的另一个油量调节阀门51，后者通过一个阀门52可被接通。油量调节阀门50的作用是调节振动走刀所需的油量，而油量阀门51则为连续走刀供应所要求的油量。阀门53则相当于图3所示的液压传动平面图中的阀门16。这种结构构形式使得能够简单地对振动走刀和连续走刀两种加工方式进行选择，尤其是在车轮车床情况下，可能是值得采用的。例如，当很硬的轮子加工时，有时就采取连续走刀方式，因为在这种硬度范围内，不管怎样都可得到满意的断屑，因此，刀具进行振动就不必要了。

在图11中，描述了一个用于振动的电气控制装置。其中阀门53控制纵向滑板进行走刀运动所需的油流，在这种情况下，阀门53的磁铁由接触器c₁和c₂加以控制。通过阀门52，油量调节阀门50和51分别被供应以油，此时，阀门52的控制磁铁通过接触器c₃进行控制。这里平面图上各符号代表的意义如下：

c₁～c₇接触器

b₁终端开关，通过凸轮42（图7）控制“振动走刀返回”。

b₂终端开关，通过凸轮41（图7）控制“振动走刀向前”。

b₃终端开关，通过凸轮40（图7）限定振动过程的接通点和断开点。

d₁压力键控器，接通连续走刀，断开中止振动走刀。

d₂压力键控器，断开中止连续走刀，接通振动走刀。

1c₃-1c₇由接触器直接控制开关的接点。

通过第4条控制线路中的压力键控器d₁预选连续走刀。

接触器c₄通过第4条控制线路中的接点1c₄进入自闭塞，当第4条线路中的d₁被起动，第4条线路中的接点1c₆打开，结果c₆脱离自闭塞，由此，第6条和第7条线路中的1c₆被打开，而第4条线路中的接点1c₆被关上。

在终端开关b₃关合时，接触器c₅被涉及，通过1c₅进入自闭塞。当第7线路中的1c₅被打开及接触器c₇脱离自闭塞时，第5线路中的接点1c₇被关合。

接触器c₂和c₃通过第3条线路中的1c₅被供给油。阀门52进入交叉的开关状态中。

在图10中的油量调节阀门51，向仿形系统供应相应于连续走刀所需的油量。

当接触器c₂也被吸拉和阀门53被用于非交叉的开关装置中时，阀门53向纵向滑板供应恒定的走刀用油。

现在如果要接通振动走刀，则必须预先根据限制条件选择压力键控器d₂。

在第6线路中1c₄被打开，那时c₄进入自闭塞。

通过控制关合d₂，接触器c₄通过第4线路的接点1c₆将变成无（电）流，结果第6线路中的接点1c₄关上，而接触器c₆现在可能进入自闭塞。

第7线路中的接点1c₆关闭，在终端开关d₃关闭情况下可能引起接触器c₇发生反应。

接触器c₇通过其接点1c₇（第5线路中的）阻止接触器c₅再进入自闭塞，因此关闭第7线路中的1c₅，并可能使c₇自闭塞。

通过第1线路和第2线路中的接点1c₇接通振动走刀。

第1线路中的接点1c₃被关合。这个接点能阻止同时进行两种方式的走刀。终端开关b₁和b₂现在被控制鼓所控制，阀门53在交互变换的方向上向纵向油缸供应压力油。

阀门52现向油量调节阀门50进油。这一开关装置有可能使车削设备在任何时候选择走刀方式。

在第4和第6线路中的接触器c₄存储信息。首先当凸轮40终端开关b₃控制时，通过接触器c₅和c₇接通所希望的走刀方式。

在这种开关装置中，走刀方式是如此相互抑制，以致可消除开关故障。

利用本发明的方法，第一次可实现从方法上确保产生所希望的断屑。同时，这种方法独立于产生工件轮廓的刀具而被应用。

适合运用本发明方法的设备惊人的简单，在许多情况下，将现有的机床及其控制设备加以改进完善就可能用来实施本发明提出的方法。

图12是带有电气仿形控制装置的一种仿形刀架的原理示意图。横向滑板54通过轴56被推动，轴56则通过一个直流电机的传动被驱动。

纵向横板55也同样通过轴57和直流电机59被驱动。

走刀量大小通过供电加以控制。横向滑板轴56通过一个电仿形传感装置60控制。接点61～65按照所要求的走刀方向变换横向滑板用的电机（直流电机）的引线极性。通过接点66和67接通纵向走刀。（电机59）

