CN103878635B - 机床控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种机床控制系统，其包括控制模组、输入模组、车刀进给模组、第一滑动模组、第二滑动模组、铣刀进给模组、铣刀、车刀及能够转动地工作台。车刀与车刀进给模组相接，铣刀进给模组与铣刀相接，控制模组分别与输入模组、车刀进给模组、第一滑动模组、第二滑动模组、铣刀进给模组及工作台电性相连。第一滑动模组用于驱动车刀进给模组及铣刀进给模组沿第一方向滑动，第二滑动模组用于驱动所述车刀进给模组及铣刀进给模组沿与第一方向垂直的第二方向滑动。车刀进给模组驱动车刀沿与第一方向及第二方向均垂直的第三方向作往复运动。铣刀进给模组驱动铣刀沿第三方向运动及绕平行于第三方向的第一轴线转动。机床控制系统能够进行车铣复合加工。

Description

机床控制系统
技术领域
本发明涉及一种切削设备控制系统，尤其涉及一种用于车铣复合加工的机床控制系统。
背景技术
数控机床是广泛应用于机械加工、制造业的重要设备。通常一种数控机床仅用于一种工艺的加工。然而，由于工艺上的限制及对加工精度的要求，一种工艺很难满足加工需求。例如，一些电子装置的金属壳体，如平板电脑、手机的壳体，通常包括顶部区域及由顶部区域边缘向同一侧弯折延伸形成的边缘区域。顶部区域通常面积较大，且为具有非回转特征的平面或曲面。由于传统的铣床为非连续性铣削，面积相对较大的顶部区域若用铣刀铣削加工处理，则很难一次性达到所要求的表面光洁度。若在铣床铣削后采用抛光等后续处理，无疑增加了加工时间。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种能够提高加工效率的机床加工系统。
一种机床控制系统，其包括控制模组、输入模组、车刀进给模组、第一滑动模组、第二滑动模组、铣刀进给模组、铣刀、车刀及能够转动地工作台。车刀与车刀进给模组相接，铣刀进给模组与铣刀相接，控制模组分别与输入模组、车刀进给模组、第一滑动模组、第二滑动模组、铣刀进给模组及工作台电性相连。第一滑动模组用于驱动所述车刀进给模组及铣刀进给模组沿第一方向滑动，第二滑动模组用于驱动所述车刀进给模组及铣刀进给模组沿与第一方向垂直的第二方向滑动。当所述第一滑动模组驱动所述车刀进给模组沿第一方向运动或所述第二滑动模组驱动所述车刀进给模组沿第二方向运动的同时，所述车刀进给模组能够驱动所述车刀以一定频率及距离沿与第一方向及第二方向均垂直的第三方向持续做往复运动，并配合工作台带动工件旋转以对工件进行持续车削，所述车刀沿第三方向的往复运动的距离随所述车刀沿第一方向或第二方向的移动而变化，进而加工出具有3D曲面的工件；铣刀进给模组能够驱动铣刀沿第三方向运动及绕平行于第三方向的第一轴线转动。工作台能够绕平行于第三方向的第二轴线或平行于第二方向的第三轴线转动。
本发明提供的机床控制系统可进行车铣复合加工，从而提高了加工效率进加工精度。
附图说明
图1所示为本发明实施方式的机床的立体示意图。
图2所示为本发明实施方式的机床控制系统。
图3所示为本发明实施方式的经机床控制系统加工处理过的工件的立体示意图。
图4所示为图3所示的工件的立体剖示图。
图5采用图2所示机床控制系统的车刀加工时的平面轨迹示意图。
主要元件符号说明
机床 200
机台 11
工作台 90
第一滑动模组 13、50
第二滑动模组 14、60
车刀进给模组 15、30
铣刀进给模组 17、40
机床控制系统 100
车刀 70
铣刀 80
输入模组 10
控制模组 20
位置控制单元 21
切换控制单元 23
旋转控制单元 25
运动轨迹 400
起始点 A
终点 O
工件 300
顶部区域 301
边缘区域 303
倒角区域 305
