CN109014451A - 多头高效机加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种多头高效机加工方法，包括：A、设置一个多头高效机加工中心，多头高效机加工中心采用龙门架构，龙门架横梁上至少配置3个以上X轴移动平台，每个X轴移动平台上配置一个Z轴移动平台，每个Z轴移动平台上安装加工主轴，移动平台均采用直线电机驱动；B、加工主轴设置在同一中心线，每个加工主轴在Y方向控制偏差；C、刀具径向补偿，单独调用相对应的加工主轴来补偿，其他的加工主轴则停留在安全位置。本发明采用多头同步加工的方式来解决生产效率，从而提高利润率，同时也解决了多头共用同一加工平台而导致的加工工艺问题。

Description

多头高效机加工方法
技术领域
本发明涉及金属、玻璃及陶瓷等复合材质的机加工设备。
背景技术
由于目前市面上常规的加工中心，仅是单头或者再多也只有两个头同时加工。使用传统的伺服+丝杆这种间接转换的运动方式，由于丝杆是通过摩擦滚动方式驱动，固有的摩擦发热导致精度变化，高速的状态导致丝杆寿命急剧下降，无法稳定的生产出合格的产品，且效率难以进一步提高；效率远不及目前市场给出的加工报价；再者多头的丝杆传动方式对整体的结构增加非常大的难度及稳定性，会对加工造成非常严重的工艺问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多头高效机加工方法，提供工作效率。
本发明的目的可以这样实现，设计一种多头高效机加工方法，包括A、设置一个多头高效机加工中心，多头高效机加工中心采用龙门架构，龙门架横梁上沿横梁长度方向设置一组横梁直线导轨，横梁直线导轨上至少配置3个以上X轴移动平台，X轴移动平台沿横梁直线导轨左右移动；每个X轴移动平台上配置一个Z轴移动平台，每个Z轴移动平台上安装用于机加工的加工主轴，Z轴移动平台相对X轴移动平台上下移动；加工平台设置在Y轴移动平台上，Y轴移动平台前后移动，加工平台设置在龙门架横梁下方，加工平台为共用平台；X、Z轴移动平台均采用直线电机驱动；加工平台上或加工平台的两侧安装加工主轴位置相对应的刀库，刀库的数量与加工主轴的数量相同；
B、加工主轴设置在同一中心线，加工主轴在Y方向的绝对坐标相对一致或偏差控制在0.005mm以下；
C、刀具径向补偿，单独调用相对应的加工主轴来补偿，而补偿时其他的加工主轴则停留在安全位置。
进一步地，对于多轴同步刚性攻牙，采用多通道控制系统，加工指令发出后，通过多个通道，每个通道控制相对应的Z轴移动平台和加工主轴；每个通道间独立的判断相对应的Z轴移动平台和加工主轴的频率，智能的控制所需的进给。
进一步地，Z轴移动平台配备以平衡Z轴移动平台自重的平衡装置
更进一步地，平衡装置为锁紧气缸或者磁力弹簧。
进一步地，刀具径向补偿，首先加工完成后需要确认加工工件的偏差是否符合实际要求，通过测量得出了每个加工工件的实际偏差值，将偏差值输入到相对应的补偿表内；系统比对判断出了相对应的偏差值，调取相对应的程序及其对应的加工主轴进行加工。
进一步地，横梁上安装固定横梁直线导轨，X轴移动平台上设有第一连接板，第一连接板上安装与横梁直线导轨配合的第一组导轨滑块，X轴移动平台上设有第二连接板，第二连接板上设有第二组导轨滑块，第二组导轨滑块固定在第二连接板上；Z轴移动平台上设置第三连接板，第三连接板上固定第三组直线导轨，各个移动平台均配有行程反馈尺。
进一步地，横梁平面上沿横梁直线导轨设置定子，各个X轴移动平台上分别设置动子，所有X轴移动平台共用同一条横梁上的定子。
更进一步地，刀库采用DD马达驱动的圆盘刀库。
本发明采用多头同步加工的方式来解决生产效率，从而提高利润率，同时也解决了多头共用同一加工平台而导致的加工工艺问题。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
一种多头高效机加工方法，包括：
