CN118123091A - 一种管道壁孔倒角装置及刀具轨迹生成算法及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道壁孔倒角装置及刀具轨迹生成算法及其方法，涉及机械加工切削技术领域，包括：底座，底座上设有中空立柱箱，以及管件，切削组件，所述切削组件用于切削管件，动力组件，所述动力组件用于给切削组件提供动力源，移动组件，所述移动组件用于水平方向调节管件的位置，用于夹持管件，调节组件，调节组件用于竖向调节动力组件的位置；所述底座上设有移动组件，所述移动组件上方中空立柱箱内壁上设有调节组件，所述调节组件连接有动力组件，所述动力组件下端连接有切削组件，一把刀具即可实现管道内壁和管道外壁上的相贯线孔的倒角加工，且倒角尺寸可控、切削进给速度可控且稳定、加工质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工切削技术领域，具体为一种管道壁孔倒角装置及刀具轨迹生成算法及其方法。
背景技术
管道上加工垂直孔后，管道内壁和外壁形成两个相贯线，两个相贯线均以尖边存在，需要进行倒角处理。
现有技术中，加工时刀头依靠离心力贴着内孔相贯线，导致无法精确控制倒角尺寸导致倒角尺寸不稳定，对相贯线进行刮削，切削线速度低、加工效率低，且加工时刀壳必须神人孔内，仅适合大直径孔相贯线刮削，需根据倒角尺寸调整定位套的偏心量，导致柔性差、且无法精确控制倒角尺寸，需根据倒角尺寸更换端面凸轮，为此我们提出一种管道壁孔倒角装置及刀具轨迹生成算法及其方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管道壁孔倒角装置及刀具轨迹生成算法及其方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种管道壁孔倒角装置，包括：
底座，底座上设有中空立柱箱，以及管件；
切削组件，所述切削组件用于切削管件；
动力组件，所述动力组件用于给切削组件提供动力源；
移动组件，所述移动组件用于水平方向调节管件的位置，用于夹持管件；
调节组件，调节组件用于竖向调节动力组件的位置；
所述底座上设有移动组件，所述移动组件上方中空立柱箱内壁上设有调节组件，所述调节组件连接有动力组件，所述动力组件下端连接有切削组件。
优选的，所述移动组件包括安装在底座上的X移动平台，所述X移动平台上安装有Y移动平台，所述Y移动平台上安装有回转工作台，所述回转工作台上设有用于夹持管件的台钳。
优选的，所述调节组件包括设在中空立柱箱上的支撑座，所述支撑座连接有导轨且用于将导轨安装在中空立柱箱上，所述导轨上安装有直线轴承用于支撑直线轴承竖向移动，所述直线轴承连接有移动板用于支撑移动板竖向移动，所述移动板上安装有丝母，所述丝母螺纹连接有用于推动丝母竖向移动的丝杆，所述丝杆设在轴承座上用于支撑丝杆转动，所述丝杆顶部连接有联轴器，所述联轴器连接有电机一用于驱动丝杆转动，所述轴承座设在用于安装电机一的安装板上。
优选的，所述动力组件包括动力头，所述动力头用于驱动切削组件，所述动力头包括主轴箱，所述主轴箱上设有电机二，所述电机二上连接有齿轮一用于驱动齿轮一转动，所述齿轮一与齿轮二啮合，所述齿轮二连接有刀具轴用于驱动刀具轴转动，所述刀具轴连接有用于将刀具轴安装在主轴箱上的深沟球轴承，所述刀具轴上设有用于固定连接切削组件的ER夹头和ER螺帽。
优选的，所述切削组件包括铣刀，所述铣刀用于切削管件，所述铣刀包括刀柄，所述刀柄下端连接有上切削部，所述上切削部远离刀柄一端连接有中间过渡部，所述中间过渡部远离上切削部一端连接有下切削部。
优选的，所述X移动平台连接有用于将X移动平台固定在底座上的螺钉，所述Y移动平台连接有用于将Y移动平台固定在X移动平台的螺钉。
优选的，所述中空立柱箱上设有用于将中空立柱箱固定在底座上的螺钉，所述导轨为圆柱形结构，所述导轨至少设有两组，所述导轨上至少设有两组直线轴承。
优选的，所述上切削部用于对孔内侧倒角，所述下切削部用于对孔外侧倒角。
一种管道壁孔倒角刀具轨迹生成算法，轨迹生成算法如下：
S1、以加工内孔相贯线上的倒角分别为a×45°为例，建立工件坐标系Ow—XwYwZw；令加工起点为相贯线上任意点P的坐标如下：
