CN117300729B - 一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，属于法向圆孔加工技术领域。一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，包括以下步骤：S1、材料准备，S2、CAD设计和CAM编程，S3、机床设置，S4、安装检测修复装置，S5、工艺规划，S6、切削加工，S7、实时修复，S8、检查清洁。在本发明中，针对机床的夹紧装置将以往的单刀具夹持结构更换为双头夹具，有效避免了更换刀具造成停机的现象发生，提高了整体加工效率，在加工机床上配备有视觉传感器，实现对刀具破损的自动检测，且在加工机床上配备有检测修复装置和辅助机器人，可以精确地定位和更换刀具，而无需停机，以此提高了修复更换的即时性。
Description
技术领域
本发明涉及法向圆孔加工技术领域，更具体地说，涉及一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法。
背景技术
基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工是指在使用三轴数控机床的制造过程中，三轴数控机床通常是XYZ三个轴向，对异型产品上的圆孔进行高效且精密的加工。这种加工可能涉及到多种复杂的工序，包括钻孔、铣削、镗孔以及切削，目的是在异型工件上获得精确尺寸和质量的圆孔，而在实际切削过程中，刀具的选择、维护和更换对于高效精密加工至关重要。及时更换磨损的刀具，能够确保加工质量和生产效率。
目前在对异型产品法向圆孔进行高效精密加工时，为了可以提高加工时的精密度都会对刀具的设计进行仔细打磨，但是在实机加工时，如果刀具出现受损现象，很多时候是通过报警系统实时报警，然后操作员手动更换刀具，这种方式虽然也具有一定的实时性，但是在操作员更换时，是需要进行停机处理的，这样会耽误进度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，以解决上述背景技术中提出的问题：目前在对异型产品法向圆孔进行高效精密加工时，为了可以提高加工时的精密度都会对刀具的设计进行仔细打磨，但是在实机加工时，如果刀具出现受损现象，很多时候是通过报警系统实时报警，然后操作员手动更换刀具，这种方式虽然也具有一定的实时性，但是在操作员更换时，是需要进行停机处理的，这样会耽误进度。
一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，包括以下步骤：
S1、材料准备：根据产品要求和最终用途，选择合适的材料，包括高性能钨钢刀具，确保所选材料具有足够的机械性能和耐磨性；
S2、CAD设计和CAM编程：使用计算机辅助设计工具CAD软件创建产品的三维模型，利用计算机辅助制造工具CAM软件进行编程，生成加工路径和刀具路径，且在编程时，需要特别注意圆孔的位置、尺寸和精度要求；
S3、机床设置：将工件夹紧在三轴机床的工作台上，并确保工件固定稳定，安装带有转换头的双夹具；
S4、安装检测修复装置：在机床距离刀具合适位置安装视觉传感器、修复工具和辅助机器人，在刀具进行完一轮切削流程后利用视觉传感器准确地扫描或检测刀具表面，查看是否存在破损；
S5、工艺规划：根据加工路径规划切削顺序，并选择合适的切削速度、进给速度和切削深度，之后启动机床进行加工，以确保高效加工同时保持精度；
S6、切削加工：在新刀具更换后，启动机床继续进行切削加工，确保刀具按照CAM程序的路径进行切削；
S7、实时修复：在使用备用刀具切削时，根据刀具的受损情况选择合适的修复工具以及修复方式；
S8、检查清洁：使用千分尺定期检查加工结果，确保圆孔的尺寸和精度满足要求，且对加工后的机床台面进行清洁处理。
优选地，所述S1还包括如下步骤：
材料质量检查：对所选的高性能钨钢刀具进行质量检查，确保没有明显的缺陷、裂纹或杂质；
材料尺寸检查：测量高性能钨钢刀具的长度、宽度和厚度，以确保加工时不会出现尺寸偏差；