传感装置60位于基底位置上被标记处。走刀电机58驱动横向滑板54（在一套轮子68上），此时，传感装置60贴于模板69。横向滑板的这一运动进行如此之长，直到接点62～65被分开。在过渡阶段，纵向轴上的走刀电机已被接通。接点62～65如果被完全分开，则纵向走刀只通过接点66和67接通。按照侧面轮廓，eigung，接点被接通到传感装置上。例如，传感装置在上升工件轮廓时被进一步挤压，则接点64与61和63与65分别被接通。与基底位置时不同，这时横向滑板的走刀电机的极性更换，因而滑板离开套轮68。横向滑板也追随要仿照侧面轮廓。

图13表示一个电气仿形控制装置的结构，它能执行振动走刀操作。开关70和71将Z方向上的纵向走刀接通，开关72和73沿与Z方向相反的方向作用于走刀。

根据图13，开关70～73通过接触器74和75被控制，另一方面，通过图6中的开关b₁和b₂被控制。按照控制鼓的指令，纵向滑板的走刀被变换方向，从而实现振动走刀。

“向前”走刀（Z-方向）和“返回”走刀（逆着Z-方向）的时间有如下关系：

(1+1/Z)/(1-1/Z)

通过在Z方向上的运动，传感装置60沿着仿形模板69被推动，从而引起相应于侧面轮廓的滑板54的横向运动。在迄今所描述的液压仿形控制装置中，振动是依赖于模板的倾斜和纵向油缸的振动。

在纯粹平面加工中（例如车削加工套轮的平面），车削过程不能采用振动走刀，因为在这种情况下，仿形触杆在开关装置中保持恒定，因而横向油缸产生恒定的走刀。

控制振动的阀门仅作用于纵向油缸，因而无效。如果圆锥形的倾斜45°的表面旋转，在振动时，横向运动大于纵向运动。如果圆锥体的坡度变大，譬如达80°、90°，则传感装置的很大偏移是必要的。为了在短时间内，给横向油缸供应必要大量的油，通过振动频率来确定之。

如果接近纯粹横向的倾斜角，则在与要实现的侧面轮廓成切向的方向内没有精细的震动。传感装置的偏离变大，将会导致振动相对于给定轮廓的偏离。

利用迄今所描述的液压和电气仿形系统，带有很大倾角（如80°左右）的平面可以振动走刀方式进行加工。

如果对圆锥体以很大倾角和对平面以振动推刀进行加工，则必须采用变化的仿形控制装置。

图14就是表示一种这样的仿形控制装置，其中应用了所谓四边传感器89。

纵向油缸86通过阀门85被注入压力油。

根据阀门85的开关装置，可选择适用的走刀方向，即所谓导向走刀“向前”或“返回”。由此可以看出，阀门138位于开关装置中。

通过阀门87向整个仿形设备供应限定量的油，这样实现所希望大小的走刀。

探测头94不与模板95接触，通过弹簧93控制输出装置90。

当阀门96闭塞油槽管97时，由油量调节阀门给出的油在充分打开传感装置控制边情况下流进油缸88。阀门96按打开时的压力调节，通过油缸88的移动压力传向远处。纵向油缸88按照轮状轮廓推动滑板98，此时带有探测头94的仿形传感装置89接触到模板95上，由此，长时间地接通装置91。

在这种情况下，任意中间值的控制缝隙横断面变小，输入管道中的压力上升，而没被油量调节阀门87减小的尚未使用的油流入导向进刀油缸86，那时，阀门96通过管道99中上升了的压力被打开，并通过管道97，与油槽相连。

油缸88的速度按流入油缸86的油量比例变得越来越小。这时，传感装置按照导向走刀沿着模板被导引移动，同时依据模板倾角被控制（开关装置90或92），这样，纵向油缸88便随着模板上升而移动。在油缸88和86具有同样大的活塞表面情况下，得出了图15中所示的那种由刀架运动而产生的速度图（车削刀具尖的运动）矢量箭头100指示仅有导向走刀被进行时的速度。

箭头101指示纯横向运动时的速度（油缸88）。

箭头103指示在附加仿形方向情况下所产生的速度。

图16表示一种仿形设备，它也是在纯横向走刀条件下进行振动走刀。控制装置可用来选择纵向油缸105或纵向油缸106作为导向走刀油缸。那时，仿形传感装置控制另一个油缸。这样就有可能使油缸总是被仿形传感装置所控制，它要完成控制两个油缸较少运动的任务。

