CN114474411A - 一种高硬度板材开孔磨边系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高硬度板材开孔磨边系统，包括开孔磨边装置，开孔磨边控制装置；所述开孔磨边控制装置还包括距离测量装置；所述测量端包括磨轮和球形铣刀，V形磨轮在板材的表面磨削出定位槽，球形铣刀在定位槽处加工出球形凹面，测量端测量球形凹面的最大直径，预设定的硬度数据比对，比对结果用于控制刀具硬度的选择。本发明的有益效果是：对于岩板等高硬度板材的中间开孔加工，使用通用的标准刀具，替代了定制的组合刀具或成型刀具，降低了加工成本，同时根据岩板的不同硬度选择不同的刀具，并利用同轴异向的结构解决了加工高硬度板材主轴受冲击力过大而振动剧烈的问题，保证了加工位置的加工质量。

Description

一种高硬度板材开孔磨边系统

技术领域

本发明属于岩板加工技术领域中的岩板中部开孔加工台阶的技术范畴，尤其涉及一种高硬度板材开孔磨边系统。

背景技术

目前，家装市场中对于岩板的装修需求量巨大，当前整体的岩板加工方法是在板材的中部开一个小孔，领用水刀或者绳锯将需要开孔的地方裁掉，用于安装洗手盆，或者电视墙安装电视 或者安装插座，对于要求表面平整的施工，需要咋开孔位置加工出台阶，比如洗手盆在安装时要求与台面保持平整，这样就需要在安装洗手盆的孔边缘加工台阶，让洗手盆的棱边沉在台阶上，保证洗手盆的边缘与台面保持在同一个平面，这样既方便打扫又美观，相同的应用也会出现在电视墙等墙面的装修中。

目前这种要求的加工是利用水刀或者绳锯将需要开孔的地方裁掉后，再通过铣刀或者磨头进行加工，需要多次装夹和搬运定位，有的甚至采用手工打磨的方式进行，效率低下不适合快速装饰和工厂化的模块化定制生产。

为了解决这一问题，出现了一些专用的开孔磨边非标设备，采用定制的成型刀具，加工孔和台阶，由于岩板的硬度很高，对于刀具要求高，因此定制刀具价格昂贵，且磨损严重，导致加工成本过高而影响岩板装修的普及，同时，加工高硬度板材主轴受冲击力过大而振动剧烈。

综上所述，迫切需要一种高硬度板材开孔磨边系统来实现利用标准刀具加工岩板，用于高硬度板材的开孔磨边。

发明内容

本发明要实现的目标是：利用标准刀具加工岩板，用于高硬度板材的开孔磨边。

为了是想上述目标，本发明提供一种高硬度板材开孔磨边系统。

本发明所采用的具体技术方案为：

一种高硬度板材开孔磨边系统，包括：

—开孔磨边装置，用于将硬度测量模块的测量端靠近刚硬度板材测量硬度，并从开孔磨边装置的刀库中选取刀具对高硬度板材进行开孔磨边，所述开孔磨边装置包括主轴快换装置，用于刀具更换，以及硬度测量模块测量端更换，并将刀具或测量端送到所述板材的上表面。

—开孔磨边控制装置，包括控制硬度测量的第一控制器，控制开孔磨边加工的第二控制器；

—所述开孔磨边控制装置还包括距离测量装置，距离测量装置检测所述主轴快换装置基准面到板材的距离，向第一控制器和第二控制器提供反馈信号，控制刀具或测量端送到所述板材的上表面；

—所述测量端包括磨轮和球形铣刀，磨轮在板材的表面磨削出定位槽，球形铣刀在定位槽处加工出球形凹面，测量端测量球形凹面的最大直径，预设定的硬度数据比对，比对结果用于控制刀具硬度的选择。

—所述主轴快换装置包括内主轴和与内主轴同轴的外主轴，内主轴与外主轴旋转方向相反，开孔磨边时，内主轴固定立铣刀，外主轴固定端面铣刀，在板材的开孔磨边处加工出台阶孔。

采用这样的设计，利用显微维氏测的原理，改进为高硬度板材，尤其是岩板的硬度测量。

其中，岩板是由天然原料经过特殊工艺，借助超过15000吨的万吨以上压机压制，结合先进的生产技术，经过1200℃以上高温烧制而成，能够经得起切割、钻孔、打磨等加工过程的超大规格新型瓷质材料。此外岩板还包括由天然石材切割得到的板状石材。

