CN108153238B - 用于孔系加工的数控机床及孔系加工方法 - Google Patents

用于孔系加工的数控机床及孔系加工方法 Download PDF

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Abstract

一种用于孔系加工的数控机床及孔系加工方法，数控机床上加装有孔系加工模块，该孔系加工模块包括：孔系加工孔系形状辨析单元、反向间隙补偿辨析单元、逻辑判断单元、计算单元、输出单元和反馈接收单元；加工方法包括步骤：辨析孔系加工孔系形状为圆周孔系加工、矩形孔系加工或混合孔系加工，辨析反向间隙补偿为第一轴方向补偿、第二轴方向补偿或多方向补偿，输出数据到数控机床，使其定位到用户定义加工位置并对设备的反向间隙进行补偿。本发明优化了孔系加工程序，提高了数控机床在孔系加工时的效能，有效地提升了产品的质量和加工灵活性，并且适用范围广，可用于包括左旋、右旋、通孔和盲孔的孔系加工以及螺纹挤压和切削攻丝加工。

Description

用于孔系加工的数控机床及孔系加工方法
技术领域
本发明涉及金属构件的孔系加工，尤其涉及一种用于孔系加工的数控机床及孔系加工方法，属于金属切削加工技术领域。
背景技术
数控镗铣床、加工中心等设备的应用日益普遍，其所加工的零件种类也越来越多，如何根据零件需要、工艺需要、加工需要进行孔系加工已成为一个值得探究的问题。
伴随着数控技术、刀具技术的快速发展，零件结构的复杂性，孔系加工方式和要求也有了长足的进步。原有数控机床上的固有加工程序循环无法满足新的加工要求。
如何提高数控机床在孔系加工时的效能，减少人为编程时的出错概率和编程时间，并使得技术人员在无需全面了解数控编程的条件下完成数控加工，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于孔系加工的数控机床及孔系加工方法，以提高数控机床在孔系加工时的效能。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种用于孔系加工的数控机床，其加装有孔系加工模块，用于控制数控机床进行孔系加工操作，所述孔系加工模块包括：
孔系加工孔系形状辨析单元，对用户输入数据进行处理，分拣孔系形状信息，其输出连接到计算单元；
反向间隙补偿辨析单元，对用户输入数据进行处理，分拣反向间隙补偿信息，其输出连接到计算单元；
逻辑判断单元，辨识加工过程中逻辑关系并控制逻辑流转；
计算单元，计算孔的位置和反向间隙补偿；
输出单元，根据其他单元给定的机械动作命令和计算单元计算出的加工位置，输出给数控机床进行孔系加工；
反馈接收单元，接收数控机床反馈的信息和数据并反馈给计算单元。
进一步地，所述孔系加工模块还包括数据报警单元，对用户输入的数据进行分析，如有数据不匹配或逻辑错误，通过数控机床的报警单元报警。
进一步地，所述孔系加工模块还包括数据处理单元，将用户输入的数据分解成逻辑判断数据和数值数据，并分别相应地存放入逻辑判断数据存储器或数值数据存储器中。
本发明的另外一个技术方案为：
一种采用上述数控机床实现的孔系加工方法，其包括依序进行的如下步骤：
步骤S2：根据用户输入数据，辨析用户定义孔系加工孔系形状辨析，
当孔系加工孔系形状为单孔时，进行步骤S21：输出孔系形状为单孔的信息给计算单元，而后实施步骤S3，
当孔系加工孔系形状为圆周整列时，进行步骤S22：输出孔系形状为圆周整列的信息给计算单元，而后实施步骤S3，
当孔系加工孔系形状为矩形整列时，进行步骤S23：输出孔系形状为矩形整列的信息给计算单元，而后实施步骤S3，
当孔系加工孔系形状为混合整列时，进行步骤S24：输出孔系形状为混合整列的信息给计算单元，而后实施步骤S3；
步骤S3：根据用户输入数据，辨析用户反向间隙补偿方式，
当需进行反向间隙补偿时，进行步骤S31：输出反向间隙补偿为需反向间隙补偿信息给计算单元，而后实施步骤S4；
当无需进行反向间隙补偿时，进行步骤S32：输出反向间隙补偿为无需反向间隙补偿的信息给计算单元，而后实施步骤S5；
