CN113070745B - 一种刀片侧刃数控加工机床及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控机床技术领域，公开了一种刀片侧刃数控加工机床及其加工工艺，包括床体、设置在床体上的切削结构、进给结构和进刀结构；所述切削结构，包括砂轮；所述进给结构，包括横向丝杠和纵向丝杠；所述进刀结构，包括沿着横向丝杠横向移动且沿着纵向丝杠纵向移动的移动台；所述移动台上设有用来放置刀片的限位槽以及用来夹持刀片的夹爪；所述移动台远离砂轮的一侧设置有识别镜头，所述识别镜头具有对准限位槽的拍摄界面；所述识别镜头连接有图像识别显示和计算分析系统。本发明能够自动识别竖线刃口线以及其两侧的未加工带宽度，能够自动检测刀片侧刃加工情况，实现刀片刃口侧向刃的二次加工精度控制，有效提高加工精度，降低废品率。

Description

一种刀片侧刃数控加工机床及其加工工艺

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及一种刀片侧刃数控加工机床及其加工工艺。

背景技术

机床，是利用切削、磨削、剪切、锻造、压延等方法把金属、木材和其他材料加工成为有用形状的机械。

机床在进行切削的时候，工具与加工材料或者工具之间必须进行三种相对运动，即切削运动、进给运动和进刀运动。切削运动指的是工具的切削刃切削工件时的运动，可以是旋转运动也可以是直线运动。进给运动，指的是使工具的切削刃渐次移动到工件的新切削位置上去的运动。进刀运动，指的是确定工件尺寸的运动，是一种切入运动。随着机床技术的不断革新，现在的一些机床其进给运动和进刀运动同步完成。

现有机床，按照机床的基本运动类型，一般包括切削结构、进给结构和进刀结构三个部分。

用于刀片精密成型的加工机床，切削结构，包括用来对刀片进行打磨的砂轮，进给结构，包括用来将刀片传送至砂轮的定位装置和传送带，进刀结构，包括用来使刀片与砂轮进行接触打磨的夹爪。

现有的机床，由于没有视觉系统，砂轮和刀片竖线的相对位置受前工序机械加工误差影响，会产生每一件的左右偏离，偏离的不确定导致刀片进行二次侧刃加工时，侧刃的宽度尺寸产品较大差异，而无法满足产品的精度要求，因此在原有机床加工中，需要首先进行刀片的人工机外进行竖线位置精度的分选，分选等级无法实时反馈，只能大致分档，导致精度无法完全满足，同时机外人为分选极容易产生磕碰等问题，致使产品报废。第二，由于人为分档分选，在对刀片进行加工后，需要将刀片从进刀结构中取下后，对刀片进行观察，如果刀片的刃口线的加工满足要求，则进行下一个产品的操作，如果刃口线的加工不满足要求，则将刀片重新放到进刀结构中，对未满足要求的部分进行人为调整，再次打磨加工，效率低同时极易产品由于人为调整过度而产生报废产品。为了减小加工报废件，一般进刀结构在推送刀片的时候，都是缓慢多次，这使得每次完成一次加工后，都需要观察刀片的加工情况，操作十分麻烦，且整个过程中工人必须守在机床旁边，对工人的集中力要求非常高，尤其是对于刀片侧刃进行打磨这样的二次加工操作的时候，需要在前面已经加工形成的竖线刃口线的基础上完成刀片侧面的打磨。对于这样的高精度加工操作，现有机床对于工人的要求更高。

对于需要进行刀片侧刃加工的待加工件，从正面看，竖线刃口线的剖面后角为0-1度，由于刀具使用要求，在刀片侧刃加工的时候，需要将该角度加大到3-5度。而用现有机床，因为无法掌握这个精确度，在每次对刀片侧刃进行打磨后，都需要人工进行观察和校对，而人工操作除了操作麻烦和时间慢以外，与每个工人的经验和能力都直接相关，经验不足能力较低的工人在用现有机床进行侧刃加工的时候，极易因为竖线刃口的位置尺寸对齐产生偏差，在后刀面形成非常宽的未加工带。而按照要求进行侧刃加工的刀片，其后刀面的未加工带应该非常窄，看上去几乎看不到未加工带，这样的刀片侧刃加工才满足要求。