这样或类似的带有油缸功能转换装置的仿形控制设备作为所谓象限控的铣床而众所周知。

油缸功能的转换装置如下工作：

一阀门164置入开关装置165处

一阀门108和109被接通到闭锁位置，阀门107和110被接通到流通位置上，这样，就给出了图14中所描述的仿形控制过程。

阀门104决定导向走刀方向，因而可被用于控制振动走刀。

这些阀门的控制可象已述那样，通过控制鼓49进行。

如果现在横向油缸106承受导向走刀运动任务，则阀门108和109必须接通到流通的位置上，而阀门107和110则被闭塞。

横向油缸106通过管道111和112被供应以油，按照油量产生导向走刀，油量则通过油量调节阀门113被预先计划，这种情况下，导向进刀的方向重新由阀门104决定。在这种接通过程中，阀门114也总是处在导向走刀油缸的油槽管道中。

通过管道115和116，纵向油缸105与仿形传感装置相连，这样，纵向油缸105被按着模板导引运动。对当时另一个油缸的转换可由懂行人员手动进行。为实现自动化，进行振动走刀时传感装置的运动由位移摄象机118实施监视。

正如上述那样，当振动沿着轮廓断面以很大倾角进行时，传感装置的位移特别大。

在振动过程中，传感装置117在其开关装置119和120之间交替变换。位移摄象机118将确定位移的最大值和最小值之间的变化情况，并给出波动的输出大小，例如应力。最大和最小值之差必须通过控制装置测定，并进行数值处理。如果已定的传感装置的偏移被超过，则要使刀具的油缸变换其功能。

用于变换的传感装置偏移值大小的确定，是依赖于所用的部件，特别是油缸表面。

在图16中，两个油缸表面被选定同样大小。

在加工一个45°的圆锥体时，纵向油缸和横向油缸的运动是同样大的。在油缸活塞的表面同样大的情况下，油量也是同样大。

如果倾角大于45°（譬如50°），则变换导向走刀从纵向油缸转向横向油缸是很有意义的。如果紧接着倾角又降到45°之下，则又必须使纵向油缸接受承担导向走刀功能。

图17表示一种任意的要被仿效的横板侧面轮廓。

直角坐标122表示横板相对于整个刀架的配置状态，速度图121则是表示速度矢量，它是在一定的轮廓角度条件下由刀架实现的。

箭头123表示，由此对纯油缸表示进行加工。

随着倾角124逐渐增加，须使油缸作更大的运动（见图中126，127，128）

箭头125指出以较小的倾角在锥体上产生的运动。速度则按速度矢量图121分配或分布。

在第二个锥体面129的区域内，倾角为45°，纵向运动和横向运动都一样大。

调整导向走刀变化的转换点不正好在45°倾角的锥体面上，是很有意义的，因为那时仿形传感装置根据转换，须进行同等的运动，两个油缸也需要同样数量的油。

首先，当倾角超过50°时，就应当进行转换。在图17中的130位置处就是这种情况。纵向油缸现在是由仿形传感装置控制。当横向油缸承担导向走刀时，振动走刀中的纯平面也就可以进行加工了。

在图17中的轮廓断面图里的131位置处，倾角小于45°。当转换点刚刚被确定在50°倾角处，导向走刀则从纵向油缸向横向油缸转换，在这一转换过程中，倾角下降至40°那时同等运动出现于仿形传感装置处。

这个矢量角说明，现在由仿形传感装置控制的横向运动132小于纵向运动133。

在上文中那样确定转换点具有如下优点：这一点引起两种状态的准确分离（纵向油缸导向走刀或横向油缸导向走刀）。

图18表示一种用于转换振动阀门的（如图16中的阀门104）电子控制装置的结构，这种装置可代替控制鼓。

频率发生器134提供振动信号。这个信号可在调制器135中被任意增强。

因为图16中的阀门104应是一种通过频率发生器控制的所谓比例阀门，具有两块磁铁，所以，两块磁铁被交替控制。

为达此目的，振动信号被分解成正半波（上面）136和负半波（下面）137，这样，两块磁铁交替地被控制，阀门也就不断地一关一合。因为磁铁的偏移关系到比例阀门，它与电压成正比。这样，车刀可沿着预先给定的轮廓振动。可是，为加工侧面轮廓，有一定的基本走刀是必要的。在控制鼓控制的情况下，这种基本走刀是通过不同的长凸轮来实现的，这将导致：液压阀门（不是比例阀门）在一个开关装置中比在另一个开关装置中更长地保持“向前走刀”状态。