A、设置一个多头高效机加工中心，如图1所示，多头高效机加工中心采用龙门架构，龙门架横梁2上沿横梁长度方向设置一组横梁直线导轨21，横梁直线导轨21上至少配置3个以上X轴移动平台3，X轴移动平台3沿横梁直线导轨21左右移动；每个X轴移动平台3上配置一个Z轴移动平台4，每个Z轴移动平台4上安装用于机加工的加工主轴6，Z轴移动平台4相对X轴移动平台3上下移动；加工平台7设置在Y轴移动平台5上，Y轴移动平台5前后移动，加工平台7设置在龙门架横梁2下方，加工平台7为所有加工工件的共用加工平台；X轴移动平台3、Z轴移动平台4采用直线电机驱动；加工平台7上或加工平台7的两侧安装加工主轴位置相对应的刀库8，刀库8的数量与加工主轴6的数量相同。
横梁直线导轨21至少平行设置两条形成导轨组或是一宽条(实质隐含两条)的形式，使得X轴移动平台3移动平稳不会翻转。Y轴移动平台5可以采用直线电机驱动，也可以采用丝杆等驱动方式，较佳的是采用直线电机驱动。
各电机的控制通过数控系统进行控制。
B、加工主轴设置在同一中心线，每个加工主轴在Y方向的绝对或相对位置坐标相对一致或位置尺寸偏差控制在0.005mm以下。
本发明减少了工件二次定位两个方向的偏差(主要是解决工件前后和左右的位置，Z轴移动平台相对独立的是可以自由调节高度，故只需保证两个方向的偏差既可)。为了进一步提高二次定位的效率，加工主轴在安装调试是严格控制在同一个中心线，与横梁平行，多个头的其中一个方向(本实施例为Y向即前后方向)的偏差在0.005以下。这样一来配合横梁的X轴移动平台，既可以轻易的解决左右问题，由于是在同一横梁上配置了多个X轴移动平台，且相对独立所以左右的位置可以通过操作系统，移动相对应的轴，随即设定相对应的工件坐标既可以。
C、刀具径向补偿，单独调用相对应的加工主轴来补偿，而补偿时其他的加工主轴则停留在安全位置。刀具径向补偿，首先加工完成后需要确认加工工件的偏差是否符合实际要求，通过测量得出了每个加工工件的实际偏差值，将偏差值输入到相对应的补偿表内；系统比对判断出了相对应的偏差值，调取相对应的程序及其对应的加工主轴进行加工。
刀具径向补偿主要用于加工时刀具的损耗或者刀具偏摆导致加工件的轮廓出现实际偏差。由于同时加工时机械结构的限制导致无法每个工件各自补偿，本案例采用共用同一个加工平台，平台上同时放置了多个工件，故无法独立实现径向补偿。因此采用了单独调用加工主轴来补偿，而补偿时其他的加工主轴则停留在安全位置，这样不会干预到正在加工的加工主轴运动的范围。
由于是第一次检测是在首次加工完成后才进行的，所以需要调取相对应的加工，到后续的加工就可以直接智能判断相对应的补偿值，直接完成加工，其中途无需人工干预。这样大大的减少人工提高加工效率和良品率。例如：同时加工了3个工件，其中会出现的概率有3个不同的偏差值或其中两个相同的偏差值，当3个不同偏差值时，设备会智能采用3个加工主轴分别分3次对应加工；单有两个相同偏差时，只需要分别采用两次对应加工，这样可进一步的节约了加工时效。
D、对于多轴同步刚性攻牙，采用多通道控制系统，加工指令发出后，通过多个通道，每个通道控制相对应的Z轴移动平台和加工主轴；每个通道间独立的判断相对应的Z轴移动平台和加工主轴的频率，智能的控制所需的进给。
本发明采用龙门结构，在同一横梁上布置多个X轴移动平台，每个X轴移动平台配置有Z轴移动平台，Z轴移动平台连接了加工主轴，其相对独立。同用一个加工平台。可以有效的解决由于需要二次定位或者因加工所需的工序。如：加工工序量超出刀具量。举例：当一个工件需要大概30把刀具的工序才能完全加工完成，但是多数的数控机台的刀具数量只有24把刀，此时就需要调转到另外一台机台或者重新换掉原有的24把刀，才能继续完成剩余的加工工序。
