CN103792880A - 提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统及方法，输入一螺纹加工程序于一数值控制装置，数值控制装置用以控制一加工机之一刀具之运作；输入一螺纹种类于数值控制装置；根据螺纹种类计算刀具之一实体运动轴X与一实体运动轴Z的退刀时间；根据退刀时间进行实体运动轴X与实体运动轴Z的轴向动程规划，并进行一插值运算后分别产生X轴插值命令与Z轴插值命令；整合X轴插值命令与Z轴插值命令为退刀程序；整并退刀程序与螺纹加工程序为最终加工程序。达到增进加工效率、降低开发成本以及简化生产流程的目的。

Description

提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种数值控制系统及其方法，尤其涉及一种提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统及其方法。

背景技术

车床加工的主要应用多以螺纹车削为主，但目前螺纹车削加工所面临的问题为改善螺纹的加工精度，以及进行螺纹加工时，刀具的退刀质量，换言之，即针对减少螺纹无效牙与不完全牙的产生，其中，无效牙指的是在进行螺纹车削时，所产出的螺纹节距小于设定的螺纹节距，另外，不完全牙指在进行螺纹车削结束时，若刀具非急拔刀，则会留下螺纹牙深过浅的不完全螺纹；反之，若螺纹节距与螺纹牙深皆正确的螺纹，则称之为有效牙。

在一般车床数值控制系统，车床G码可分为A、B及C三种体系，以下皆以A体系的车床G码作为说明。

螺纹车削循环加工的数值控制系统有两种加工指令，分别是G92直进式车削和G76斜进式车削，G92直进式车削加工指令（如: G92 X(U) Z(W) R H ( F___ or E___ )；其中，X、Z为车削终点坐标绝对值；U、W为车削终点坐标增量值；R为锥度差异量；F为公制螺纹之导程（单位：mm/牙）；E为英制螺纹之导程（单位：牙/mm）；H为多牙嘴个数；F为相邻螺牙的螺距））采用直进式进刀，但由于刀具两侧同时车削加工工件，车削力虽大但排屑不易，也因此容易造成刀具磨损，进而导致螺纹制作时的误差，但其螺纹车削加工精度较高，故常用于螺纹节距小且螺纹精度高的螺纹车削加工，而G92直进式车削加工指令的缺点在于刀具的移动与车削皆需以编修加工指令的方式来完成，因此若使用G92直进式车削加工指令进行螺纹车削循环加工，则需要使用多行的G92直进式车削加工指令才可完成螺纹车削循环加工。

G76斜进式车削加工指令（如: G76 P m r a Q ∆ dmin R d ;G76 X(U)___ Z(W)___ R ∆ i P ∆ k Q ∆ d H___ ( F__ or E__ ) ；其中，m为精车次数(1~99)；r为退刀长度，当螺距以L表示时，设定值可以从0.0L到9.9L，单位为0.1L；a为刀尖角度；∆dmin为最小切削深度；Rd为精车预留量；X(U)为车削终点的X轴坐标；Z(W)为车削终点的Z轴坐标；∆i为螺纹半径差；∆k为螺纹高度；∆d为第一回切削深度；F为公制螺纹导程(单位 : mm/牙)；E为英制螺牙导程(单位 : 牙/英吋)；H为多螺牙个数)使用单侧刀刃车削加工工件，使得加工工件的螺纹面不直，且刀具尖角处易磨损，造成螺纹精度差，但其优点在于排屑容易，且其车削深度为递减式，故适用于螺距节距大且螺纹精度低的螺纹车削加工。

然而，不论是使用G76斜进式车削加工指令或是G92直进式车削加工指令，其螺纹车削循环加工路径皆相同，一次螺纹车削循环加工路径如图1所示，其中，当一刀具11定位于一起始点1A，接着，刀具11沿着实体运动轴X方向定位至一指定车削深度点1B，使刀具11可接触一加工工件12进行螺纹车削加工。

当刀具11到达指定车削深度点2B后，夹载加工工件12的加工旋转轴（图1中未显示）开始旋转，且刀具11由指定车削深度点沿着一实体运动轴Z方向开始车削至一退刀起始点1C，再根据使用者设定的退刀距离以及退刀角度，将刀具11拉离加工工件12表面，并且经过一退刀终点1D至车削循环终点1E，再次回到起始点1A，完成一次螺纹车削循环加工。

如图2，螺纹车削加工的斜角退刀轴向速度与时间关系示意图。当刀具11从退刀起始点1C至退刀终点1D时，刀具11沿着实体运动轴X与实体运动轴Z的运动必须保持同动关系，因此，在实体运动轴X与实体运动轴Z的速度规划需满足合成方向速度，然而，刀具11在实体运动轴X方向的速度系由静止状态开始加速，且在加速初始期间，并无法实时到达目标速度，故将刀具在实体运动轴Z方向的速度降低，造成整体加工时间增加，同时也导致螺纹间距错误。