用若干微小等长直线l，从起点P0点开始截取相贯线，得到系列节点P1、P2、P3、......、Pi、Pi+1、......、Pn；控制刀具在直线段P0P1、P1P2、P2P3、......PiPi+1、PnP0内移动速度相等，即可实现整个相贯线倒角进给速度相等。
令则P0(r,0,Z0)，由P0P1＝l,得
由等式(2)可求得θ1，同理可求得θ2、θ3，......，θi、θi+1，......，θn起点P0所对应的θ0＝0；
S2、上述θ值，代入式(1)可求得Z1、Z2、Z3，......，Zi、Zi+1，......，Zn；
S3、用增量坐标表示各微小直线段终点坐标，P1(θ1-θ0，Z1-Z0)、P2(θ2-θ1，Z2-Z1)、P3(θ3-θ2，Z3-Z2)，......，Pi(θi-θi-1，Zi-Zi-1)、Pi(θi+1-θi，Zi+1-Zi)，......，Pn(θn-θn-1，Zn-Zn-1)、Pn+1(360°-θn，Z0-Zn)；
S4、计算步骤(3)中坐标可简化为：
P1(Δθ1，ΔZ1)、P2(Δθ2，ΔZ2)、P3(Δθ3，ΔZ3)，......，Pi(Δθi，ΔZi)、Pi(Δθi+1，ΔZi+1)，......，Pn(Δθn，ΔZn)、Pn+1(Δθn+1，ΔZn+1)；
S5、由计算步骤(4)可知Cw和Zw两轴插补联动即可完成相贯线倒角，假设每个微小直线段倒角时间为T,且以Cw轴作为基准轴，则Cw轴的进给速度
S6、由(Pi，Fi)创建各微小直线段的数控加工程序。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.一把刀具即可实现管道内壁和管道外壁上的相贯线孔的倒角加工，且倒角尺寸可控、切削进给速度可控且稳定、加工质量稳定。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中中空立柱箱处结构示意图；
图3为本发明中中空立柱箱处右视图；
图4为本发明中动力头处结构示意图；
图5为本发明中铣刀处结构示意图；
图6为本发明中工作坐标系示意图；
图7为本发明中工作坐标系示意图；
图8为本发明中起刀点示意图；
图9为本发明中Z轴进刀示意图。
图中：1、底座；2、中空立柱箱；3、X移动平台；4、Y移动平台；5、回转工作台；6、台钳；7、支撑座；8、导轨；9、直线轴承；10、移动板；11、动力头；12、电机一；13、安装板；14、联轴器；15、轴承座；16、丝杆；17、丝母；18、铣刀；19、管件；
1101、主轴箱；1102、电机二；1103、齿轮一；1104、键一；1105、刀具轴；1106、齿轮二；1107、键二；1108、深沟球轴承；1109、隔套；1110、密封圈；1111、轴承端盖；1112、ER夹头；1113、ER螺帽；
1801、刀柄；1802上切削部；1803、中间过渡部；1804、下切削部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种管道壁孔倒角装置，包括：
底座1，底座1上设有中空立柱箱2，以及管件19，底座1上设有移动组件，移动组件上方中空立柱箱2内壁上设有调节组件，调节组件连接有动力组件，动力组件下端连接有切削组件。
移动组件，移动组件用于水平方向调节管件19的位置，用于夹持管件19，移动组件包括安装在底座1上的X移动平台3，X移动平台3上安装有Y移动平台4，Y移动平台4上安装有回转工作台5，回转工作台5上设有用于夹持管件19的台钳6，X移动平台3连接有用于将X移动平台3固定在底座1上的螺钉，Y移动平台4连接有用于将Y移动平台4固定在X移动平台3的螺钉。
X移动平台3、Y移动平台4和回转工作台5均为现有技术，包括固定部分、丝杠、丝母、驱动电机和可移动平台，螺母与可移动平台固定连接，驱动电机带动丝杠转动，丝杠转动带动丝母直线移动，进而带动移动平台沿X轴移动。