横梁上安装固定横梁直线导轨，X轴移动平台上设有第一连接板，第一连接板上安装与横梁直线导轨配合的第一组导轨滑块，X轴移动平台上设有第二连接板，第二连接板上设有第二组导轨滑块，第二组导轨滑块固定在第二连接板上；Z轴移动平台上设置第三连接板，第三连接板上固定第三组直线导轨，第三组直线导轨与第三组导轨滑块配合，采用动导轨的方式。如图1所示，各个移动平台配有行程反馈尺10，反馈尺可以采用光栅尺或磁栅尺或其他可以检测位移的器件和装置。Z轴移动平台4配备以平衡Z轴移动平台自重的平衡装置9。平衡装置为锁紧气缸或者磁力弹簧或则可实现相同功能的其他装置。Z轴移动平台由于是采用直线电机驱动，为了能够在非使用状态下Z轴移动平台处于一定到安全高度，本实施例故配置了相对应缸径的锁紧气缸，锁紧气缸分缸体与锁紧部分，通过气路控制，可以使得Z轴移动平台处于安全高度位置，还起到平衡Z轴移动平台自重。对于直线电机，平衡气缸或者磁力弹簧或则可实现相同功能的其他装置是必需品，相比较，锁紧气缸成本较优。
横梁平面上设置定子，X轴移动平台上设置动子，所有X轴移动平台共用同一条横梁上的定子。本发明由于采用共用同一直线定子和统一的动子结构，直线电机的安装调试都相对容易，这样整体提高了运动部件的安装调试效率，相较传统丝杆的安装调试，直线电机安装调试可以大幅减少机器整体的调教时间，不同程度的提高机器装配效率，并有效降低对装配人员的技能要求。
传统的直线电机一般线圈组件运动，磁铁组件固定不动为定子，而Z轴移动平台驱动采用磁铁组件运动、线圈组件固定的运动方式，这样新的直线电机动、定子形式主要优势在于：1.减少线缆运动造成不稳定的可能性，2.在短行程的状态下磁铁组件相对线圈组件的质量相对更轻巧，可以有效的提高电机的动态响应。
加工平台上后部或加工平台两侧安装加工主轴位置相对应的刀库，刀库的数量与加工主轴的数量相同。由于高度的限定，本实施例中，刀库采用DD马达驱动的圆盘刀库。由于在一个有限的空间下，要加入市面上通过减速机+电机配置的刀库，在空间上难以满足此发明的需求，故采用DD马达直接驱动的方式，这样抛去减速机的庞大机构，且直接驱动的方式可以减少因转换的误差，速度上也得到了很大的提升。
Z轴移动平台连接板上配置了加工主轴，加工主轴采用同步电机主轴。加工主轴最终的各个几何精度及空间几何精度应保证在一定的范围，否则加工主轴的负载会出现较大的差异，极大的影响了刀具和加工主轴的使用寿命。本实施例中，采用机械千分表配合大理石检具测量安装各个轴向偏差，通过激光干涉仪来最终决定精度范围。由于每个X轴移动平台都独立配置了Z轴移动平台，Z轴移动平台又安装加工主轴，且X轴移动平台是相对独立的，通过这样的配置，可以实现同步三个主轴同时对三个工件进行同时加工，由于在加工的过程中会出现各种加工偏差，由于刀具的磨耗，会出现径向和高度连个维度的偏差，此时这种结构就可以在检测出各个工件的偏差是单独做出相对的补偿，已达到最终产品的验收标准。例如：工件1的偏差值在0.02mm，工件2的偏差值在0.04mm，工件3的偏差在0.05mm等，实际客户需求精度在0.01mm，此时需要在系统中补偿相对应的偏差值，然后独立的调出相对应的主轴进行修整，以解决同时加工带来的偏差；当然也会出现工件1、工件2偏差值是相同的或工件2、工件3偏差值相对…以此类推的各种现象均可以采取独立的调出相对应的加工主轴进行修整。当出现两个相对时可以同时调用相对应的加工主轴同时加工，再者出现单独加工时，其余的两个可以停置于安全位置，让出加工主轴所需的加工范围，这样灵活的调度就可以大大的减少电力的损耗，进一步的复合节能减排的理念。
多个轴同步刚性攻牙，其主要难点在首先加工主轴需要实时反馈真实有效的旋转角度，这样就需要加工主轴有相对应点旋转编码器且能精准的控制，本发明采用了同步电主轴(没有任何间接传动)；还要配合相对应的Z轴移动平台，对其进行螺纹进给。由于是多个轴同时加工，虽说系统已经可以很精准的控制同步性，但是实际还是存在细微的迟延，就因为有迟延故实际会出现加工的工件出现工件的螺纹是乱纹(即非正常螺纹)或出现丝锥蹦断的问题。为了保证工件的良率和丝锥的损耗，本发明采用多通道控制系统，加工指令发出后，通过多个通道，每个通道控制相对应的Z轴移动平台和加工主轴；每个通道间独立的判断相对应的Z轴移动平台和加工主轴的频率，智能的控制所需的进给。从而解决了多轴刚性攻牙的效率和良率。
本发明简化了多头机构的分布的结构，共用横梁上的直线导轨，通过此方式可以容易实现和统一头部的结构。而传统的丝杆+伺服结构，在整体的排布上较难实现同用横梁上的直线导轨，且超过3个或以上时会对整体的结构产生较大的变化，浪费资源。