如图3，螺纹车削循环加工的流程：首先，如步骤201所示，先输入一螺纹车削循环加工指令，接着执行步骤202，根据最后所需的螺纹规格，输入一螺纹导角角度与一螺纹导角值后，便执行步骤203，即根据步骤201与步骤202所输入的螺纹车削循环加工指令、螺纹导角角度及螺纹导角值开始先进行一次螺纹车削循环加工，当一次螺纹车削循环加工结束之后，接着进行步骤204，检视一次螺纹车削循环加工的结果是否符合规格，若不符合规格，则执行步骤205，即再次重新调整螺纹导角角度与螺纹导角值，并回到步骤202，再次输入螺纹导角角度与螺纹导角值，并依序执行步骤203与204，如此重复执行步骤202~205直到螺纹车削循环加工结果符合规格后，则可进行步骤206，即根据正确的螺纹导角角度与螺纹导角值开始大量批次螺纹工件生产，在此螺纹车削循环加工过程中，要达到产品规格必须取决于使用者的实务经验，但依据使用者的实务经验容易造成加工的误差，此外，重复修正螺纹导角角度与螺纹导角值并再检视其螺纹加工结果也会增加整体加工时间，不符合数值控制的自动化。

螺纹车削循环加工的过程中，重复进行调整螺纹导角值与螺纹导角角度不仅加工工件的材料耗损会增加生产成本，且因为此加工过程也需要取决于使用者的实务经验，若需生产不同规格的螺纹，也必须再次重新设定螺纹导角值与螺纹导角角度以及再次检视其加工结果；此外，螺纹车削循环加工路径的退刀路径必须降低刀具沿实体运动轴Z方向，也会导致整体加工时间增加，长期而言，不仅增加生产成本，同时也降低了生产效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统，特点是：包括加工机，具有一刀具以及一加工旋转轴，其中加工旋转轴用以夹持加工工件，刀具位于加工工件上方，沿一实体运动轴X、一实体运动轴Y或一实体运动轴Z运动，并对加工工件进行螺纹车削加工，实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z系两两互相垂直，以及数值控制装置，电性连接加工机，用以加载并执行螺纹加工程序，并依据螺纹加工程序控制刀具沿实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z运动；数值控制装置提供输入一螺纹种类至加工程序，螺纹种类包含一公制螺纹与一英制螺纹，使数值控制装置根据螺纹种类计算刀具从加工工件的底部完全脱离加工工件的退刀时间，并依据退刀时间将实体运动轴X与Z进行一轴向动程规划后，进行一插值运算分别产生一X轴插值命令与一Z轴插值命令，进一步整合为一退刀程序，并决定X轴插值命令需提前于退刀时间发送而控制实体运动轴X运动，接着再发送Z轴插值命令控制实体运动轴Z运动，之后数值控制装置将退刀程序与螺纹加工程序整合为一最终加工程序。

进一步地，上述的提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统，所述加工机为卧式加工机。

本发明提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制方法，

输入一螺纹加工程序于数值控制装置，其包含输入快速定位移动程序以及螺纹车削加工程序，数值控制装置用以控制加工机的刀具运作；

输入一螺纹种类于数值控制装置，其包含输入公制螺纹与英制螺纹；

根据螺纹种类计算刀具的实体运动轴X与实体运动轴Z的退刀时间；

根据退刀时间进行实体运动轴X与实体运动轴Z的轴向动程规划，并进行插值运算后分别产生X轴插值命令与Z轴插值命令；

整合X轴插值命令与Z轴插值命令为一退刀程序；

整合退刀程序与螺纹加工程序为一最终加工程序。

更进一步地，上述的提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制方法，所述加工机为卧式加工机。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统，可提供使用者输入螺纹种类，而不需重复设定螺纹导角角度与螺纹导角值，并且可根据螺纹种类计算出确切的退刀时间，而不需降低刀具在退刀时实体运动轴Z的速度，即可达到增进加工效率、降低开发成本以及简化生产流程的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：背景技术一次螺纹车削循环加工路径示意图；

图2：背景技术螺纹车削加工的斜角退刀轴向速度与时间关系示意图；

图3：背景技术螺纹车削循环加工的流程图；

图4：本发明提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统示意图；

图5：本发明一次螺纹车削循环加工路径示意图；

图6：本发明螺纹车削循环加工的流程图。

具体实施方式

如图4所示，提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统300包含一加工机31，加工机可以是一卧式加工机，其具有一刀具311、一加工旋转轴312、一实体运动轴X、一实体运动轴Y以及一实体运动轴Z，其中加工旋转轴312用以夹取加工工件313，刀具311位于加工工件313上方，当执行螺纹车削循环加工时，刀具311沿着实体运动轴X与实体运动轴Z方向移动，另外，还包含一数值控制装置32，其与加工机31电性连接，用以加载并执行一螺纹加工程序以及控制刀具311的运作，并且可提供使用者输入螺纹种类，其螺纹种类包含一公制螺纹与一英制螺纹，以简化螺纹车削循环加工流程。