材料切割：根据高性能钨钢刀具形状和尺寸，将原始材料切割成适当的尺寸和形状；
材料清洁：清洁高性能钨钢刀具表面，包括去除高性能钨钢刀具表面的污垢、油脂和涂层；
工件标识：在工件上进行标识，包括零件号、批次号和必要的加工信息；
备用刀具：准备备用刀具以备不时之需，有效确保生产不会因材料问题而中断。
优选地，所述S2还包括如下步骤：
获取设计要求：确定产品参数，包括高性能钨钢刀具的尺寸、形状、材料和特殊要求；
绘制三维模型：使用AutoCAD软件创建产品的三维模型；
尺寸和标注：添加尺寸和标注，确保模型中包含所有必要的尺寸、公差和标识；
检查和修正：审查三维模型，确保其准确性和完整性，如果需要，进行修正和优化；
传导CAD模型：导出三维模型文件，并使用Mastercam软件导入之前创建的CAD模型；
建立工件坐标系：根据提前选择好的数控机床，定义工件坐标系，确定零点和加工方向；
生成切削路径：使用CAM软件的自动化功能，生成切削路径；
设定切削参数：设置加工参数，包括切削速度、进给速度、切削深度和刀具转速；
模拟和校验：在虚拟环境中模拟切削过程，检查刀具路径是否正确，避免碰撞和错误。
优选地，所述S3还包括如下步骤：
选用双头夹具：设计带有主夹具和副夹具的机床夹具，同时携带两幅高性能钨钢刀具；
安装刀具：将确定实际应用切削的高性能钨钢刀具固定安装在主夹具上，之后将设计加工好的备用刀具安装在副夹具上。
优选地，所述S4还包括如下步骤：
数据采集和处理：设置视觉传感器采集高性能钨钢刀具表面的数据，包括颜色、纹理和形状；
建立基准数据：在高性能钨钢刀具新涂漆后，使用视觉传感器采集高性能钨钢刀具表面数据并建立基准；
实时监测：在高性能钨钢刀具使用过程中，定期使用视觉传感器进行实时监测，视觉传感器将采集到的数据与基准数据进行比较，并检测任何涂漆破损或异常；
阈值设置：设定破损程度的阈值，以确定何时更换备用刀具；
修复工具：修复工具包括研磨工具和涂料喷涂装置。
优选地，所述S6还包括如下步骤：
冷却降温：通过控制切削过程中的冷却液供给，以降低温度并延长刀具寿命。
优选地，所述S7还包括如下步骤：
研磨修复：当检测到刀具刀刃破损时，刀具通过研磨工具进行自动研磨和修整；
保护漆喷涂：检测到刀具表面破损时，通过涂料喷涂装置对破损的道具表面进行及时喷涂修复；
刀具更换：当刀具受损严重时，视觉传感器向辅助机器人发出指令，在机器运行期间自动更换刀具，辅助机器人可以精确地定位和更换刀具，而无需停机。
优选地，所述S8还包括如下步骤：
清洁处理：清洁加工好的产品，去除任何切削残留物；
包装处理：包装成品，以防止损坏和污染；
记录和文档：记录加工过程中的参数和质量检查结果。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明中，针对机床的夹紧装置将以往的单刀具夹持结构更换为双头夹具，分别夹持主用刀具和备用刀具，且刀具都采用具有出色的耐磨性和高硬度的钨钢刀具，能够在随时在不停机的状态下更换主刀具，有效避免了更换刀具造成停机的现象发生，提高了整体加工效率。
(2)本发明中，在设置双头夹具的基础上，在加工机床上配备有视觉传感器，在刀具工作前通过设置视觉传感器采集高性能钨钢刀具表面的数据，并建立基准数据，之后刀具进行完一轮切削流程后利用视觉传感器准确地扫描或检测刀具表面，查看是否存在破损，如果检测到破损程度超过阈值，双头夹具的主夹具和副夹具位置会进行对调，从而实现对刀具破损的自动检测，省去了人工成本且提高了检测效率。
(3)本发明中，在设置双头夹具的基础上，在加工机床上配备有检测修复装置和辅助机器人，当检测到刀具刀刃破损时，刀具通过研磨工具进行自动研磨和修整，若是检测到刀具表面破损时，通过涂料喷涂装置对破损的道具表面进行及时喷涂修复，此外当刀具受损严重时，视觉传感器向辅助机器人发出指令，在机器运行期间自动更换刀具，辅助机器人可以精确地定位和更换刀具，而无需停机，在需要修复更换刀具是能够有效及时实施，以此提高了修复更换的即时性。
附图说明
图1为本发明的整体方法流程图。
具体实施方式
实施例：