通过现有机床进行的刀片侧刃加工，因为以上各种原因导致加工精准度无法保证，造成大量废品产品，加工效率低下，急需对机床和加工工艺进行改进。

发明内容

本发明意在解决现有刀加工机床在刀片侧刃加工的时候精准度低、加工效率低的问题。

为解决以上问题，提供如下方案：

本方案中的刀片侧刃数控加工机床，包括床体、设置在床体上的切削结构、进给结构和进刀结构；

所述切削结构，包括砂轮；

所述进给结构，包括横向丝杠、纵向丝杠以及带动砂轮上下移动的移动机构；

所述进刀结构，包括沿着横向丝杠横向移动且沿着纵向丝杠纵向移动的移动台；所述移动台上设有用来放置刀片的限位槽以及用来夹持刀片的夹爪；所述移动台远离砂轮的一侧设置有识别镜头，所述识别镜头具有对准限位槽的拍摄界面；所述识别镜头连接有图像识别显示和计算分析系统；

所述进给结构驱动所述进刀结构朝向切削结构运动，切削结构中的砂轮接触打磨进刀结构中夹持的刀片完成刀片侧刃加工；

所述图像识别显示和计算分析系统，用来从识别镜头传递过来的竖线刃口线图片中识别竖线刃口线及其两侧的未加工带，图像识别显示和计算分析系统按照预设要求宽度判断当前未加工带宽度是否满足要求。

本方案的优点在于：

通过识别镜头和图像识别显示和计算分析系统的设置，使在每次加工后，能够自动完成对竖线刃口线和未加工带的识别，并通过预设要求宽度来判断当前未加工带宽度是否满足要求，整个加工过程尽量减少了人工参与，能够有效提高加工效率，同时减小了因为人工操作带来的失误，因为统一的判断标准，提高了加工的一致性，利用图像识别显示和计算分析系统，提高了加工精度。

进一步，所述识别镜头，包括第一摄像头，所述第一摄像头用来从正面拍摄刀片竖线刃口线及其两侧未加工带宽度。

正面指的是从远离竖线刃口线的方向朝向竖线刃口线进行拍摄，这样拍摄，能够通过一个摄像头完成对竖线刃口线及其两侧的未加工带同时拍摄。

所述识别镜头，包括第二摄像头和第三摄像头，所述第二摄像头和第三摄像头分别设置在第一摄像头的两侧；所述第二摄像头用来拍摄竖线刃口线一侧的未加工带，所述第三摄像头用来拍摄竖线刃口线另一侧的未加工带。

通过三个摄像头，从不同位置进行拍摄，能够更加准确地识别和判断未加工带宽度是否满足要求。

进一步，所述识别镜头上设有红外线传感器，所述床体上设置有用来安装图像识别显示和计算分析系统的控制箱，所述控制箱的表面设有用来图像展示的显示屏，所述控制箱内设置有用来分别与显示屏、识别镜头以及红外线传感器电连接的中央处理器；所述红外线传感器用来检测移动台上刀片刃口线的位置情况形成位置信号传递给中央处理器根据预设的位置计算策略将当前被检测刀片刃口线的位置情况转换成床体横向轴、竖向轴和纵向轴上的当前刃口线距离，中央处理器根据当前刃口线距离控制进给结构和进刀结构分别从横向轴、竖向轴和纵向轴的方向驱动刀片靠近砂轮。

横向轴、竖向轴和纵向轴指的就是常说的X轴、Y轴和Z轴，是常用的三维坐标轴。通过红外线传感器，利用现有的红外线测距技术，使移动台能够停止适合识别镜头进行拍摄的位置。