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1和图2，本发明实施方式中的机床控制系统100以及其所采用的机床200，以进行车铣复合加工。机床200包括输入模组10(如图2所示)、与输入模组10电性连接的控制模组20(如图2所示)、机台11、工作台90、第一滑动模组13、第二滑动模组14、车刀进给模组15及铣刀进给模组17。第一滑动模组13设置于机台11上。工作台90能够转动地设于第一滑动模组13下方。第二滑动模组14滑动设置于第一滑动模组13上，车刀(图未示)设置于车刀进给模组15上，铣刀(图未示)设于铣刀进给模组17上。工件300(如图3所示)定位于工作台90上。控制模组20分别与第一滑动模组13、第二滑动模组14、车刀进给模组15、铣刀进给模组17及工作台90电性相连。第一滑动模组13驱动第二滑动模组14带动车刀进给模组15及铣刀进给模组17沿X轴方向(第一方向)滑动，第二滑动模组14驱动车刀进给模组15及铣刀进给模组17沿Y轴方向(第二方向)滑动。车刀进给模组15带动所述车刀沿Z轴方向(第三方向)往复运动。铣刀进给模组17能够驱动该铣刀沿Z轴方向运动及绕γ轴(平行第三方向)转动。工作台90能够带动工件300绕α轴(平行第二方向)及β轴(平行第三方向)旋转。
请同时参阅图3与图4，经由机床200加工处理过的工件300为平板电脑或手机的金属材质制成的壳体，其大致为中空矩形块状。工件300包括一个顶部区域301及由顶部区域301的侧面延伸弯折形成的边缘区域303，以及环绕边缘区域303外围的倒角区域305。顶部区域301的面积较大。边缘区域303远离顶部区域301部分大致为平面，其包括四个侧面3030。每两个侧面3030通过一个拐角3031相接。本实施方式中，顶部区域301为具有非回转特征的3D曲面。边缘区域303远离顶部区域301部分大致为平面。待加工的工件300包括顶部、与顶部相接的侧部，以及环绕侧部并远离顶部的端面。本发明实施例中，需依次对待加工的工件300的顶部、侧部及环绕侧部并远离顶部的端面进行加工处理。
本发明实施方式的机床控制系统100用于加工待加工的工件300，其包括输入模组10、控制模组20、车刀进给模组30、铣刀进给模组40、第一滑动模组50、第二滑动模组60、车刀70、铣刀80及工作台90。
输入模组10与控制模组20电性相连，输入模组10用于输入各个加工过程中的车刀进给模组30或铣刀进给模组40沿X轴方向、Y轴方向的移动范围及移动速率、车刀70的高速往复运动的频率及距离、铣刀80绕γ轴转动的转速及工作台90的转速等控制参数。
控制模组20与车刀进给模组30、铣刀进给模组40、第一滑动模组50、第二滑动模组60及工作台90电性相接，用于控制车刀进给模组30、铣刀进给模组40、第一滑动模组50、第二滑动模组60及工作台90。控制模组20包括位置控制单元21、切换控制单元23及旋转控制单元25。位置控制单元21与第一滑动模组50及第二滑动模组60电性相接，以控制车刀进给模组30及铣刀进给模组40沿X/Y轴进行平移。切换控制单元23与车刀进给模组30及铣刀进给模组40电性相接，以控制车刀进给模组30及铣刀进给模组40之间的切换及运作。旋转控制单元25与工作台90电性相接，以控制工作台90的转动。本实施方式中，工作台90的转速范围为100-900转/分钟。车刀70与车刀进给模组30上的刀座(图未示)固定相连。铣刀80与铣刀进给模组40转动相接。
车刀进给模组30用于驱动车刀70沿Z轴方向高速往复运动，车刀70沿Z轴方向的高速往复运动的频率为500-3200次/分钟。
铣刀进给模组40包括线性移动单元41及转动单元43。线性移动单元41用于驱动铣刀80沿Z轴方向运动，转动单元43用于驱动铣刀80绕γ轴转动。
本发明实施方式中，首先模拟加工出工件300的顶部区域301、边缘区域303及倒角区域305的控制参数。接着，通过输入加工出顶部区域301、边缘区域303及倒角区域305的控制参数，依次设定各个加工过程中车刀70、铣刀80沿X轴、Y轴方向的移动范围及移动速度、工作台90的转速、车刀70沿Z轴方向的高速往复运动的频率及振幅，以及铣刀80转动的转速。机床控制系统100加工的顶部区域301的面粗糙度的均值为0.2-1.0微米。
下面以加工出图3及图4所示的工件300的顶部区域301、边缘区域303及倒角区域305为例，说明本发明的机床控制系统100加工工件300的控制过程。
输入工件300的顶部区域301的控制参数。经由输入模组10设定车刀进给模组30于X轴及Y轴方向的移动范围，移动速率v1，车刀70的加工时间t1，工件300从加工开始到工件300加工完毕的过程中，车刀进给模组30沿Y轴方向移动的起始位置为工件300的边缘上的一点，车刀进给模组30沿Y轴方向移动的终点位置为工件300顶部的中心点；设定车刀70沿Z轴方向的高速往复运动的频率为f、距离为H；工作台90的转速为r1。其中H随着车刀进给模组30沿Y轴的移动逐渐变小。本发明实施方式中，工作台90绕β轴的转速r1最高达600转/分钟，车刀70沿Z轴方向的高速往复运动的频率f为2500次/分钟。