请参阅图1，一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，包括以下步骤：
S1、材料准备：根据产品要求和最终用途，选择合适的材料，包括高性能钨钢刀具，确保所选材料具有足够的机械性能和耐磨性；
其中，S1还包括如下步骤：
材料质量检查：通过目视检查和非破坏性测试对所选的高性能钨钢刀具进行质量检查，确保没有明显的缺陷、裂纹或杂质；
材料尺寸检查：测量高性能钨钢刀具的长度、宽度和厚度，以确保加工时不会出现尺寸偏差；
材料切割：根据高性能钨钢刀具形状和尺寸，将原始材料切割成适当的尺寸和形状，以便后续的机加工操作；
材料清洁：清洁高性能钨钢刀具表面，包括去除高性能钨钢刀具表面的污垢、油脂和涂层，以确保加工过程中不会受到污染或刀具磨损；
工件标识：在工件上进行标识，包括零件号、批次号和必要的加工信息，以便在后续加工和质量控制过程中进行追踪和管理；
备用刀具：准备备用刀具以备不时之需，有效确保生产不会因材料问题而中断。
S2、CAD设计和CAM编程：使用计算机辅助设计工具CAD软件创建产品的三维模型，利用计算机辅助制造工具CAM软件进行编程，生成加工路径和刀具路径，且在编程时，需要特别注意圆孔的位置、尺寸和精度要求；
S2还包括如下步骤：
获取设计要求：确定产品参数，包括高性能钨钢刀具的尺寸、形状、材料和特殊要求；
绘制三维模型：使用AutoCAD软件创建产品的三维模型，可以先绘制二维草图，然后将其转化为三维形状，之后逐一创建零件，然后将它们组合成完整的装配体，导入已有的三维模型，并在其基础上进行修改；
尺寸和标注：添加尺寸和标注，确保模型中包含所有必要的尺寸、公差和标识；
检查和修正：审查三维模型，确保其准确性和完整性，如果需要，进行修正和优化，以满足设计要求；
传导CAD模型：导出三维模型文件，通常以标准格式，包括STL、STEP和IGES保存，以便后续的CAM编程使用，并使用Mastercam软件导入之前创建的CAD模型；
建立工件坐标系：根据提前选择好的数控机床，定义工件坐标系，确定零点和加工方向，以确保刀具路径正确；
生成切削路径：使用CAM软件的自动化功能，生成切削路径；
设定切削参数：设置加工参数，包括切削速度、进给速度、切削深度和刀具转速，以满足产品要求和材料特性；
模拟和校验：在虚拟环境中模拟切削过程，检查刀具路径是否正确，避免碰撞和错误。
S3、机床设置：将工件夹紧在三轴机床的工作台上，并确保工件固定稳定，安装带有转换头的双夹具；
S3还包括如下步骤：
选用双头夹具：设计带有主夹具和副夹具的机床夹具，同时携带两幅高性能钨钢刀具；
安装刀具：将确定实际应用切削的高性能钨钢刀具固定安装在主夹具上，之后将设计加工好的备用刀具安装在副夹具上。
综上方法步骤，首先选用高性能钨钢刀具，由于高性能钨钢刀具通常具有出色的耐磨性，可以在长时间的切削操作中保持锋利。这意味着它们需要较少的更换和维护，减少了生产停机时间，而钨钢具有高硬度，因此能够在切削过程中抵抗变形和磨损，此外高性能钨钢刀具能够在高速切削和高温环境下保持稳定性，不容易软化或失去刃口硬度。这有助于提高切削速度和生产效率，之后测量高性能钨钢刀具的长度、宽度和厚度，根据高性能钨钢刀具形状和尺寸，将原始材料切割成适当的尺寸和形状，并进行喷漆标识，接着使用计算机辅助设计工具CAD软件创建产品的三维模型，利用计算机辅助制造工具CAM软件进行编程，生成加工路径和刀具路径，提前选择好的数控机床，定义工件坐标系，并利用CAM软件设置加工参数，包括切削速度、进给速度、切削深度和刀具转速，最后在虚拟环境中模拟切削过程，检查刀具路径是否正确，避免碰撞和错误，而针对机床的夹紧装置将以往的单刀具夹持结构更换为双头夹具，分别夹持主用刀具和备用刀具。
S4、安装检测修复装置：在机床距离刀具合适位置安装视觉传感器、修复工具和辅助机器人，在刀具进行完一轮切削流程后利用视觉传感器准确地扫描或检测刀具表面，查看是否存在破损；
S4还包括如下步骤：
数据采集和处理：设置视觉传感器采集高性能钨钢刀具表面的数据，包括颜色、纹理和形状，视觉传感器可以连续扫描刀具表面或在每次刀具更换后进行扫描；