陶瓷岩板主要用于家居、厨房板材领域。作为家居领域的新物种，岩板家居相比其他家居产品，具有规格大、可塑造性强、花色多样、耐高温、耐磨刮、防渗透、耐酸碱、零甲醛、环保健康等特性。

由此可见不同岩板的硬度不同。

显微维氏测量硬度：

试验力——试验时所用的负载。

压痕对角线——卸载后，压头在被测样品表面留下的方形或菱形压痕的对角线。

压头夹角——压头顶部两相对面的夹角。

测试程序

试验一般在10～35℃的室温进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。根据试样厚度和硬度选择试验力。使压头与试样表面垂直接触，垂直于试验面施加试验力，加力过程中不应有冲击和震动，直至将试验力施加至规定值。保持试验力的时间为10～15秒。对特殊材料，试验力保持时间可以延长，但误差应在±2秒，

对于岩板而言，在岩板上压制方形或菱形压痕难以实现，甚至会压碎岩板，因此本发明采用显微维氏的测量原理，利用球形金刚石铣刀，在岩板的表面加工出球形凹面利用硬度测量模块，测量出球形凹面的最大直径，由于加工球形凹面时使用的球形金刚石铣刀相同，对球形金刚石铣刀施加的压力和转速等加工参数相同，因此不硬度的岩板会得到不同大小的球形凹面，根据测量的球形凹面的最大直径与预先给定的硬度表对比即可得处岩板的硬度。

此时所说的做大直径是指，球形凹面与岩板表面相交所得的圆的直径。

第一控制器控制硬度测量木块得到这一测量结果后，分析得出控制信号发送给第二控制器，第二控制器根据所收到的控制信号从刀库中选取相应硬度的刀具，并控制主轴快换装置将刀具安装固定，对岩板进行加工，实现了测量岩板硬度，并针对不同硬度的岩板采用不同硬度的刀具进行加工。

另外，主轴快换装置包括内主轴和与内主轴同轴的外主轴，内主轴与外主轴旋转方向相反，由于在加工过程中内主轴和外主轴带动刀具同时进行切削，而且旋转方向相反因此刀具收到的冲击力相反，对于整体加工主轴而言即得到相互抵消的效果，减轻了主轴因为加工高硬度板材主轴受冲击力过大而振动剧烈的现象，保证了岩板加工的后，岩板加工面的平整和尺寸的控制。为装配式装修这种新兴的快装的技术提供施工的先决条件。

本案中说提及的内主轴固定立铣刀，外主轴固定端面铣刀均采用标准刀具或者刀片固定在刀盘上使用。实现了利用标准刀具加工岩板的目的。其中立铣刀和端面铣刀根据机床和内主轴和外主轴的位置关系进行设计，保证岩板的加工尺寸和双周异向的同时加工。

作为本发明的进一步改进，所述硬度测量模块还包括相机，相机固定在主轴快换装置上，用于测量所述球星凹面的最大直径。

本改进提供了一种测量直径的最优方案，采用照相技术测量目标物的尺寸在自动化生产中是一种成熟的技术，再次不再累述，值得注意的是，本改进中的相机与硬度测量模块所述时使用的球形铣刀属于硬度测量模块中的不同结构部件，相机固定在主轴快换装置上，用于对球形铣刀加工完的球形凹面进行拍照测量，球形铣刀则固定在内主轴上，用于在岩板上加工出测量用的球形凹面。

最后，由于岩板表面过于光滑，因此球形铣刀在其表面加工时，会存在打滑的现象，球形铣刀难以定位，为此本发明采用了磨轮在板材的表面磨削出定位槽的方式解决了这一问题，磨轮优选为V形磨轮，在岩板表面加工出1毫米深的V形定位槽，然后球形铣刀V形定位槽处加工球形凹面。

作为本发明的进一步改进，所述第一控制器为第二控制器提供激活信号，由第二控制器控制主轴快换装置带动所述球形铣刀加工出球形凹面。

采用这样的设计，是对实现测量岩板硬度，并针对不同硬度的岩板采用不同硬度的刀具进行加工这一功能的进一步限定，也即没有测量出岩板的硬度，就不能进行加工，在控制系统上对机床的加工顺序进行限定，保证采用对不同硬度的岩板采用不同硬度的刀具进行加工，既能控制刀具在加工过程中磨损，也能保证岩板的顺利加工，避免出现使用不合适硬度的刀具加工岩板，造成刀具的过度磨损和加工质量的下降，进而造成加工成的上升和产品质量的不稳定。

此外，第一控制器所得到的图像信号不能直接用于激活第二控制器的信号，第一控制器内设有信号转化和分析的处理器，通过处理器分析转换后，输出为第二控制器可以接收利用的信号，来激活第二控制器来进行开孔磨边加工。

