CN114054407B - 加工中心设备喷淋冲洗装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加工中心设备喷淋冲洗装置及方法，该喷淋冲洗装置，包括喷淋冲洗装置本体、刀柄、连接水管和多个喷嘴，刀柄设有刀柄内喷孔，主轴内设有与刀柄内喷孔连通的主轴内喷孔，加工中心设备通过控制程序控制主轴移动及内喷的强力喷淋，通过喷淋冲洗装置对死角切削碎屑进行强力冲洗。通过喷淋冲洗装置与主轴相连，将主轴强力内喷转化为不同方向的冲洗喷淋；通过控制程序精准控制对残留切削碎屑固定冲洗频次、定点冲洗、固定冲洗时长、低速旋转冲洗的智能化冲洗。与传统加工中心设备喷淋相比，达到对死角残留切削碎屑的良好冲洗效果，清除了切削碎屑，免去了人工清洗，提升了加工效率，消除了非常规作业的隐患。

Description

加工中心设备喷淋冲洗装置及方法

技术领域

本发明涉及一种加工中心设备，尤其是涉及一种加工中心设备喷淋冲洗装置及方法。

背景技术

现代的机械加工中心是现代技术和工业创新的集成，是国家制造业的水平的主要标志，也是国家工业的基础和支柱。现有大批量生产过程中，加工中心在加工过程中切削碎屑随刀具旋转飞溅到设备的各个角落，在大批量的精密加工过程中，会产生不易断屑、细长、卷曲、絮状切屑碎屑，这类碎屑极易互相缠绕成团，在设备防护弯折等死角位置出现大量堆积，普通喷淋压力和流量无法将其去除。产生的加工碎屑堆积需要人工进行清理。现有操作流程如流程图1，在未及时清理时，堆积碎屑不仅会挤坏设备防护钣金、增大移动轴负载、阻塞切削液流动、影响加工精度，导致设备损坏、停机，维修完成后才能继续生产；即使及时发现加工碎屑堆积，频繁的人工清扫会造成设备停机、生产停止、人工干预设备自动加工过程的风险大大提高。可以得出，不论是否及时发现加工碎屑的堆积，都将导致加工的停止、人工介入，这严重影响正常的生产秩序，需要进行解决。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种加工中心设备喷淋冲洗装置及方法，无需人工干预，能够自动进行残留碎屑强力冲洗。

本发明采用的技术方案是：一种加工中心设备喷淋冲洗装置，其特征在于：包括喷淋冲洗装置本体、刀柄、连接水管和设置在喷淋冲洗装置本体上的多个喷嘴，所述喷淋冲洗装置本体通过刀柄能够安装在加工中心设备主轴已有刀柄安装孔内，所述刀柄设有刀柄内喷孔，所述主轴有自动换刀功能，所述主轴内设有与刀柄内喷孔连通的主轴内喷孔，多个所述喷嘴均通过连接水管与主轴内的主轴内喷孔连通；所述加工中心设备通过控制程序控制主轴移动及内喷的强力喷淋，通过喷淋冲洗装置对死角切削碎屑进行强力冲洗。

进一步的，所述喷嘴分为与主轴内喷方向同向的第一喷嘴、与主轴内喷方向垂直的第二喷嘴和与主轴内喷方向反向的第三喷嘴。

更进一步的，所述第二喷嘴沿主轴轴向螺旋分布，所述螺旋方向与主轴正转方向相反。

进一步的，所述第一喷嘴用于去除加工中心设备工作台表面加工残留碎屑。

进一步的，所述第二喷嘴用于去除加工中心防护四周方向的残留碎屑，通过主轴的旋转可将液体喷洒至加工中心防护四周冲洗加工残留碎屑。

进一步的，所述第三喷嘴用于去除加工中心主轴后方加工残留碎屑。

一种加工中心设备自清洁方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、设备启动自动运行后，设备执行自动上下料程序段和加工程序段；