建立基准数据：在高性能钨钢刀具新涂漆后，使用视觉传感器采集高性能钨钢刀具表面数据并建立基准，这些数据将用作比较的标准，以便检测到任何破损或涂漆异常；
实时监测：在高性能钨钢刀具使用过程中，定期使用视觉传感器进行实时监测，视觉传感器将采集到的数据与基准数据进行比较，并检测任何涂漆破损或异常；
阈值设置：设定破损程度的阈值，以确定何时更换备用刀具，如果检测到破损程度超过阈值，双头夹具的主夹具和副夹具位置会进行对调；
修复工具：修复工具包括研磨工具和涂料喷涂装置。
综上方法步骤，在机床上安装视觉传感器、研磨工具、涂料喷涂装置以及辅助机器人，在刀具工作前通过设置视觉传感器采集高性能钨钢刀具表面的数据，并建立基准数据，之后刀具进行完一轮切削流程后利用视觉传感器准确地扫描或检测刀具表面，查看是否存在破损，如果检测到破损程度超过阈值，双头夹具的主夹具和副夹具位置会进行对调，从而实现对刀具破损的自动检测，省去了人工成本且提高了检测效率。
S5、工艺规划：根据加工路径规划切削顺序，并选择合适的切削速度、进给速度和切削深度，之后启动机床进行加工，以确保高效加工同时保持精度；
S6、切削加工：在新刀具更换后，启动机床继续进行切削加工，确保刀具按照CAM程序的路径进行切削；
S6还包括如下步骤：
冷却降温：通过控制切削过程中的冷却液供给，以降低温度并延长刀具寿命。
S7、实时修复：在使用备用刀具切削时，根据刀具的受损情况选择合适的修复工具以及修复方式；
S7还包括如下步骤：
研磨修复：当检测到刀具刀刃破损时，刀具通过研磨工具进行自动研磨和修整，以延长其使用寿命；
保护漆喷涂：检测到刀具表面破损时，通过涂料喷涂装置对破损的道具表面进行及时喷涂修复；
刀具更换：当刀具受损严重时，视觉传感器向辅助机器人发出指令，在机器运行期间自动更换刀具，辅助机器人可以精确地定位和更换刀具，而无需停机。
S8、检查清洁：使用千分尺定期检查加工结果，确保圆孔的尺寸和精度满足要求，且对加工后的机床台面进行清洁处理；
S8还包括如下步骤：
清洁处理：清洁加工好的产品，去除任何切削残留物；
包装处理：包装成品，以防止损坏和污染；
记录和文档：记录加工过程中的参数和质量检查结果，以便追溯和质量管理。
综上方法步骤，当检测到刀具刀刃破损时，刀具通过研磨工具进行自动研磨和修整；若是检测到刀具表面破损时，通过涂料喷涂装置对破损的道具表面进行及时喷涂修复；当刀具受损严重时，视觉传感器向辅助机器人发出指令，在机器运行期间自动更换刀具，辅助机器人可以精确地定位和更换刀具，而无需停机，且在这个加工流程加工完成后使用千分尺定期检查加工结果，确保圆孔的尺寸和精度满足要求，并清洁加工好的产品，去除任何切削残留物，最后包装好成品，以防止损坏和污染，并记录加工过程中的参数和质量检查结果，以便追溯和质量管理，在机器运行期间自动更换刀具，辅助机器人可以精确地定位和更换刀具，而无需停机，在需要修复更换刀具是能够有效及时实施，以此提高了修复更换的即时性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，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 (7)
1.一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、材料准备：根据产品要求和最终用途，选择合适的材料，包括高性能钨钢刀具；
S2、CAD设计和CAM编程：使用计算机辅助设计工具CAD软件创建产品的三维模型，利用计算机辅助制造工具CAM软件进行编程，生成加工路径和刀具路径，且在编程时，需要特别注意圆孔的位置、尺寸和精度要求；
S3、机床设置：将工件夹紧在三轴机床的工作台上，并确保工件固定稳定，安装带有转换头的双夹具；
S4、安装检测修复装置：在机床距离刀具合适位置安装视觉传感器、修复工具和辅助机器人，在刀具进行完一轮切削流程后利用视觉传感器准确地扫描或检测刀具表面，查看是否存在破损；
且所述S4还包括如下步骤：
数据采集和处理：设置视觉传感器采集高性能钨钢刀具表面的数据，包括颜色、纹理和形状；