作为本发明的进一步改进，所述第二控制器包括主轴控制模块，换刀控制模块，刀库控制模块和通讯模块，第一控制器，主轴控制模块，换刀控制模块，刀库控制模块分别与通讯模块相连，通讯模块与机床的主控系统相连。

采用这样的设计，将第一控制器和第二控制器，连接在一起并与机床的主控系统连接，实现了利用机床主控系统来协调控制第一控制器和第二控制器的目的，同时主轴控制模块，换刀控制模块，刀库控制模块分工控制各自的装置进行有序动作，并通过通讯模块相互通讯反馈，避免出现硬度测量和开孔加工的相互干涉和冲突的问题。

作为本发明的进一步改进，所述主轴快换装置包括快换插头，刀具夹持器和锁紧装置，刀具夹持器固定在所述刀库的出口，用于取出主轴和刀库中的刀具并进行交换，安装在主轴和刀库的固定位置，锁紧装置将刀具固定在主轴上，所述刀具夹持器设有刀柄夹持机构和刀盘夹持机构，分别用于夹持固定在内主轴和外主轴的铣刀。

采用这样的设计，在传统机床的结构基础上加入内主轴和外主轴以及其刀具的更换和夹紧措施，通过刀具夹持器设有的刀柄夹持机构和刀盘夹持机构，分别对内外主轴的刀具进行更换，提供夹紧机构夹紧刀具，以便用于开孔磨边的加工。

优选的，铣刀包括刀柄或刀盘，刀柄或刀盘上固定有通用的标准刀头。即刀柄根据机床加工的标准刀柄规范设计，而固定地刀头的位置及尺寸在根据标准刀片的尺寸和岩板加工的要求进行适当的改进，一起能够满足内主轴和外主轴同时加工的要求。

本发明的积极效果是：

对于岩板等高硬度板材的中间开孔加工，使用通用的标准刀具，替代了定制的组合刀具或成型刀具，降低了加工成本，同时根据岩板的不同硬度选择不同的刀具，并利用同轴异向的结构解决了加工高硬度板材主轴受冲击力过大而振动剧烈的问题，保证了加工位置的加工质量。

附图说明

图1是本发明一种高硬度板材开孔磨边系统的三维示意图；

图2是图1中所示一种高硬度板材开孔磨边系统另一个方向的三维示意图；

图3是图1中所示一种高硬度板材开孔磨边系统的主轴快换装置的三维示意图；

图4是图3中所示本发明一种高硬度板材开孔磨边系统的主轴快换装置的剖视图；

图5是图1中所示一种高硬度板材开孔磨边系统的刀库的三维示意图；

图6是图5中所示一种高硬度板材开孔磨边系统的刀库刀具夹持器的三维示意图；

图7是图5中所示一种高硬度板材开孔磨边系统的刀盘的三维示意图；

图例说明：

1—基座， 2—立柱， 201—观察窗，3—Y轴运动组件，4—X轴运动组件，5—Z轴运动组件，6—主轴快换装置，601—主轴快插接头，602—壳体，603—外主轴，604—内主轴，605—外主轴锁紧装置，606—齿轮箱，607—第一锥齿轮，608—第二锥齿轮，609—内主轴连接轴，610—第三锥齿轮中心孔，611—第三锥齿轮，612—外主轴连接轴，7—板材固定平台，8—刀库，801—刀具夹持器，802—刀具夹持器固定架，803—旋转组件，804—夹持器调节装置，8041—活动夹块，8042—定位块，8043—固定夹块，805—刀盘固定槽，806—刀片固定槽，807—刀盘锁紧槽，808—刀盘中心孔，9—相机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

具体实施例：

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

具体实施例一：

一种高硬度板材开孔磨边系统，包括：

—开孔磨边装置，固定在数控龙门铣床的Z轴运动组件5的下端，数控龙门铣床设有基座1，基座1的两侧设有若干立柱2，相邻的立柱2之间设有观察窗201，立柱2的顶端设有Y轴运动组件3，两个平行水平设置的Y轴运动组件3通过X轴运动组件4连接在一起，X轴运动组件4的中部竖直的设置有Z轴运动组件5，开孔磨边装置设有主轴快换装置6，主轴快换装置6设有内主轴604和外主轴603，内主轴604通过内主轴连接轴609和第二锥齿轮608固定在一起，外主轴603通过外主轴连接轴612与第三锥齿轮611固定在一起，第三锥齿轮611设有第三锥齿轮中心孔610，内主轴连接轴609从第三锥齿轮中心孔610穿过，内主轴604的端部设有莫氏锥度快接结构，外主轴603设有外主轴锁紧装置605，主轴快换装置6上还固定有硬度测量模块，硬度测量模块包括固定在主轴快换装置6上的相机9和固定在内主轴604端部的球形铣刀和V形磨轮，球形铣刀和V形磨轮不使用时存放在刀库8中，使用时由刀具夹持器801从刀库8中取出放在主轴快换装置6的内主轴604内，通过莫氏锥度快接结构固定，