B、完成加工程序段后将工件计数宏变量进行累加运算，与设定清洗频次进行比较；

C、若未达到清洗频次则继续加工，达到清洗频次后执行自清洁程序段进行设备内清洁；

D、清洁后自动将工件计数宏变量进行置零，开始下一轮循环。

作为优选，步骤C中，执行自清洁程序段进行设备内清洁，具体包括以下步骤：

a、喷淋冲洗装置到达换刀位置原点；

b、将喷淋冲洗装置换至主轴端；

c、主轴定向，开启内喷顶点冲洗2秒；

d、主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿X方向移动360mm，冲洗四周；

e、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿X方向移动620mm，冲洗四周；

f、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；

g、主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿X方向移动360mm，冲洗四周；

h、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；

i、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿Y方向移动620mm，冲洗四周；

j、主轴快速移动至坐标X120、Y-320、Z-300,即夹具定位销1位置，利用前方喷嘴进行冲洗，时长2秒；

k、主轴快速移动至坐标X240、Y-320、Z-300,即夹具定位销2位置，利用前方喷嘴进行冲洗，时长2秒；

l、清洗完成回到换刀点，完成清洗程序。

本发明取得的有益效果是：通过喷淋冲洗装置与主轴相连，将主轴强力内喷转化为不同方向的冲洗喷淋；通过控制程序精准控制，实现对残留切削碎屑固定冲洗频次、定点冲洗、固定冲洗时长、低速旋转冲洗的智能化冲洗。与传统加工中心设备喷淋相比，达到对死角残留切削碎屑的良好冲洗效果，清除了切削碎屑，免去了人工清洗，提升了加工效率，消除了非常规作业的隐患。

附图说明

图1为现有加工中心设备清洁流程图；

图2为本发明的加工中心设备清洁流程图；

图3为本发明的加工中心设备清洁的循环控制逻辑；

图4为本发明的控制程序主程序代码图；

图5为本发明的控制程序冲洗子程序代码图；

图6为本发明的控制程序冲洗子程序运行轨迹图；

图7为本发明的加工中心设备的结构示意图；

图8为本发明的冲洗喷淋装置结构示意图；

图9为本发明的喷淋冲洗装置冲洗碎屑的示意图；

图10为本发明的刀柄结构示意图；

图11为本发明的主轴结构示意图；

图12为本发明的加工中心设备刀库图；

图13为本发明的加工中心设备的一种实施例；

图中：1、加工中心自动换刀臂；2、加工中心设备工作台；3、易堆积加工碎屑位置；4、加工中心底部防护；5、加工中心防护；6、喷淋冲洗装置；61、喷淋冲洗装置本体；62、连接水管；63、刀柄；631、刀柄内喷孔；632、连接水管安装位置；64、第一喷嘴；65、第二喷嘴；66、第三喷嘴；7、主轴；71、刀柄安装孔；72、主轴内喷孔；8、数控系统；10、刀杯；11、处于刀库中的喷淋冲洗装置；12、刀库运转驱动轮；13、刀库运转支撑轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图7-12所示，本发明的一种加工中心设备喷淋冲洗装置6，包括喷淋冲洗装置本体61、刀柄63、连接水管62和设置在喷淋冲洗装置本体61上的多个喷嘴，喷淋冲洗装置本体62通过刀柄63能够安装在加工中心设备主轴7已有刀柄安装孔71内，刀柄63设有刀柄内喷孔631，主轴7有自动换刀功能，主轴7内设有与刀柄内喷孔631连通的主轴内喷孔72。

加工中心设备通过数控系统8内设置的控制程序控制主轴7移动及内喷的强力喷淋，通过喷淋冲洗装置6对死角切削碎屑进行强力冲洗。结合图4-5所示，控制程序编写完成后可具备主轴内喷开启关闭、主轴移动至预设位置、主轴定向、主轴旋转和主轴按预定时间进行悬停功能。

本发明的喷淋冲洗装置6运用于图7和图13的加工中心设备中，用于去除加工残留碎屑死角位置3的加工残留碎屑，主轴7可在数控系统8的控制程序下实现在加工中心内进行平移、轴心旋转和暂停等功能。如图11，刀柄63安装于主轴7已有刀柄安装孔71内，根据主轴7选型不同，通常有HSK及BT系列刀柄，刀柄63的选型不同仅影响连接水管62的尺寸大小，应在使用前进行确认。本发明需确保刀柄63具有刀柄内喷孔631，刀柄内喷孔631通过刀柄63与主轴内喷孔72连通，连接水管62安装于刀柄63的连接水管安装位置632，喷淋冲洗装置主体61与若干喷嘴进行连接。

喷嘴功能有所区别，分别为与主轴内喷方向同向的第一喷嘴64、与主轴内喷方向垂直的第二喷嘴65和与主轴内喷方向反向的第三喷嘴66，喷嘴数量可根据主轴7内喷流量及使用需求进行数量上、角度的调整，喷嘴开口厚度不应太宽，参考控制在1mm宽度左右保证冲洗压力足够强劲。