调节组件，调节组件用于竖向调节动力组件的位置，调节组件包括设在中空立柱箱2上的支撑座7，支撑座7连接有导轨8且用于将导轨8安装在中空立柱箱2上，导轨8上安装有直线轴承9用于支撑直线轴承9竖向移动，直线轴承9连接有移动板10用于支撑移动板10竖向移动，移动板10上安装有丝母17，丝母17螺纹连接有用于推动丝母17竖向移动的丝杆16，丝杆16设在轴承座15上用于支撑丝杆16转动，丝杆16顶部连接有联轴器14，联轴器14连接有电机一12用于驱动丝杆16转动，轴承座15设在用于安装电机一12的安装板13上，中空立柱箱2上设有用于将中空立柱箱2固定在底座1上的螺钉，导轨8为圆柱形结构，导轨8至少设有两组，导轨8上至少设有两组直线轴承9，安装板13为L字形结构。
动力组件，动力组件用于给切削组件提供动力源，动力组件包括动力头11，动力头11用于驱动切削组件，动力头11包括主轴箱1101，主轴箱1101上设有电机二1102，电机二1102上连接有键一1104用于驱动齿轮一1103转动，齿轮一1103与齿轮二1106啮合，齿轮二1106连接有键二1107用于驱动刀具轴1105转动，刀具轴1105连接有用于将刀具轴1105安装在主轴箱1101上的深沟球轴承1108，两个深沟球轴承1108之间设有隔套1109，主轴箱11101底端连接有轴承端盖1111，轴承端盖1111处设有密封圈1110，密封圈1110通过弹簧挡圈固定在轴承端盖1111内孔，轴承端盖1111、隔套1109及主轴箱1101实现对两个深沟球轴承1108轴向定位。
刀具轴1105上设有用于固定连接切削组件的ER夹头1112和ER螺帽1113，齿轮一1103和齿轮二1106均为圆锥齿轮。
电机二1102通过键一1104带动齿轮一1103转动，齿轮一1103的转动经过齿轮二1106、键二1107传递给刀具轴1105，再经过ER夹头1112传递给铣刀18。
切削组件，切削组件用于切削管件19，切削组件包括铣刀18，铣刀18用于切削管件19，铣刀18包括刀柄1801，刀柄1801下端连接有上切削部1802，上切削部1802远离刀柄1801一端连接有中间过渡部1803，中间过渡部1803远离上切削部1802一端连接有下切削部1804，上切削部1802用于对孔内侧倒角，下切削部1804用于对孔外侧倒角。
电机12输出的扭矩通过通过联轴器14传递给丝杠16，通过丝母17带动移动板10上下移动，从而驱动动力头11、铣刀18上下移动。
一把刀具即可实现管道内壁和管道外壁上的相贯线孔的倒角加工，且倒角尺寸可控、切削进给速度可控且稳定、加工质量稳定。
如图5所示，M为上切削部18-2中间截面圆上的点，铣刀底部中心作为刀位点C。
管件19如图6、图7所示，已知管件19的内孔半径为R,外圆半径为R2，管件19的顶部已加工孔φD(半径为r)，则孔φD与管件19的内孔何外圆分别形成内孔相贯线和外圆相贯线，设内孔相贯线和外圆相贯线上需要加工的倒角分别为a×45°、b×45°。以加工内孔相贯线上的倒角分别为a×45°为例，建立工件坐标系Ow—XwYwZw；令加工起点为相贯线上任意点P的坐标如下：
由图6、图7和公式(1)可知，铣刀18切入相贯线，如果管件19绕Zw转动，铣刀18沿Zw移动，即可完成相贯线倒角。
由公式(1)可知，如果工件匀速转动，因角度θ的变化，Z方向的速度不等，导致铣刀18沿相贯线移动线速度不等，则铣刀18倒角进给速度不等，加工质量不一致,为了实现整个相贯线倒角进给速度相等，采用以下计算步骤：
一种管道壁孔倒角刀具轨迹生成算法，轨迹生成算法如下：
S1、用若干微小等长直线l，从起点P0点开始截取相贯线，得到系列节点P1、P2、P3、......、Pi、Pi+1、......、Pn；控制刀具在直线段P0P1、P1P2、P2P3、......PiPi+1、PnP0内移动速度相等，即可实现整个相贯线倒角进给速度相等。
令则P0(r,0,Z0)，由P0P1＝l,得
由等式(2)可求得θ1，同理可求得θ2、θ3，......，θi、θi+1，......，θn起点P0所对应的θ0＝0；
S2、上述θ值，代入式(1)可求得Z1、Z2、Z3，......，Zi、Zi+1，......，Zn；
S3、用增量坐标表示各微小直线段终点坐标，P1(θ1-θ0，Z1-Z0)、P2(θ2-θ1，Z2-Z1)、P3(θ3-θ2，Z3-Z2)，......，Pi(θi-θi-1，Zi-Zi-1)、Pi(θi+1-θi，Zi+1-Zi)，......，Pn(θn-θn-1，Zn-Zn-1)、Pn+1(360°-θn，Z0-Zn)；
S4、计算步骤(3)中坐标可简化为：