—开孔磨边控制装置，包括控制硬度测量的第一控制器，控制开孔磨边加工的第二控制器；开孔磨边控制装置还包括距离测量装置，距离测量装置检测主轴快换装置基准面到板材的距离，向第一控制器和第二控制器提供反馈信号，反馈信号传递给第一控制器，用于激活硬度测量模块开始工作，将球形铣刀和V形磨轮，通过刀具夹持器801从刀库8中取出放在主轴快换装置6的内主轴604内，通过莫氏锥度快接结构固定，反馈信号传递给第二控制器，用于激活第二控制器来控制机床的主轴上下竖直运动，来调整主轴快换装置基准面到板材的距离，以便达到球形铣刀和V形磨轮的工作距离，然后距离反馈被传递给机床的主控制系统，开始球形铣刀和V形磨轮的切削动作，完成后，激活第一控制器，控制相机拍照，测得所得到球形凹面的最大直径，根据直径与设定的硬度表中的数据进行比对，得到岩板的硬度，然后再次激活第二控制器，从刀库8中选取和合适硬度的端面铣刀和立铣刀，立铣刀装在内主轴604内，通过莫氏锥度快接结构固定，端面铣刀的设有刀盘固定槽805，刀盘固定槽805的中心设有刀盘中心孔808，外主轴603与刀盘固定槽805配合后，外主轴锁紧装置605的锁紧块卡在刀盘锁紧槽807内，实现端面铣刀的固定锁紧，此时，内主轴604位于刀盘中心孔808内。

具体使用时：

将岩板固定在板材固定平台7上，机床主控系统控制X轴运动组件4，Y轴运动组件3和Z轴运动组件5快速运动到岩板的上方，距离岩板500毫米的位置，启动距离测量装置，通过激光测距，并反馈控制，向第一控制器和第二控制器提供反馈信号，反馈信号传递给第一控制器，激活硬度测量模块开始工作，将V形磨轮，通过刀具夹持器801从刀库8中取出放在主轴快换装置6的内主轴604内，通过莫氏锥度快接结构固定，反馈信号传递给第二控制器，用于激活第二控制器来控制机床的主轴上下竖直运动，来调整主轴快换装置基准面到板材的距离，以便达到球形铣刀和V形磨轮的工作距离，然后距离反馈被传递给机床的主控制系统，加工出V型槽，然后同样的方法将球形铣刀送到V型槽位置，加工出球形凹面，完成后，激活第一控制器，控制相机拍照，测得所得到球形凹面的最大直径，根据直径与设定的硬度表中的数据进行比对，得到岩板的硬度，然后再次激活第二控制器，从刀库8中选取和合适硬度的端面铣刀和开孔钻头，开孔钻头装在内主轴604内，通过莫氏锥度快接结构固定，端面铣刀的设有刀盘固定槽805，刀盘固定槽805的中心设有刀盘中心孔808，外主轴603与刀盘固定槽805配合后，外主轴锁紧装置605的锁紧块卡在刀盘锁紧槽807内，实现端面铣刀的固定锁紧，启动主轴开始开孔，然后将开孔钻头更换为立铣刀，立铣刀插入开孔钻头所加工的孔内，主轴继续下移，直到端面铣刀到达加工位置，此时由于主轴快换装置6设有内主轴604和外主轴603，其旋转方向相反，立铣刀和端面铣刀同时工作所受到的冲击力相互抵消，减轻了主轴的震动，使用通用的标准刀具，替代了定制的组合刀具或成型刀具，降低了加工成本，同时根据岩板的不同硬度选择不同的刀具，保证了加工位置的加工质量。

具体实施例二：

在具体实施例一的基础上，第一控制器为第二控制器提供激活信号，由第二控制器控制主轴快换装置带动所述球形铣刀加工出球形凹面，这可以避免重复设置控制主轴转动的程序，减少子程序的相互冲突，降低机床程序的故障率。