输入工件300的边缘区域303的控制参数。经由输入模组10设定铣刀进给模组40在加工工件300的侧部过程中的X轴及Y轴移动范围，设定铣刀进给模组40带动铣刀80沿X轴/Y轴的移动速率为v2，铣削出边缘区域303的总加工时间t2，铣刀80转动的转速r2，铣刀80的预设加工路径。从加工开始到加工结束的过程中，铣刀80绕工件300边缘轮廓移动进行铣削。
输入工件300的倒角区域305的控制参数。经由输入模组10设定工作台90在各个加工过程中绕α轴及β轴的转动角度，铣刀进给模组40在加工出倒角区域305过程中的X轴及Y轴移动范围，设定铣刀进给模组40带动铣刀80沿X轴/Y轴的移动速率为v3，铣削出倒角区域305的加工时间t3，铣刀80转动的转速r3，铣刀80的预设加工路径。从加工开始到工件300加工结束的过程中，铣刀80绕工件300边缘轮廓循环移动进行铣削。
切换控制单元25发出信号给位置控制单元21及车刀进给模组30。位置控制单元21控制第一滑动模组50驱动车刀进给模组30沿Y轴方向移动。车刀进给模组30沿X轴方向滑动至工件300上方，此时车刀70位于工件300上方，且位于工件300顶部的边缘。位置控制单元21控制第二滑动模组60驱动车刀进给模组30沿Y轴方向按照速率ν1滑动，控制模组20控制工作台90驱动工件300按照转速r1绕α轴旋转，而控制模组20控制车刀进给模组30驱动车刀70沿Z轴方向按照频率f高速往复运动，且高速往复运动的距离H随着车刀进给模组30沿X轴的移动逐渐变小。
请同时参阅图5，在车刀70对工件300的顶部车削加工过程中，车刀70的平面运动轨迹400大致呈螺旋状，车刀70从工件300边缘的一点A按照螺旋状移动轨迹移动至工件300顶部的中心点O以于工件300表面加工出顶部区域301。本发明实施方式中，加工出的工件300顶部区域301的面粗糙度的均值为0.25～0.3微米。
当车刀70的预设加工时间t1到达后，切换控制单元25发出信号给位置控制单元21及铣刀进给模组40，以使位置控制单元21控制车刀进给模组30远离工件300，并使位置控制单元21控制铣刀进给模组40沿X/Y轴平移抵靠工件300的侧部，且铣刀进给模组40驱动铣刀80对工件300的侧部进行铣削加工。
在铣刀80对工件300的侧部进行加工的过程中，首先线性移动单元71驱动铣刀80沿Z轴方向向下运动到达工件300侧部的某一预设位置；接着，转动单元73驱动铣刀80绕γ轴以转速r2转动，进而对该侧部开始进行铣削。同时，第一滑动模组50及第二滑动模组60驱动铣刀进给模组40带动铣刀80沿预设路径相对工件300于X/Y轴方向以速率v2平移，且铣刀进给模组40控制铣刀80相对工件300的进给量，进而铣削加工出工件300的边缘区域303。本实施方式中，工作台90不动。可以理解，在此加工过程中，旋转控制单元25发信号给工作台90绕β轴以一定转速同时进行转动，以配合铣刀进给模组40带动铣刀80的铣削。本发明实施方式中，加工出的工件300的边缘区域301的面粗糙度的均值为0.25～0.3微米。
当铣刀80铣削工件300侧部的预设时间t2到达后，位置控制单元21发出信号给第一滑动模组50及第二滑动模组60，以驱动铣刀进给模组40及铣刀80远离工件300，且铣刀80停止工作。然后，旋转控制单元25发出信号给工作台90，工作台90绕α轴转动，使工件300翻转一定角度，进而使工件300远离顶部的一侧壁端面朝向铣刀80。接着，第一滑动模组50及第二滑动模组60驱动铣刀80抵靠该侧壁端面一预设位置，沿预设路径以速率v3进行移动，同时铣刀进给模组40驱动铣刀80以转速r3进行转动并控制铣刀80相对工件300的进给量，进而完成对该端面进行倒角。之后，旋转控制单元25发出信号给工作台90，工作台90带动工件300绕α轴及β轴转动调整角度，进而使工件300的下一端面朝向铣刀80，且第一滑动模组50及第二滑动模组60驱动铣刀80移动进行配合，进而实现后续铣削倒角。按照此方法，先后对工件300的四个侧边进行铣削倒角。