进一步，所述位置计算策略为首先确定刀片刀刃端的端部位置，然后确定刃口线的位置，通过刀刃端的端部位置和刃口线位置计算出未加工带宽度；最后将刃口线位置和刀刃端端部位置分别通过坐标化表示成在横向轴、竖向轴和纵向轴的距离。

通过位置计算策略，能够使图像识别显示和计算分析系统快速识别并计算出当前刀片刀刃端端部位置和竖线刃口线位置，方便精准定位后，对当前刀刃端端部位置以及竖线刃口线位置之间的未加工带进行接触打磨。

本发明还提供了一种刀片侧刃数控加工机床加工工艺，包括以下步骤：

步骤一，将刀片放置在进刀结构的限位槽中；

步骤二，进给结构驱动进刀结构朝向识别镜头处移动，进行刀片刃线的识别；

步骤三，识别镜头将竖线刃口线图片传递给图像识别显示和计算分析系统，图像识别显示和计算分析系统识别竖线刃口线和未加工带宽度，并将竖线刃口线位置和刀刃端端部位置转化为用床身横向轴、竖向轴和纵向轴上的距离表示的坐标，中央处理器控制进给结构和进刀结构驱动刀片靠近砂轮；

步骤四，切削结构中的砂轮与进刀结构中的刀片接触打磨；

步骤五，进给结构驱动进刀结构离开切削结构，进刀结构中的移动台靠近识别镜头，识别镜头拍摄刀片的竖线刃口线及其两侧的未加工带形成竖线刃口线图片；

步骤六，识别镜头将竖线刃口线图片传递给图像识别显示和计算分析系统，图像识别显示和计算分析系统识别竖线刃口线和未加工宽度，图像识别显示和计算分析系统根据预设要求宽度判断当前未加工宽度是否满足要求，若满足要求，则停止加工，若不满足要求，则进给机构再次驱动进刀结构朝向切削结构运动，直至刀片被砂轮打磨后未加工宽度满足要求为止。

本方法的优点在于：

通过本加工工艺，能够自动地完成刀片侧刃的加工，且能够有效提高加工的精准度，降低加工效率和废品率。

进一步，未加工带预设要求宽度范围为0.05-1毫米。

相比于采用现有机床和手工操作，其加工出来的未加工带的宽度都大于1毫米，本方案加工出来的未加工带宽度小于1毫米，精准度有效提升，产品质量有效提升。

进一步，步骤三中砂轮与刀片每次接触打磨时间为0.5-2分钟。

进一步，砂轮的转速为3500-7000转/分钟。

进一步，识别镜头包括第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头，识别镜头每次传递给图像识别显示和计算分析系统至少三张竖线刃口线图片，每张竖线刃口线图片分别对应每一个摄像头。

进一步，识别镜头在移动台靠近时多次拍摄形成不同时间的竖线刃口线图片传递给图像识别显示和计算分析系统。

附图说明

图1为本发明实施例一中移动台的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：移动台1、限位槽2、夹爪3、识别镜头4。