第二喷嘴65用于去除加工中心防护5四周方向的残留碎屑，第二喷嘴65螺旋线方向与主轴7正转方向相反，通过主轴7的旋转可将液体以“水幕”的形式喷至加工中心防护5四周将加工残留碎屑冲洗，并控制冲洗推进方向为远离主轴方向将铝屑进行冲洗。第一喷嘴64用于去除加工中心设备工作台2表面加工残留碎屑，第三喷嘴66用于去除加工中心主轴7后方加工残留碎屑，对于卧式加工中心(图7)效果显著。

本发明开展的过程顺序为：根据加工中心设备主轴7型号，选取刀柄63型号，进而确定连接水管62尺寸，根据加工残留碎屑死角位置3在实际场景中的位置，确定喷淋冲洗装置6中第一喷嘴64、第二喷嘴65和第三喷嘴66的方向和数量比例，根据加工中心主轴内喷流量确定第一喷嘴64、第二喷嘴65和第三喷嘴66实际数量，将连接水管62安装至连接水管安装位置632，将刀柄63安装于刀柄安装孔71上，即完成安装；使用数控系统8建立控制程序，实现喷淋冲洗装置6与刀柄62一同收入刀库与从刀库自动换刀至主轴的功能，根据加工残留碎屑死角位置3确定主轴7移动的坐标，根据加工残留碎屑累积速度确定间隔固定时间或固定生产件数进行加工残留碎屑死角位置3的冲洗。

清洁完成后，通过加工中心自动换刀臂1将喷淋冲洗装置6当作一支刀具，收纳至图12的加工中心刀库中，并将加工用刀具更换至主轴继续执行加工过程。加工中心刀库的尺寸参数很大程度影响喷淋冲洗装置6的外形尺寸，加工中心刀库由刀库运转驱动轮12驱动，刀库运转支撑轮13张紧支撑，使刀库进行旋转，一套刀库存在多个刀杯10，刀杯10之间的间距有限，在设计喷淋冲洗装置6时需要进行重点确认，需要确认内容为喷淋冲洗装置直径D应小于等于刀库容纳最大刀具直径值，喷淋冲洗装置长度L应小于等于刀库容纳最长刀具值，设计不当将导致喷淋冲洗装置与其它刀具干涉。

本发明的控制程序使用嵌套式编程，其中主程序如图4程序号O0001，冲洗程序如图5程序号O0002，宏变量地址1：#100用于记录加工计数，每加工完成一次循环进行加1操作，宏变量地址2：#101用于记录设定冲洗工件数量。每进行一次循环与加工计数宏变量#100进行比较，如果加工计数宏变量#100小于等于冲洗工件数量#101则跳过清洗程序O0002，如果加工计数宏变量#100大于冲洗工件数量#101，则开始运行清洗程序O0002。所述清洗程序O0002，满足条件后程序跳转至清洗程序，主轴7回到换刀位置，通过加工中心自动换刀臂1将图2喷淋冲洗装置由图3加工中心刀库中更换至主轴上，开启喷淋后按照编程轨迹进行冲洗，其清洗轨迹如图6。

本发明的工作原理：加工中心设备本身具备中心冷却功能，即加工中心设备主轴7设有与刀柄内喷孔631对应的主轴内喷孔72，加压设备将液体通过管道输送至主轴内喷孔72中，液体经过刀柄内喷孔631和连接水管62，输送至喷淋冲洗装置主体61内，经过若干喷嘴冲洗至预设位置。

本发明灵活发挥加工中心设备上述功能，将加工中心设备出水液体灵活运用，通过喷淋冲洗装置6与刀柄63灵活结合，开发数控系统8的控制程序，实现了智能化自动对加工残留碎屑死角位置3的强力冲洗，对加工中心设备的功能进行了深度挖掘再利用，提升了加工效率，消除了人工清扫设备的浪费。

本发明案例在卧式加工中心有良好表现，由于卧式加工中心特性，伴随加工数量的增多，主轴7上方将逐渐积累加工残留碎屑，加工残留碎屑的堆积和掉落发生在换刀途中会导致卡刀、掉刀、主轴内孔夹伤、换刀臂变形、刀柄夹伤和加工孔径变大等问题，使用本发明的喷淋冲洗装置6，可通过第三喷嘴66及时清除主轴7上方加工残留碎屑，在不影响正常生产的情况下，自动地智能化地进行冲洗，防止一系列问题的发生。如图13所示，本发明的喷淋冲洗装置6也可以用于立式加工中心设备上。