本发明整体的结构布局，可以提高用户的工艺调整时间，主要归结于多个X轴移动平台，且独立匹配了Z轴移动平台，简化用户对待加工工件的定位位置，每个工件都有相对的工件坐标，统一一个Y轴移动平台坐标，独立的调整X轴移动平台坐标和Z轴移动平台坐标。而目前市面上有的双头机，因其共用一个X轴移动平台，所以从工艺角度来说无法设定每个工件的坐标，而需要工件与头部的间距相匹配，从确实的用户来说需要对每个工件的X向坐标和Y向坐标需要做与头部的坐标相对应用户无法正常使用的。
由于本发明是共用一个工作台(即Y轴)，故要保证每个加工主轴的Y方向的一致性，保证一致性的目的是为了可以做到其他机台或者半成品置换机台加工的需要，故要保证Y轴方向的偏差还非常小。为了实现多轴刚性攻牙，必须保证每个主轴为同步主轴，且控制系统需配备多通道处理方式。由于刀具会不同程度的磨损，程序又需做多个判断，需要选择性的选择其中的头独立的做刀径补偿。
本发明采用多头同步加工的方式来解决生产效率，从而提高利润率，同时也解决了多头共用同一加工平台而导致的加工工艺问题。

Claims (10)

1.一种多头高效机加工方法，其特征在于，包括：
A、设置一个多头高效机加工中心，多头高效机加工中心采用龙门架构，龙门架横梁上沿横梁长度方向设置一组横梁直线导轨，横梁直线导轨上至少配置3个以上X轴移动平台，X轴移动平台沿横梁直线导轨左右移动；每个X轴移动平台上配置一个Z轴移动平台，每个Z轴移动平台上安装用于机加工的加工主轴，Z轴移动平台相对X轴移动平台上下移动；加工平台设置在Y轴移动平台上，Y轴移动平台前后移动，加工平台设置在龙门架横梁下方，加工平台为共用平台；X轴移动平台、Z轴移动平台均采用直线电机驱动；加工平台上或加工平台的两侧安装加工主轴位置相对应的刀库，刀库的数量与加工主轴的数量相同；
B、加工主轴设置在同一中心线，每个加工主轴在Y方向的绝对或相对坐标值相对一致或位置尺寸偏差控制在0.005mm以下；
C、刀具径向补偿，单独调用相对应的加工主轴来补偿，而补偿时其他的加工主轴则停留在安全位置。
2.根据权利要求1所述的多头高效机加工方法，其特征在于：还包括，对于多轴同步刚性攻牙，采用多通道控制系统，加工指令发出后，通过多个通道，每个通道控制相对应的Z轴移动平台和加工主轴；每个通道独立的判断相对应的Z轴移动平台和加工主轴的频率，智能控制所需的进给。
3.根据权利要求1所述的多头高效机加工方法，其特征在于：Z轴移动平台配备以平衡Z轴移动平台自重的平衡装置。
4.根据权利要求3所述的多头高效机加工方法，其特征在于：平衡装置为锁紧气缸或者磁力弹簧。
5.根据权利要求1所述的多头高效机加工方法，其特征在于：刀具径向补偿，首先加工完成后需要确认加工工件的偏差是否符合实际要求，通过测量得出了每个加工工件的实际偏差值，将偏差值输入到相对应的补偿表内；系统比对判断出了相对应的偏差值，调取相对应的程序及其对应的加工主轴进行加工。
6.根据权利要求1所述的多头高效机加工方法，其特征在于：横梁上安装固定横梁直线导轨，X轴移动平台上设有第一连接板，第一连接板上安装与横梁直线导轨配合的第一组导轨滑块，X轴移动平台上设有第二连接板，第二连接板上设有第二组导轨滑块，第二导轨滑块固定在第二连接板上；Z轴移动平台上设置第三连接板，第三连接板上固定第三组直线导轨，各个移动平台均配有行程反馈尺。
7.根据权利要求1或6所述的多头高效机加工方法，其特征在于：横梁平面上沿横梁直线导轨设置定子，各个X轴移动平台上设置动子，所有X轴移动平台共用同一条横梁上的定子。
8.根据权利要求1所述的多头高效机加工方法，其特征在于：刀库采用DD马达驱动的圆盘刀库。
9.根据权利要求1所述的多头高效机加工方法，其特征在于：Z轴移动平台驱动采用磁铁组件运动、线圈组件固定的驱动方式。
10.根据权利要求1所述的多头高效机加工方法，其特征在于：加工主轴采用同步电机主轴。
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