可以理解，机床控制系统100对于先进行车削还是铣削并未进行限制，其根据实际需要进行设定。
可以理解，工作台90可以设置成多轴转动，其在旋转控制单元25的控制动下进行多轴转动，而铣刀进给模组40配合工作台90的多轴转动沿一预设路径对工件300进行铣削。
可以理解，本发明的机床控制系统100可以通过控制车刀70沿Z轴的高速往复运动的频率f及距离H随时间的变化关系以加工出具有不同形状的3D曲面。
可以理解，本发明的机床控制系统100可以设定Y轴的参数为定值，加工待加工的工件300时，车刀70沿X轴移动的同时沿Z轴方向高速往复运动。
本发明提供的机床控制系统100中，可一次性加工完成表面光洁度高的工件300的顶部区域301、边缘区域303及倒角区域305。车刀进给模组30带动车刀70沿X轴方向或Y轴方向滑动的同时，车刀进给模组30带动车刀70沿Z轴方向高速往复运动，使得车刀70沿螺旋状移动轨迹移动，以实现车刀70对工件300的连续车削，从而加工出表面光洁度高的顶部区域301。铣刀进给模组40带动铣刀80沿预设路径绕工件300的侧部进行平移，进而高速铣削出工件300的边缘区域303。在对工件300的端面进行倒角时，配合工作台90的转动，铣刀进给模组40带动铣刀80沿预设路径对工件300进行倒角。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种机床控制系统，其包括输入模组、控制模组、车刀及工作台，所述控制模组与所述输入模组电性相连，其特征在于：所述机床控制系统还包括分别与所述控制模组电性相连的车刀进给模组、第一滑动模组及第二滑动模组、铣刀进给模组及与铣刀进给模组相接的铣刀，所述车刀与所述车刀进给模组相连，所述第一滑动模组用于驱动所述车刀进给模组及所述铣刀进给模组沿第一方向滑动，所述第二滑动模组用于驱动所述车刀进给模组及所述铣刀进给模组沿与第一方向垂直的第二方向滑动，当所述第一滑动模组驱动所述车刀进给模组沿第一方向运动或所述第二滑动模组驱动所述车刀进给模组沿第二方向运动的同时，所述车刀进给模组能够驱动所述车刀以一定频率及距离沿与第一方向及第二方向均垂直的第三方向持续做往复运动，并配合工作台带动工件旋转以对工件进行持续车削，所述车刀沿第三方向的往复运动的距离随所述车刀沿第一方向或第二方向的移动而变化，进而加工出具有3D曲面的工件；所述铣刀进给模组能够驱动所述铣刀沿第三方向运动及绕平行于第三方向的第一轴线转动，所述工作台能够绕平行于第三方向的第二轴线或平行于第二方向的第三轴线转动。
2.如权利要求1所述的机床控制系统，其特征在于：所述铣刀进给模组包括线性移动单元及转动单元，所述线性移动单元驱动所述铣刀沿第三方向的运动，所述转动单元驱动所述铣刀绕第一轴线转动。
3.如权利要求1所述的机床控制系统，其特征在于：所述控制模组包括位置控制单元、切换控制单元及旋转控制单元；所述位置控制单元与第一滑动模组及第二滑动模组电性相接，以控制车刀进给模组及铣刀进给模组运动；所述切换控制单元与所述车刀进给模组及所述铣刀进给模组电性相接，以控制所述车刀进给模组及所述铣刀进给模组之间的切换及运作；所述旋转控制单元与所述工作台电性相接，以控制所述工作台转动。
4.如权利要求3所述的机床控制系统，其特征在于：所述旋转控制单元还能控制所述工作台绕平行于第三方向的第二轴线转动。
5.如权利要求4所述的机床控制系统，其特征在于：所述旋转控制单元控制所述工作台绕平行于第二方向的第三轴线转动。
6.如权利要求1所述的机床控制系统，其特征在于：所述机床控制系统经由所述输入模组输入控制参数，所述控制模组根据所述控制参数以控制所述车刀进给模组及铣刀进给模组沿第一方向、第二方向的移动范围及移动速率，控制所述工作台的旋转速度、控制所述铣刀的转动速度及控制所述车刀沿第三方向往复运动的频率及距离。
7.如权利要求1所述的机床控制系统，其特征在于：所述控制模组控制所述铣刀进给模组带动所述铣刀沿第一方向及第二方向平移的同时，所述控制模组控制铣刀进给模组驱动铣刀绕第一轴线转动。
8.如权利要求1所述的机床控制系统，其特征在于：所述工作台的转速为100-900转/分钟。
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