数控系统8可针对不同加工残留碎屑死角位置3进行不同冲洗程序定制，可通过观察加工残留碎屑堆积的情况进行脉冲式、逼近式、正转式、反转式、正反交替进行式等编程方式进行有效冲洗，冲洗效果良好。

如图2-6所示，本发明的一种加工中心设备自清洁方法，包括以下步骤：

A、设备启动自动运行后，设备执行自动上下料程序段和加工程序段；

B、完成加工程序段后将工件计数宏变量(T)进行累加运算，与设定清洗频次(即加工K件后进行清洗)进行比较；

C、若未达到清洗频次则继续加工，达到清洗频次后执行自清洁程序段进行设备内清洁，具体包括以下步骤：

a、喷淋冲洗装置到达换刀位置原点；

b、将喷淋冲洗装置换至主轴端；

c、主轴定向，开启内喷顶点冲洗2秒；

d、主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿X方向移动360mm，冲洗四周；

e、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿X方向移动620mm，冲洗四周；

f、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；

g、主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿X方向移动360mm，冲洗四周；

h、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；

i、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿Y方向移动620mm，冲洗四周；

j、主轴快速移动至坐标X120、Y-320、Z-300,即夹具定位销1位置，利用前方喷嘴进行冲洗，时长2秒；

k、主轴快速移动至坐标X240、Y-320、Z-300,即夹具定位销2位置，利用前方喷嘴进行冲洗，时长2秒；

l、清洗完成回到换刀点，完成清洗程序；

D、清洁后自动将工件计数宏变量(T)进行置零，开始下一轮循环。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种加工中心设备喷淋冲洗装置，其特征在于：包括喷淋冲洗装置本体、刀柄、连接水管和设置在喷淋冲洗装置本体上的多个喷嘴，所述喷淋冲洗装置本体通过刀柄能够安装在加工中心设备主轴已有刀柄安装孔内，所述刀柄设有刀柄内喷孔，所述主轴有自动换刀功能，所述主轴内设有与刀柄内喷孔连通的主轴内喷孔，多个所述喷嘴均通过连接水管与主轴内的主轴内喷孔连通；所述加工中心设备通过控制程序控制主轴移动及内喷的强力喷淋，通过喷淋冲洗装置对死角切削碎屑进行强力冲洗；

所述喷嘴分为与主轴内喷方向同向的第一喷嘴、与主轴内喷方向垂直的第二喷嘴和与主轴内喷方向反向的第三喷嘴；所述第二喷嘴沿主轴轴向螺旋分布，所述螺旋方向与主轴正转方向相反；所述第一喷嘴用于去除加工中心设备工作台表面加工残留碎屑；所述第二喷嘴用于去除加工中心防护四周方向的残留碎屑，通过主轴的旋转可将液体喷洒至加工中心防护四周冲洗加工残留碎屑；所述第三喷嘴用于去除加工中心主轴后方加工残留碎屑。

2.一种采用如权利要求1所述的加工中心设备喷淋冲洗装置对加工中心设备自清洁方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、设备启动自动运行后，设备执行自动上下料程序段和加工程序段;

B、完成加工程序段后将工件计数宏变量进行累加运算，与设定清洗频次进行比较；

C、若未达到清洗频次则继续加工，达到清洗频次后执行自清洁程序段进行设备内清洁；

D、清洁后自动将工件计数宏变量进行置零，开始下一轮循环。

3.根据权利要求2所述的加工中心设备自清洁方法，其特征在于：步骤C中，执行自清洁程序段进行设备内清洁，具体包括以下步骤：

a、到达换刀位置原点；

b、将喷淋冲洗装置换至主轴端；

c、主轴定向，开启内喷顶点冲洗2秒；

d、主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿X方向移动360mm，冲洗四周；

e、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿X方向移动620mm，冲洗四周；

f、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；

g、主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿X方向移动360mm，冲洗四周；

h、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；

i、主轴定向，定点冲洗死角位置，时长2秒；主轴以100rpm转速旋转，30mm/min速度，沿Y方向移动620mm，冲洗四周；

j、主轴快速移动至坐标X120、Y-320、Z-300,即夹具定位销1位置，利用前方喷嘴进行冲洗，时长2秒；

k、主轴快速移动至坐标X240、Y-320、Z-300,即夹具定位销2位置，利用前方喷嘴进行冲洗，时长2秒；

l、清洗完成回到换刀点，完成清洗程序。