实施例一

实施例基本如附图1所示：刀片侧刃数控加工机床，包括切削结构、进给结构和进刀结构；

切削结构，包括用来对刀片进行打磨的砂轮；

进给结构，包括用来将刀片传送至砂轮的定位装置和传送辊；传送辊包括横向丝杠、横向丝座、纵向丝杠和纵向丝座，还包括带动砂轮上下移动的移动机构；

进刀结构，包括用来使刀片与砂轮进行接触打磨的移动台1，移动台1上开有用来批量放置刀片的限位槽2，限位槽2的四周安装有用来夹持刀片的夹爪3；移动台1的下方安装有用来驱动移动台1沿着其长度方向直线运动的纵向丝杠，移动台1的下方安装有用来驱动移动台1沿着其宽度方向直线移动的横向丝杠。纵向丝杠上连接有沿着纵向丝杠移动的纵向丝座，横向丝杠安装在纵向丝座上，横向丝杠上连接有沿着横向丝杠移动的横向丝座，移动台1螺钉连接在横向丝座上。移动台1在其远离砂轮的方向上安装有识别镜头4，识别镜头4用来拍摄移动台1上被夹持的刀片，识别竖线刃口线后方未加工带的宽度。本实施例中的识别镜头4，形状像一个台灯形状，识别镜头4上安装有用来拍摄刀片竖线刃口线及其侧面未加工带的第一摄像头，第一摄像头通过导线与安装在机床床体上的电脑连接，电脑内安装有现有的图像识别显示和计算分析系统，通过现有的图像识别显示和计算系统将第一摄像头拍摄得到的竖线刃口线图片进行识别，呈现出竖线刃口线及其竖线刃口线后面的未加工带宽度，并通过对未加工带宽度的测量和分析来判断未加工带的宽度是否满足要求，若未加工带的宽度满足要求，则此次加工完成，各个结构停止动作，若未加工带不满足要求，则进刀结构继续将刀片推送向切削结构，使刀片移动到对应位置，被砂轮打磨加工，直到形成满足要求的未加工带。

本实施例中，切削结构和进给结构都为机床上的现有结构，进刀结构是在原有基础上做了非常大的改进，增加了识别镜头4以及图像识别显示和计算分析系统，使竖线刃口线以及未加工带能够被自动识别，使整个加工过程都在精确控制之中，能够有效减少人工干预，极大降低废品率，同时提高加工效率。本实施例中，图像识别显示和计算分析系统，为现有系统产品，能够直接通过购买获得，在此不再赘述。

通过进刀结构中的识别镜头4拍摄刀片正面，通过移动台1夹紧并移动刀片与识别镜头4的相对位置，进而调整刀片与砂轮的相对位置。图像识别系统通过识别镜头4传递过来的刀片正面图像识别刀片上的竖线刃口线，图像识别系统根据预设的相对距离范围通过刀片夹具调节刀片位置，使竖线刃口线与砂轮的相位位置满足相对距离范围要求，使砂轮对刀片进行打磨后，刀片的未打磨刃口宽度满足需求，提高刀片的加工精度。

本实施例加工后形成的竖线刃口线后面的未加工带宽度，即未打磨刃宽0.05-1毫米之间，以前手磨的时候未加工带宽度为在1-2毫米，本实施例能够有效缩短未打磨刃宽，提高刀片二次打磨的精度，更重要的是本实施例通过自动识别有利于刀片的批量生产。

本实施例中的机床，通过将刀片装入进刀结构中的专用夹具装夹定位并夹紧后，通过识别镜头4等影像仪器自动取得竖线的照片，并数据化，获取竖线的位置后快速反馈给机床的X\Y轴，指令机床将刀片自动移动到磨削区，使刀片的竖线位置与砂轮的磨削面位置对其，然后进行磨削。这样便提升刀片的侧向刃二次加工的精度，以及保障产品的合格率。同时还节省了刀片竖线分选的工作，提高了生产效率，还避免分选产生人为崩缺的风险。

具体实施过程如下：

首先，将刀片安装到进刀结构的限位槽2中；

然后，进给结构驱动进刀结构先切削结构移动，使进刀结构中夹持的刀片与切削结构中的砂轮处于切削位置；

第三，进给结构驱动进刀结构有规律地与切削结构进行接触，使刀片多次逐步地与砂轮进行接触打磨，在每次砂轮与刀片接触打磨过后，进给结构就驱动进刀结构离开砂轮，使通过进刀结构中的识别镜头4将此次加工后的刀片竖线刃口线及其两侧的未加工带拍照形成竖线刃口线图片，因为是从刀片正面进行拍摄的，也可以称之为正面图像；识别镜头4将竖线刃口线图片传递给图像识别显示和计算分析系统，图像识别显示和计算分析系统将竖线刃口线及其两侧的未加工带展示出来，同时检测分析出未加工带的宽度，通过对比当前未加工带的宽度和预设要求的宽度，若满足要求，则此次加工完成，从进刀结构上取下刀片；若未加工带宽度不满足要求，则驱动进给结构，使进刀结构上夹持的刀片朝向切削结构中的砂轮移动，通过砂轮再次打磨刀片，直至未加工带宽度满足预设要求的宽度为止。