在阀门的电子控制装置中，一个直流电压叠加于电子信号之上，这样，一个半波长振幅变大，而另一个半波的振幅则变小。

根据这种信号，比例阀门将产生相应反应，开放用于油通过的横截面不同的孔。

同等的电压分量和信号可按必要的比例通过电位计141和142被断开，这样，在基本走刀方向上和在其相反方向上的振动的振幅达到如下关系：

A＝S（1-1/Z）

通过附加接上的放大器143，正半波和负半波的信号都可被任意放大，而两个信号的大小比例则不会改变。

正半波和负半波将被导入阀门的电子控制装置144中。

利用这种设备，实际上可实现任意大小的走刀。

将这种设备匹配于刀具的另一转数也很容易通过总开关以及总电位计145和频率发生器134实现。

图19再次显示了电子设备的信号。一个直流电压147叠加于正弦信号146上。

位置148表示正半波，149则表示负半波。

这两个半波148和149，在直流电压叠加于振动信号之上后，将被分开分别导向磁铁。阀门104的活塞再次在图19′中图示出来。

活塞在移向一面时，偏离最大值151，与振幅152成正比;活塞在移向另一面时，则偏离最大值154，与振幅153成正比。

下面将叙述一种计算机数控机床的方案。

一个电子计算机数控装置必须考虑多种影响参数：

-零点偏移

-参照点

-就磨损对刀具的修正

-就刀具的几何图形对其修正

-切削半径

-走刀驱动轴的换向间隙

在计算机数控装置内，对沿着轮廓的振动位置的计算是很费时间的，并且也依赖于在不同长度的轮廓上的当时位置。

为计算机振动所需的时间可能很快增多。总调整电路在极限情况下将变得不稳定。

逐点地对振动编制程序将会显著增大描述轮廓的耗费和对存储磁盘的需求。为了解决这些难题，将直接介入计算机数控装置，而使控制装置受外部影响或控制。

在图20中，描述了计算机数控装置可受到影响的例子。

图中的计算机数控轴156和155被分别配上了位移测量系统158和157。位移测量系统分别由刻度尺183和184、游标185和186构成游标分别与附加的刻度尺接触。

每个刻度尺都有刻度分划，可输出位移数值，它们包含有位移信息。

通过游标185和186，刻度尺上的刻度被扫描。

刀架滑板上的一个确定位置对应于刻度尺上游标的一个确定位置，正常情况下，刻度尺在空间被固定住。可是，如果这种刻度尺可被移动断开，则位移测量系统的位置可被任意改变。

如果移动了刻度尺，则游标在刻度尺上取了第一个新位置，向计算机数控装置报告刀架滑板的第一个新位置。

这第一个新位置被计算机数控装置视为位置误差，并由它加以校正直到游标重新回到老位置，即回到偏离前所处的位置上。

刀架滑板现在走过工艺路程，这相应于刻度尺的位移。

在图20中，刻度尺183和184分别被激磁线圈189和190移动。

激磁线圈由一个周期性变化的交流电压控制，这样，计算机数控装置的测量系统就指示周期性变换的位置误差。当计算机数控装置校正这种位置误差时，刀架滑板跟随着测量系统的移动，直到位置误差被校正。如果刻度尺总是被来回移动，则滑板也同样地周期性来回移动。如果激磁线圈189和190无电流通过，则刻度尺通过弹簧187和188被定居在其中间位置上。

对于沿着轮廓的振动，需要有轮廓倾角的数据。这些信息包括转数以及走刀驱动装置169和170的转速电压，它正比于刀架滑板的速度（转速由159和160显示）。连续走刀的刀架滑板（无振动）如果沿着轮廓行进，则可以从转速电压的比率计算轮廓倾角（譬如利用微型计算机161）。按照两个刀架滑板的振动，附属的转速电压也将波动。

在转速电压波动的情况下，也有可能求得轮廓倾角。

在振动信号经过零点时，如果刻度尺通过中间位置（也就是弹簧正常地定位）并在那儿保持较短的时间，则刀架则以已编程序的走刀速度随着已编程序的轮廓行进。在这时，转速电压不波动，对于计算轮廓倾角也可被使用。

微型计算机通过线路162与频率发生器163相连，并且通过这条来自频率发生器的线路，得到在振动信号通过零点位置时求算轮廓坡度的指令。来自频率发生器的信号在设备166中为两个轴分开。