具体试实施例三：

在具体实施例一的基础上或者具体实施例二的基础上，如图7端面铣刀包括刀盘，刀盘上设有刀盘固定槽805，刀片固定槽806，刀盘锁紧槽807，其中刀盘固定槽805内设有刀盘中心孔808。刀盘根据机床加工的标准刀柄规范设计，而固定刀头的刀片固定槽806的位置及尺寸在根据标准刀片的尺寸和岩板加工的要求进行适当的改进，能够满足内主轴和外主轴同时加工的要求。

具体实施例四：

在具体实施例一的基础上或者具体实施例二或者具体实施例三的基础上，刀具夹持器801包括刀具夹持器固定架802，刀具夹持器固定架802固定在机床的基座上，刀具夹持器801还包括旋转组件803，旋转组件803下端连接有夹持器调节装置804，夹持器调节装置804设有活动夹块8041和固定夹块8043，通过调节活动夹块8041的位置来调整夹具的开孔大小，以便适应夹持不同规格的刀具，活动夹块8041和固定夹块8043的端部均设有定位块8042，定位块8042与刀库中的定位孔相配合确定夹持刀具的位置并确定刀具夹持器801到达指定位置。

前述内容已经宽泛地概述出各个实施例的一些方面和特征，其应该被解释为仅是各个潜在应用的说明。其他有益结果可以通过以不同方式应用公开的信息或通过组合公开的实施例的各个方面来获得。在由权利要求限定的范围的基础上，结合附图地参考对示例性实施例的具体描述可获得其他方面和更全面的理解。

此外本发明还公开了以下技术方案：

方案一：

第二控制器包括主轴控制模块，换刀控制模块，刀库控制模块和通讯模块，第一控制器，主轴控制模块，换刀控制模块，刀库控制模块分别与通讯模块相连，通讯模块与机床的主控系统相连。

上述实施例对本发明做了详细说明。当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述例子，相关技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高硬度板材开孔磨边系统，包括：

—开孔磨边装置，用于将硬度测量模块的测量端靠近刚硬度板材测量硬度，并从开孔磨边装置的刀库中选取刀具对高硬度板材进行开孔磨边，所述开孔磨边装置包括主轴快换装置，用于刀具更换，以及硬度测量模块测量端更换，并将刀具或测量端送到所述板材的上表面；

—开孔磨边控制装置，包括控制硬度测量的第一控制器，控制开孔磨边加工的第二控制器；

其特征在于：

—所述开孔磨边控制装置还包括距离测量装置，距离测量装置检测所述主轴快换装置基准面到板材的距离，向第一控制器和第二控制器提供反馈信号，控制刀具或测量端送到所述板材的上表面；

—所述测量端包括磨轮和球形铣刀，磨轮在板材的表面磨削出定位槽，球形铣刀在定位槽处加工出球形凹面，测量端测量球形凹面的最大直径，预设定的硬度数据比对，比对结果用于控制刀具硬度的选择；

—所述主轴快换装置包括内主轴和与内主轴同轴的外主轴，内主轴与外主轴旋转方向相反，开孔磨边时，内主轴固定立铣刀，外主轴固定端面铣刀，在板材的开孔磨边处加工出台阶孔。

2.根据权利要求1所述一种高硬度板材开孔磨边系统，其特征在于，所述硬度测量模块还包括相机，相机固定在主轴快换装置上，用于测量所述球星凹面的最大直径。

3.根据权利要求2所述一种高硬度板材开孔磨边系统，其特征在于，所述第一控制器为第二控制器提供激活信号，由第二控制器控制主轴快换装置带动所述球形铣刀加工出球形凹面。

4.根据权利要求3所述一种高硬度板材开孔磨边系统，其特征在于，所述第二控制器包括主轴控制模块，换刀控制模块，刀库控制模块和通讯模块，第一控制器，主轴控制模块，换刀控制模块，刀库控制模块分别与通讯模块相连，通讯模块与机床的主控系统相连。

5.根据权利要求1至4其中任意一项所述一种高硬度板材开孔磨边系统，其特征在于，所述主轴快换装置包括快换插头，刀具夹持器和锁紧装置，刀具夹持器固定在所述刀库的出口，用于取出主轴和刀库中的刀具并进行交换，安装在主轴和刀库的固定位置，锁紧装置将刀具固定在主轴上，所述刀具夹持器设有刀柄夹持机构和刀盘夹持机构，分别用于夹持固定在内主轴和外主轴的铣刀。

6.根据权利要求5所述一种高硬度板材开孔磨边系统，其特征在于，所述铣刀包括刀柄或刀盘，刀柄或刀盘上固定有通用的标准刀头。

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