本实施例中，未加工带预设要求的宽度为0.05-1毫米。

实施例二

本实施例中，横向丝杠位于纵向丝杠的下方，纵向丝杠连接在横向丝座上，纵向丝座与移动台1连接。这样可以方便移动台1在纵向上移，即方便移动台1在砂轮和识别镜头4之间移动。

实施例三

本实施例中，移动台1与底下连接的丝座一体成型，这样便于加工，也便于移动台1能够更加灵敏地被传送。移动台1的顶面上开有安装槽，安装槽内螺钉连接有限位台，限位槽2和夹爪3都安装在限位台上。若限位台损坏时，只需要更换限位台即可。安装槽的顶端和一侧端均开口，使限位台能够水平或者竖直地镶嵌到移动台1的安装槽中，且安装槽中的螺纹孔，贯穿至移动台1的侧壁上，使限位台便于拆装。

实施例五

本实施例中，识别镜头4上除了安装有第一摄像头以外，还安装有第二摄像头和第三摄像头，第一摄像头正对刀片的正面，第二摄像头正对刀片的一个侧面，第三摄像头正对刀片的另一个侧面，通过三个摄像头能够更加精准地拍摄竖线刃口线和两侧的未加工带的图像。

本实施例中，在移动台1朝向识别镜头4移动的时候，识别镜头4上的所有摄像头同时对移动台1上的刀片进行多次拍摄，避免因为拍摄误差引起的识别不准确的问题，有效避免因为识别镜头4与移动台1相对位置关系而引起的识别误差。其中，识别镜头4上的所有摄像头每隔3-5秒拍摄一张图片，每次传送到图像识别显示和计算分析系统中的图片至少有三组，每组图片分别包括每个摄像头对应拍摄的一张图片。

实施例六

本实施例中，每次砂轮与刀片的接触打磨时间为0.5-2分钟，砂轮转动的转速为3500-7000转/分钟。这样的设置，最有利于刀片快速打磨的前提之下，减小报废率。

实施例七

本实施例中，识别镜头4上安装有用来红外线传感器，通过现有的红外测距技术，检测移动台1与识别镜头4之间的距离，当移动台1与识别镜头4距离在预设停止距离范围内时，进给结构停止运动，识别镜头4开始拍照。本实施例中，是在现有的数控加工机床上进行的改进，包括识别镜头4连接的图像识别显示和计算分析系统在内的所有电控结构，都能够被数控系统按照预设参数范围进行自动控制。

实施例八

本实施例中，在识别镜头4上安装有自清洁刷子，用来时刻清洁识别镜头4的拍摄界面，避免因为灰尘或者水汽等原因引起拍摄界面被遮盖、雾化等影响拍摄图像不清楚的情况出现。

实施例九

本实施例中，识别镜头安装在升降杆上，升降杆为电动推杆结构，能够自动调节识别镜头与限位槽的距离，使图像拍摄得更加清楚。

实施例十

本实施例中，移动台的底部安装有吸附气缸，吸附气缸连通有吸气管，吸气管贯穿移动台，移动台的顶面上开有用来布置吸气管管口的多个吸附孔，通过吸附孔能够将限位槽周围的灰尘废屑等吸附走，避免遮挡识别镜头。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种刀片侧刃数控加工机床，包括床体、设置在床体上的切削结构、进给结构和进刀结构；其特征在于，

所述切削结构，包括砂轮；

所述进给结构，包括横向丝杠、纵向丝杠以及带动砂轮上下移动的移动机构；

所述进刀结构，包括沿着横向丝杠横向移动且沿着纵向丝杠纵向移动的移动台；所述移动台上设有用来放置刀片的限位槽以及用来夹持刀片的夹爪；所述移动台远离砂轮的一侧设置有识别镜头，所述识别镜头具有对准限位槽的拍摄界面；所述识别镜头连接有图像识别显示和计算分析系统；