X-轴和Z-轴的振幅将按着由微型计算机所求出的倾角变化。为此，微型计算机给出相应于倾角的信号。

电压Ux和Uz按 (Ux)/(UZ) ＝ (Sinα)/(Cosα) 式对应于轮廓倾角。

通过放大器168，两个电压重新被放大或缩小，但不改变它们的比值。振幅也由此可调整。

计算机数控装置有可能通过加工程序影响放大器168的调整。按照程序的指令，振动可能改变或变换，以避免有小半径外表缺陷的轮廓点。

图21再次原则上显示了所述的振动过程。这里描述在一段时间内的Z方向上的走刀运动S。图中的分划线171相应刀具在Z方向上按程序走的路径。振动运动172通过位移测量系统的影响而叠加于这一基本走刀路径上。

在一定时期内，振动过程可通过频率发生器（图20中163位置处）有意地予以中断。在这一时期内，转速电压必须通过微型计算机量取。在X方向上的走刀运动图定性看来相等，因而在同等时刻，X轴的转速也可求出。

在时间间隔174内，倾角也必须算出，以便能够接着进行考虑在时间间隔173内的倾角。

所用数字意义表

1，机身的纵向导轨

2，纵向滑板

3，活塞-油缸装置单元

4，横向滑板

4′，横向滑板

5    刀具

5′    刀具

6，横向油缸

7，传感装置

8，横向滑板

9，纵向油缸

9′    油缸室

9″，油缸室

10，油缸室

11，油缸室

12，传感装置的开关装置

13、传感装置的开关装置

14、传感装置的开关装置

15、模板

16、4/3位移阀门

17、位移阀门的开关装置

18、位移阀门的开关装置

19、压送管道

19′、压送管道

19″、压送管道

20、压力控制的闭塞阀门

21、半周期

22、振动运动的走刀架

23、连续走刀的走刀架

24、轮子周长

25、连续走刀

26、走刀距

27、点

28、点

29、点

30、走刀距

31、振动的振幅

32、切削方向

33、走刀方向“向前”

34、一套轮子周长

35、波长

36、波长

37、波长

38、控制鼓

39、轴

40、开关凸轮

41、开关凸轮

42、开关凸轮

43、终端开关

44、箭头

45、滚筒周长

46、转动方向

47、平面圆盘

48、开关驱动

49、控制鼓

50、油量调节阀门

51、油量调节阀门

52、阀门

53、阀门

54、直到75未被使用

76、一套轮子中的轮子

76′、一套轮子中的轮子

77、一套轮轴

78、尾架顶尖

78′、尾架顶尖

79    支座（托架）

79′、支座（托架）

80、压力源

80′、压力源

81、油槽管路

81′、油槽管路

82、控制管路（控制线路）

83、阀门

84、油槽

85、阀门

86、纵向油缸

87、阀门

88、油缸

89、四边-传感装置

90、输出端

91、阀门

92、开关装置

93、弹簧

94、探测头

95、横板

96、阀门

97、油槽管路

98、滑板

99、管道

100、矢量箭头

101、箭头

102、开关装置

103、箭头

104、阀门

105、纵向油缸

106、横向油缸

107、阀门

108、阀门

109、阀门

110、阀门

111、管道

112、管道

113、油量调节阀门

114、阀门

115、管道

116、管道

117、传感装置

118、位移探测器

119、开关装置

120、开关装置

121、速度图

122、直角坐标

123、箭头

124、倾角

125、箭头

126、位置

127、位置

128、位置

129、锥体

130、轮廓断面

131、轮廓断面

132、横向运动

133、纵向运动

134、频率发生器

135、调制器

136、半波长

137、半波长

138、阀门

139、开关装置

140、直流电压

141、电位计

142、电位计

143、放大器

144、电子控制装置

145、总电位计

146、正弦信号

147、直流电压

148、半波长

149、半波长

150、活塞

151、总数

152、振幅

153、振幅

154、总数

155、计算机数控一轴

156、计算机数控-轴

157、位移测量系统

158、位移测量系统

159、转速发生器

160、转速发生器

161、微型计算机

162、管道

163、频率发生器

164、阀门

165、开关装置

166、设备

167、未被使用

168、放大器

169、走刀驱动器

170、走刀驱动器

171、线

172、振动运动

173、时间间隔

174、时间间隔

175、未被使用

176、未被使用

177、未被使用

178、未被使用

179、未被使用

180、未被使用

181、未被使用

182、未被使用

183、刻度尺

184、刻度尺

185、游标

186、游标

187、弹簧

188、弹簧

189、激磁线圈

190、激磁线圈

Claims (13)