步骤S4：根据用户输入数据，使数控机床用户定义加工要求计算反向间隙补偿后移动到用户所需补偿位置，而后实施步骤S5；
步骤S5：使数控机床用户定义加工要求计算孔的加工位置后移动到用户所需孔位置。
进一步地，所述孔系加工方法还包括步骤S1：数据检测，读取用户定义数据，对孔系形状和孔数量数据进行参数校对，如参数出错，则进行步骤S11：输出错误报警命令给数控机床，使其对用户报警。
进一步地，所述步骤S1还包括：如参数无错误，则进行步骤S12：将用户数据分解为逻辑判断数据和数值数据分别存储。
本发明在数控机床上加装孔系加工模块，能够根据零件需要、工艺需要、加工需要，提供用户不同孔系的加工方案，通过该孔系加工模块控制数控机床实现孔系加工操作。
本发明与现有数控机床加工模块相比，其有益效果是：
1)提高了数控机床在孔系加工时的效能，有效地提升了产品的质量和加工灵活性。
2)优化了孔系加工程序，自动对各孔系的孔位置进行计算，实现了设备的自动反向间隙功能。
3)提供了简便的编程方式，降低了对人员编程能力的要求，减少了人为编程时出错概率和编程时间，使得技术人员在无需全面了解数控编程的条件下完成数控加工。
3)本发明适用范围广，可用于包括左旋、右旋、通孔和盲孔的孔系加工以及螺纹挤压和切削攻丝加工。
附图说明
图1是本发明的数控机床的结构示意图。
图2是本发明的孔系加工方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的用于孔系加工的数控机床及孔系加工方法做进一步的详细阐述，但不应以此来限制本发明的保护范围。
本发明在用于孔系加工的数控机床上加装孔系加工模块，数控机床接受用户以数控宏代码的方式输入的孔系加工的相关尺寸、加工方式等数据，并将这些数据调入孔系加工模块中，通过孔系加工模块控制数控机床进行孔系加工操作，不断进行加工位置的辨别，直至到达规定深度，完成孔系加工。
所述输入数据包含：
1)第一轴反向间隙补偿值。
2)第二轴反向间补偿隙值。
3)孔、孔系加工的选择(单孔加工、孔系加工)。
4)单孔或孔系第一位置在第一轴上偏置距离。
5)单孔或孔系第一位置在第二轴上偏置距离。
6)加工孔系形状的选择(圆周整列、矩阵整列、混合整列)。
7)圆周上孔的数量。
8)第一轴上孔的数量。
9)第二轴上孔的数量。
10)圆周孔系直径。
11)圆周孔系第一孔与第一轴的夹角度数。
12)矩阵孔系在第一轴方向距离。
13)矩阵孔系在第二轴方向距离。
14)矩阵孔系第一孔与第一轴的夹角度数。
本发明所涉及的孔系加工如下：
1)单孔加工。
最普遍的孔定位方式，对每个孔设定坐标。
2)圆周孔系加工。
圆周孔系主要用于压力容器连接固定、安装螺柱等，系统将通过用户设定对孔系上的每个孔进行定位。
3)矩形孔系加工。
矩形孔系主要用于热交换板上的交换孔、箱体类零件连接孔等，系统将通过用户设定对孔系上的每个孔进行定位。
4)混合孔系加工。
混合孔系主要用于机座、机架上各固定螺孔、通孔等，系统将通过用户设定对孔系上的每个孔进行定位。
5)反向间隙补偿。
反向间隙是设备传动机构如齿轮与齿条、蜗轮与蜗杆等之间的间隙引起实际位置与系统读取数据的偏差；在全闭环系统中系统响应或设定精度较低时也会存在反向间隙。系统通过用户设定反馈间隙补偿方向和数值进行补偿。
如图1所示，所述孔系加工模块包括：
1)数据报警单元。
获取用户输入数据，对用户输入的数据进行分析，如有数据不匹配或逻辑错误，通过数控机床报警单元报警。数据报警单元连接数据处理单元，以将正确数据输出到数据处理单元。
2)数据处理单元。
将用户输入的数据分解成逻辑判断数据和数值数据，并相应地存放入逻辑判断数据或数值数据存储器中。
3)逻辑判断数据存储器。
存储逻辑判断数据，如：孔系加工加工位置的选择、反向间隙补偿的选择。
4)数值数据存储器。