如图5所示，刀具311首先定位于一起始点3A，接着，刀具311沿着实体运动轴X方向下降至一车削深度点3B，使得刀具311可接触加工工件313进行螺纹车削加工。

当刀具311接触到加工工件313时，夹载加工工件313的加工旋转轴旋转，且刀具311由车削深度点3B沿着实体运动轴Z方向移动，并车削加工工件313至一退刀起始点3C，此时，数值控制装置32根据使用者所输入的螺纹种类计算出刀具311从加工工件313底部至完全离开加工工件313的一退刀时间，而数值控制装置32进一步根据退刀时间进行实体运动轴X与实体运动轴Z的轴向动程规划，并且将实体运动轴X轴与实体运动轴Z轴的轴向动程规划结果整合为一退刀程序，刀具311在退刀起始点3C移动至一退刀终点3D根据退刀程序完成退刀动作，接着，刀具311从退刀终点3D沿实体运动轴Z方向移动，至一车削循环终点3E，最后，刀具311再从车削循环终点3E沿着实体运动轴Z方向移动至起始点3A，完成一次螺纹车削循环加工之路径。

如图6，螺纹车削循环加工流程：

首先，如步骤401所示，先输入一螺纹加工程序至数值控制装置32，螺纹加工程序主要包含快速定位移动程序以及螺纹车削加工程序，接着执行步骤402，再输入一螺纹种类至数值控制装置32中，螺纹种类包含一公制螺纹与一英制螺纹，接着进行步骤403，数值控制装置32根据螺纹种类可得到螺纹节距与螺纹牙深的关系式，可进一步计算刀具311从加工工件313底部至完全离开加工工件313的退刀时间，接着进行步骤404，数值控制装置32根据步骤403所得到的退刀时间，进行刀具311沿实体运动轴X轴与Z轴之轴向动程规划，并进行一插值运算分别产生一X轴插值命令与一Z轴插值命令，接着进行步骤405，数值控制装置32将步骤404所完成之X轴插值命令与Z轴插值命令整合为一退刀程序，并决定X轴插值命令需提前于退刀时间发送而控制实体运动轴X运动，接着再发送Z轴插值命令控制实体运动轴Z运动，而步骤406将步骤405所得到的退刀程序以及步骤401所输入的螺纹加工程序整并为一最终加工程序，最后，步骤407为依据最终加工程序进行螺纹车削循环加工大量生产。

由加工机与数值控制装置所组成，数值控制装置提供使用者输入一螺纹种类，使得数值控制装置根据螺纹种类计算加工机的刀具从加工工件底部完全脱离加工工件的退刀时间，且数值控制装置可根据退刀时间进行刀具沿实体运动轴X与Z之一轴向动程规划。

综上所述，本发明提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统，可提供使用者输入螺纹种类，而不需重复设定螺纹导角角度与螺纹导角值，并且可根据螺纹种类计算出确切的退刀时间，而不需降低刀具在退刀时实体运动轴Z的速度，即可达到增进加工效率、降低开发成本以及简化生产流程的目的。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1. 提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统，其特征在于：包括加工机，具有一刀具以及一加工旋转轴，其中加工旋转轴用以夹持加工工件，刀具位于加工工件上方，沿一实体运动轴X、一实体运动轴Y或一实体运动轴Z运动，并对加工工件进行螺纹车削加工，实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z系两两互相垂直，以及数值控制装置，电性连接加工机，用以加载并执行螺纹加工程序，并依据螺纹加工程序控制刀具沿实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z运动；数值控制装置提供输入一螺纹种类至加工程序，螺纹种类包含一公制螺纹与一英制螺纹，使数值控制装置根据螺纹种类计算刀具从加工工件的底部完全脱离加工工件的退刀时间，并依据退刀时间将实体运动轴X与Z进行一轴向动程规划后，进行一插值运算分别产生一X轴插值命令与一Z轴插值命令，进一步整合为一退刀程序，并决定X轴插值命令需提前于退刀时间发送而控制实体运动轴X运动，接着再发送Z轴插值命令控制实体运动轴Z运动，之后数值控制装置将退刀程序与螺纹加工程序整合为一最终加工程序。

2.根据权利要求1所述的提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制系统，其特征在于：所述加工机为卧式加工机。

3.利用权利要求1所述系统实现提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制方法，其特征在于：

输入一螺纹加工程序于数值控制装置，其包含输入快速定位移动程序以及螺纹车削加工程序，数值控制装置用以控制加工机的刀具运作；

输入一螺纹种类于数值控制装置，其包含输入公制螺纹与英制螺纹；

根据螺纹种类计算刀具的实体运动轴X与实体运动轴Z的退刀时间；

根据退刀时间进行实体运动轴X与实体运动轴Z的轴向动程规划，并进行插值运算后分别产生X轴插值命令与Z轴插值命令；

整合X轴插值命令与Z轴插值命令为退刀程序；

整合退刀程序与螺纹加工程序为最终加工程序。

4.根据权利要求3所述的提升螺纹车削速度与加工精度的数值控制方法，其特征在于：所述加工机为卧式加工机。

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