1、在车削工件时籍助于工件旋转过程中车刀的进给速度变化来产生断屑的方法，其特点是：车刀沿着进给路线一形成工件轮廓的走刀矢量进行振动，其振幅相当于工件每旋转一次后实际走刀距的一半大小，振动波长经调节使其本身或其整数倍，包括半波长，总是等于当时瞬间由选定的加工点所形成的工件周长。

2、实施按权项1提出的加工方法所需的带刀架的车削设备，其中，刀架只少配备一个可驱动的纵向滑板和一个横向滑板以用于车刀运动，其驱动由一控制装置控制。由此，具有下述特点：配有使刀具产生周期性振动的装置，它与控制装置这样协调的动作，以致刀具随之沿着形成工件轮廓的路线在每一点上振动。此外，还配备了调整振幅和振动频率的装置。

3、按照权项2所提出的设备，具有下述特点：配有掌握主轴转数的装置，它与调节振动频率的装置相连或可以这样相连，使得主轴转数的改变引起振动频率随之成比例地变化。

4、按照权项2和3中之一或二者所提出的设备，具有下述特点：产生振动的装置被依据主轴转数强制控制，同时，作为主轴每转动一周而产生的振动的振动频率也可调节。

5、按照权项2～4中至少一项所提出的设备，具有下述特点：具有掌握主轴转数和旋转角的信号设备，它根据主轴的转数和旋转角的相互依赖关系向产生振动的装置给出控制脉冲。此时，通过主轴转动一次而产生的控制脉冲在信号设备上可以这样分配，使得产生振动的装置执行（2n+1）次半振动，上述中的“n”是整数。

6、至少按照权项2的（逻辑学的）属类概念所考虑的设备，控制装置是计算机数控装置，它与每个滑板的位移测量系统协同工作，每个该系统至少由一个刻度尺和一个附加在其上的游标构成，以读出刻度尺上的数值。特点是在刻度尺（183，184）和游标（185、186）之间有产生交替的相对运动的装置（189，187;190，188）。在这种情况下，这些装置至少通过一个频率发生器（163）被协调动作。

7、按照权项6所提出的设备，其特点是：产生交替相对运动的装置是以带有相应衔铁的激磁线圈形式出现。

8、至少按照权项6和7中之一所提出的设备，具有下述特点：通过激磁线圈的运动部件，位移测量系统在线圈无电流时定位于中心位置，这一位置成为计算机数控设备中的位移信息系统的基准点。

9、至少按照权项6～8中的一项所提出的设备，具有下述特点：在频率发生器（163）和激励线圈（189，190）之间有一装置把从频率发生器发出的信号分配到激磁线圈（189，190）上。这种分配是依据所产生的侧面轮廓的瞬间倾斜角来进行的。

10、至少按照权项2～5中之一项所提出的设备，它配有液压控制的仿形刀架。在这种设备中，籍助于控制滑轨的仿形阀门，决定并可调节的油流被分布在每一个驱动纵向滑板和横向滑板的活塞-油缸装置单元上，其特点是：具有一个控制鼓，它在传动系统中与主轴相连，在这种功能转换中，刀具每振动一次，则控制鼓也随之转动一周，控制鼓至少有两个凸轮工作面，由附加其上的开关予以控制。由此，通过附加的开关可向一个凸轮工作面给出“向前走刀”的信号和向另一个凸轮工作面给出“返回走刀”的信号。这里，信号“向前”的走刀量相当于振动产生装置中基准走刀量的（1+1/n）倍，信号“返回”的走刀量是基准走刀量的（1-1/n）倍。

11、至少按照权项10所提出的设备，其特点是：在主轴和控制鼓的传动连接机构中，配有一个开关驱动器。

12、至少按照权项10和11中之一所提出的设备中，用于横向运动的活塞-油缸装置单元在一个油缸室内与压力源直接相连，而在另一个油缸室内则通过导向阀门与压力源相连;用于纵向运动的活塞-油缸装置单元在一个油缸室内与压力源直接相连，而在另一个油缸室内，则是与油槽相连，其特点是，用于纵向运动的活塞-油缸装置单元的连接管道通过一个闭塞和更换油流的装置来导引，而油槽管道则通过压力控制的闭塞阀门来导引，它的控制管道直接与压力源相连。

13、至少按照权项12所提出的设备，其特点是，闭塞和更换油流的装置是以回路三点阀门形式出现。

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