存储数值数据，如：第一轴反向间隙补偿值、第二轴反向间补偿隙值、单孔或孔系第一位置在第一轴上偏置距离、单孔或孔系第一位置在第二轴上偏置距离、圆周上孔的数量、第一轴上孔的数量、第二轴上孔的数量、圆周孔系直径、圆周孔系第一孔与第一轴的夹角度数、矩阵孔系在第一轴方向距离、矩阵孔系在第二轴方向距离、矩阵孔系第一孔与第一轴的夹角度数。
5)孔系加工孔系形状辨析单元。
对逻辑判断数据存储器存储的逻辑判断数据进行处理，分拣孔系形状信息，其输出连接到计算单元。
6)反向间隙补偿辨析单元。
对逻辑判断数据存储器存储的逻辑判断数据进行处理，分拣反向间隙补偿信息，其输出连接到计算单元。
7)逻辑判断单元。
辨识加工过程中逻辑关系，控制逻辑流转。
8)计算单元。
孔的位置、反向间隙补偿。
9)输出单元。
根据其他单元给定的机械动作命令和计算单元计算出的加工位置，输出给数控机床进行孔系加工加工。
10)反馈接收单元。
接收数控机床反馈的信息并将刀具刀尖所停留位置输送给逻辑判断单元。
如图2所示，本发明所述的数控机床的孔系加工方法包括依序进行的以下步骤：
步骤S1：数据检测，其读取用户定义数据，对孔系形状、孔数量等数据进行参数校对；如参数出错，则进行步骤S11：输出错误报警命令给数控机床，使其对用户报警；如参数无错误，则进行步骤S12：将用户数据分解为逻辑判断数据和数值数据分别存储。
步骤S2：根据用户输入数据，辨析用户定义孔系加工孔系形状辨析：当孔系加工孔系形状为单孔时，进行步骤S21：输出孔系形状为单孔的信息给计算单元，而后实施步骤S3；当孔系加工孔系形状为圆周整列时，进行步骤S22：输出孔系形状为圆周整列的信息给计算单元，而后实施步骤S3；当孔系加工孔系形状为矩形整列时，进行步骤S23：输出孔系形状为矩形整列的信息给计算单元，而后实施步骤S3；当孔系加工孔系形状为混合整列时，进行步骤S24：输出孔系形状为混合整列的信息给计算单元，而后实施步骤S3。
步骤S3：根据用户输入数据，辨析用户反向间隙补偿方式：当需进行反向间隙补偿时，进行步骤S31：输出反向间隙补偿为需反向间隙补偿信息给计算单元，而后实施步骤S4；当无需进行反向间隙补偿时，进行步骤S32：输出反向间隙补偿为无需反向间隙补偿的信息给计算单元，而后实施步骤S5。
步骤S4：根据用户输入数据，使数控机床用户定义加工要求计算反向间隙补偿后移动到用户所需补偿位置，而后实施步骤S5。
步骤S5：使数控机床用户定义加工要求计算孔的加工位置后移动到用户所需孔位置。
此外，系统根据用户设定的孔系形状对无关的数据进行自动清零，无需用户设定；同时建议设定反向间隙补偿进行系统及结构间隙进行固有频率的补偿，提高孔的定位精度，数值不用设置较大。
以下为采用本发明的加工方法进行加工的实例：
实例一，船用气缸盖贯穿螺钉通孔孔系加工。
加工分析：船用低速柴油机一般较大，缸体、缸套、气缸盖分别成为单独的零件，通过贯穿螺钉将三者连接。气缸盖上的贯穿螺钉通孔一般为6或8圆周等分孔系布置，并以气缸盖轴线为圆心。
加工设定：设定第一轴反向间隙补偿值为5，设定第二轴反向间补偿隙值为5，设定孔、孔系加工的选择为孔系加工，设定单孔或孔系第一位置在第一轴上偏置距离为0，设定单孔或孔系第一位置在第二轴上偏置距离为0，设定加工孔系形状的选择为圆周孔系，设定圆周上孔的数量为8，设定圆周孔系直径为785，设定圆周孔系第一孔与第一轴的夹角度数为22.5°。
当设定的孔系结构与数量、距离数据逻辑关系有误时，孔系加工模块会提供孔系设定报警信号给数控机床并通过机床报警告知用户设定信息错误。
数控机床加工动作：1到达安全起刀点；2到达用户设定的反向间隙补偿点；3到达用户设定的加工点位；4根据用户设定加工该孔(调用其他模块进行加工)5到达用户设定的下一个反向间隙补偿点；6到达用户设定的下一个加工点位；7加工完所有孔。
实例二，船用气缸体贯穿螺钉螺孔孔系加工。
加工分析：船用低速柴油机一般较大，缸体、缸套、气缸盖分别成为单独的零件，通过贯穿螺钉将三者连接。气缸盖上的贯穿螺钉通孔一般为6或8圆周等分孔系布置，并以气缸盖轴线为圆心。