建立基准数据：在高性能钨钢刀具新涂漆后，使用视觉传感器采集高性能钨钢刀具表面数据并建立基准；
实时监测：在高性能钨钢刀具使用过程中，定期使用视觉传感器进行实时监测，视觉传感器将采集到的数据与基准数据进行比较，并检测任何涂漆破损或异常；
阈值设置：设定破损程度的阈值，以确定何时更换备用刀具；
修复工具：修复工具包括研磨工具和涂料喷涂装置
S5、工艺规划：根据加工路径规划切削顺序，并选择合适的切削速度、进给速度和切削深度，之后启动机床进行加工；
S6、切削加工：在新刀具更换后，启动机床继续进行切削加工，确保刀具按照CAM程序的路径进行切削；
S7、实时修复：在使用备用刀具切削时，根据刀具的受损情况选择合适的修复工具以及修复方式；
S8、检查清洁：使用千分尺定期检查加工结果，确保圆孔的尺寸和精度满足要求，且对加工后的机床台面进行清洁处理。
2.根据权利要求1的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于，所述S1还包括如下步骤：
材料质量检查：对所选的高性能钨钢刀具进行质量检查，确保没有明显的缺陷、裂纹或杂质；
材料尺寸检查：测量高性能钨钢刀具的长度、宽度和厚度；
材料切割：根据高性能钨钢刀具形状和尺寸，将原始材料切割成适当的尺寸和形状；
材料清洁：清洁高性能钨钢刀具表面，包括去除高性能钨钢刀具表面的污垢、油脂和涂层；
工件标识：在工件上进行标识，包括零件号、批次号和必要的加工信息；
备用刀具：准备备用刀具以备不时之需。
3.根据权利要求1的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于，所述S2还包括如下步骤：
获取设计要求：确定产品参数，包括高性能钨钢刀具的尺寸、形状、材料和特殊要求；
绘制三维模型：使用AutoCAD软件创建产品的三维模型；
尺寸和标注：添加尺寸和标注，确保模型中包含所有必要的尺寸、公差和标识；
检查和修正：审查三维模型，确保其准确性和完整性，如果需要，进行修正和优化；
传导CAD模型：导出三维模型文件，并使用Mastercam软件导入之前创建的CAD模型；
建立工件坐标系：根据提前选择好的数控机床，定义工件坐标系，确定零点和加工方向；
生成切削路径：使用CAM软件的自动化功能，生成切削路径；
设定切削参数：设置加工参数，包括切削速度、进给速度、切削深度和刀具转速；
模拟和校验：在虚拟环境中模拟切削过程，检查刀具路径是否正确，避免碰撞和错误。
4.根据权利要求1的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于，所述S3还包括如下步骤：
选用双头夹具：设计带有主夹具和副夹具的机床夹具，同时携带两幅高性能钨钢刀具；
安装刀具：将确定实际应用切削的高性能钨钢刀具固定安装在主夹具上，之后将设计加工好的备用刀具安装在副夹具上。
5.根据权利要求1的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于，所述S6还包括如下步骤：
冷却降温：通过控制切削过程中的冷却液供给，以降低温度并延长刀具寿命。
6.根据权利要求1的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于，所述S7还包括如下步骤：
研磨修复：当检测到刀具刀刃破损时，刀具通过研磨工具进行自动研磨和修整；
保护漆喷涂：检测到刀具表面破损时，通过涂料喷涂装置对破损的道具表面进行及时喷涂修复；
刀具更换：当刀具受损严重时，视觉传感器向辅助机器人发出指令，在机器运行期间自动更换刀具。
7.根据权利要求1的一种基于三轴机床的异型产品法向圆孔高效精密加工方法，其特征在于，所述S8还包括如下步骤：
清洁处理：清洁加工好的产品，去除任何切削残留物；
包装处理：包装成品，以防止损坏和污染；
记录和文档：记录加工过程中的参数和质量检查结果。
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