所述进给结构驱动所述进刀结构朝向切削结构运动，切削结构中的砂轮接触打磨进刀结构中夹持的刀片完成刀片侧刃加工；

所述图像识别显示和计算分析系统，用来从识别镜头传递过来的竖线刃口线图片中识别竖线刃口线及其两侧的未加工带，图像识别显示和计算分析系统按照预设要求宽度判断当前未加工带宽度是否满足要求；

所述识别镜头上设有红外线传感器，所述床体上设置有用来安装图像识别显示和计算分析系统的控制箱，所述控制箱的表面设有用来图像展示的显示屏，所述控制箱内设置有用来分别与显示屏、识别镜头以及红外线传感器电连接的中央处理器；所述红外线传感器用来检测移动台上刀片刃口线的位置情况形成位置信号传递给中央处理器根据预设的位置计算策略将当前被检测刀片刃口线的位置情况转换成床体横向轴、竖向轴和纵向轴上的当前刃口线距离，中央处理器根据当前刃口线距离控制进给结构和进刀结构分别从横向轴、竖向轴和纵向轴的方向驱动刀片靠近砂轮；

所述识别镜头，包括第一摄像头，所述第一摄像头用来从正面拍摄刀片竖线刃口线及其两侧未加工带宽度；

未加工带预设要求宽度范围为0.05-1毫米；

所述位置计算策略为首先确定刀片刀刃端的端部位置，然后确定刃口线的位置，通过刀刃端的端部位置和刃口线位置计算出未加工带宽度；最后将刃口线位置和刀刃端端部位置分别通过坐标化表示成在横向轴、竖向轴和纵向轴的距离。

2.一种刀片侧刃数控加工机床加工工艺，其特征在于，采用如权利要求1所述的刀片侧刃数控加工机床，包括以下步骤：

步骤一，将刀片放置在进刀结构的限位槽中；

步骤二，进给结构驱动进刀结构朝向识别镜头处移动，进行刀片刃线的识别；

步骤三，识别镜头将竖线刃口线图片传递给图像识别显示和计算分析系统，图像识别显示和计算分析系统识别竖线刃口线和未加工带宽度，并将竖线刃口线位置和刀刃端端部位置转化为用床身横向轴、竖向轴和纵向轴上的距离表示的坐标，中央处理器控制进给结构和进刀结构驱动刀片靠近砂轮；

步骤四，切削结构中的砂轮与进刀结构中的刀片接触打磨；

步骤五，进给结构驱动进刀结构离开切削结构，进刀结构中的移动台靠近识别镜头，识别镜头拍摄刀片的竖线刃口线及其两侧的未加工带形成竖线刃口线图片；

步骤六，识别镜头将竖线刃口线图片传递给图像识别显示和计算分析系统，图像识别显示和计算分析系统识别竖线刃口线和未加工宽度，图像识别显示和计算分析系统根据预设要求宽度判断当前未加工宽度是否满足要求，若满足要求，则停止加工，若不满足要求，则进给机构再次驱动进刀结构朝向切削结构运动，直至刀片被砂轮打磨后未加工宽度满足要求为止；

识别镜头包括第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头，识别镜头每次传递给图像识别显示和计算分析系统至少三张竖线刃口线图片，每张竖线刃口线图片分别对应每一个摄像头；

未加工带预设要求宽度范围为0.05-1毫米；

步骤三中砂轮与刀片每次接触打磨时间为0.5-2分钟。

3.根据权利要求2所述的刀片侧刃数控加工机床加工工艺，其特征在于，砂轮的转速为3500-7000转/分钟。

4.根据权利要求2所述的刀片侧刃数控加工机床加工工艺，其特征在于，识别镜头在移动台靠近时多次拍摄形成不同时间的竖线刃口线图片传递给图像识别显示和计算分析系统。

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