加工设定：设定第一轴反向间隙补偿值为5，设定第二轴反向间补偿隙值为5，设定孔、孔系加工的选择为孔系加工，设定单孔或孔系第一位置在第一轴上偏置距离为645，设定单孔或孔系第一位置在第二轴上偏置距离为0，设定加工孔系形状的选择为混合孔系，设定圆周上孔的数量为8，设定第一轴上孔的数量为6，设定第二轴上孔的数量为0，设定圆周孔系直径为785、设定圆周孔系第一孔与第一轴的夹角度数为22.5°，设定矩阵孔系在第一轴方向距离为850，设定矩阵孔系在第二轴方向距离为0，设定矩阵孔系第一孔与第一轴的夹角度数为0。
当设定的孔系结构与数量、距离数据逻辑关系有误时，孔系加工模块会提供孔系设定报警信号给数控机床并通过机床报警告知用户设定信息错误。
数控机床加工动作：1到达安全起刀点；2到达用户设定的反向间隙补偿点；3到达用户设定的加工点位；4根据用户设定加工该孔(调用其他模块进行加工)5到达用户设定的下一个反向间隙补偿点；6到达用户设定的下一个加工点位；7加工完所有孔。
上述仅为本发明的优选实施例，必须指出的是，所属领域的技术人员凡依本发明申请内容所作的各种等效修改、变化与修正，都应成为本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种采用数控机床实现的孔系加工方法，其特征在于，所述数控机床上加装有孔系加工模块，用于控制数控机床进行孔系加工操作，所述孔系加工模块包括：
孔系加工孔系形状辨析单元，对用户输入数据进行处理，分拣孔系形状信息，其输出连接到计算单元；
反向间隙补偿辨析单元，对用户输入数据进行处理，分拣反向间隙补偿信息，其输出连接到计算单元；
逻辑判断单元，辨识加工过程中逻辑关系并控制逻辑流转；
计算单元，计算孔的位置和反向间隙补偿；
输出单元，根据其他单元给定的机械动作命令和计算单元计算出的加工位置，输出给数控机床进行孔系加工；
反馈接收单元，接收数控机床反馈的信息和数据并反馈给计算单元；
所述孔系加工方法包括依序进行的如下步骤：
步骤S2：根据用户输入数据，辨析用户定义孔系加工孔系形状辨析，
当孔系加工孔系形状为单孔时，进行步骤S21：输出孔系形状为单孔的信息给计算单元，而后实施步骤S3，
当孔系加工孔系形状为圆周整列时，进行步骤S22：输出孔系形状为圆周整列的信息给计算单元，而后实施步骤S3，
当孔系加工孔系形状为矩形整列时，进行步骤S23：输出孔系形状为矩形整列的信息给计算单元，而后实施步骤S3，
当孔系加工孔系形状为混合整列时，进行步骤S24：输出孔系形状为混合整列的信息给计算单元，而后实施步骤S3；
步骤S3：根据用户输入数据，辨析用户反向间隙补偿方式，
当需进行反向间隙补偿时，进行步骤S31：输出反向间隙补偿为需反向间隙补偿信息给计算单元，而后实施步骤S4；
当无需进行反向间隙补偿时，进行步骤S32：输出反向间隙补偿为无需反向间隙补偿的信息给计算单元，而后实施步骤S5；
步骤S4：根据用户输入数据，使数控机床用户定义加工要求计算反向间隙补偿后移动到用户所需补偿位置，而后实施步骤S5；
步骤S5：使数控机床用户定义加工要求计算孔的加工位置后移动到用户所需孔位置。
2.如权利要求1所述的孔系加工方法，其特征在于，所述孔系加工方法还包括步骤S1：数据检测，读取用户定义数据，对孔系形状和孔数量数据进行参数校对，如参数出错，则进行步骤S11：输出错误报警命令给数控机床，使其对用户报警。
3.如权利要求2所述的孔系加工方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：如参数无错误，则进行步骤S12：将用户数据分解为逻辑判断数据和数值数据分别存储。
4.如权利要求1所述的孔系加工方法，其特征在于，所述孔系加工模块还包括数据报警单元，对用户输入的数据进行分析，如有数据不匹配或逻辑错误，通过数控机床的报警单元报警。
5.如权利要求1所述的孔系加工方法，其特征在于，所述孔系加工模块还包括数据处理单元，将用户输入的数据分解成逻辑判断数据和数值数据，并分别相应地存放入逻辑判断数据存储器或数值数据存储器中。
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