P1(Δθ1，ΔZ1)、P2(Δθ2，ΔZ2)、P3(Δθ3，ΔZ3)，......，Pi(Δθi，ΔZi)、Pi(Δθi+1，ΔZi+1)，......，Pn(Δθn，ΔZn)、Pn+1(Δθn+1，ΔZn+1)；
S5、由计算步骤(4)可知Cw和Zw两轴插补联动即可完成相贯线倒角，假设每个微小直线段倒角时间为T,且以Cw轴作为基准轴，则Cw轴的进给速度
S6、由(Pi，Fi)创建各微小直线段的数控加工程序。
内孔相贯线倒角步骤如下：
1、图8-图9展示了φD孔的内孔相贯线倒角时，铣刀18在工件坐标系Ow—XwYwZw内刀位点C的关键位置坐标，图8为起刀时刀位点位置C1W(0,0,H0)，图9为Zw轴进刀后刀位点位置C2W(0,0,H1)，
2、Xw轴正向进刀位置计算，进刀量为Xw轴进刀后刀位点位置
3、工件坐标系Ow—XwYwZw中各关键刀位的点C1W、C2W、C3W的坐标经后置处理转换到机床坐标系OM—XMYMZM中，形成机床坐标系中关键刀位的点C1M、C2M、C3M的坐标；
4、控制机床使铣刀18的刀位点C按按照以下轨迹顺序运动：C1M→C2M→C3M，即可实现P0点的倒角切入，然后按照前述(Pi，Fi)创建的各微小直线段的数控加工程序加工即可完成整个内孔倒角；
5、φD孔的外圆相贯线倒角使用铣刀18的下切削部1804，其方法与φD孔的内孔相贯线倒角类似。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种管道壁孔倒角装置，其特征在于，包括：
底座(1)，底座(1)上设有中空立柱箱(2)，以及管件(19)；
切削组件，所述切削组件用于切削管件(19)；
动力组件，所述动力组件用于给切削组件提供动力源；
移动组件，所述移动组件用于水平方向调节管件(19)的位置，用于夹持管件(19)；
调节组件，调节组件用于竖向调节动力组件的位置；
所述底座(1)上设有移动组件，所述移动组件上方中空立柱箱(2)内壁上设有调节组件，所述调节组件连接有动力组件，所述动力组件下端连接有切削组件。
2.根据权利要求1所述的一种管道壁孔倒角装置，其特征在于：所述移动组件包括安装在底座(1)上的X移动平台(3)，所述X移动平台(3)上安装有Y移动平台(4)，所述Y移动平台(4)上安装有回转工作台(5)，所述回转工作台(5)上设有用于夹持管件(19)的台钳(6)。
3.根据权利要求1所述的一种管道壁孔倒角装置，其特征在于：所述调节组件包括设在中空立柱箱(2)上的支撑座(7)，所述支撑座(7)连接有导轨(8)且用于将导轨(8)安装在中空立柱箱(2)上，所述导轨(8)上安装有直线轴承(9)用于支撑直线轴承(9)竖向移动，所述直线轴承(9)连接有移动板(10)用于支撑移动板(10)竖向移动，所述移动板(10)上安装有丝母(17)，所述丝母(17)螺纹连接有用于推动丝母(17)竖向移动的丝杆(16)，所述丝杆(16)设在轴承座(15)上用于支撑丝杆(16)转动，所述丝杆(16)顶部连接有联轴器(14)，所述联轴器(14)连接有电机一(12)用于驱动丝杆(16)转动，所述轴承座(15)设在用于安装电机一(12)的安装板(13)上。
4.根据权利要求1所述的一种管道壁孔倒角装置，其特征在于：所述动力组件包括动力头(11)，所述动力头(11)用于驱动切削组件，所述动力头(11)包括主轴箱(1101)，所述主轴箱(1101)上设有电机二(1102)，所述电机二(1102)上连接有齿轮一(1103)用于驱动齿轮一(1103)转动，所述齿轮一(1103)与齿轮二(1106)啮合，所述齿轮二(1106)连接有刀具轴(1105)用于驱动刀具轴(1105)转动，所述刀具轴(1105)连接有用于将刀具轴(1105)安装在主轴箱(1101)上的深沟球轴承(1108)，所述刀具轴(1105)上设有用于固定连接切削组件的ER夹头(1112)和ER螺帽(1113)。
5.根据权利要求4所述的一种管道壁孔倒角装置，其特征在于：所述切削组件包括铣刀(18)，所述铣刀(18)用于切削管件(19)，所述铣刀(18)包括刀柄(1801)，所述刀柄(1801)下端连接有上切削部(1802)，所述上切削部(1802)远离刀柄(1801)一端连接有中间过渡部(1803)，所述中间过渡部(1803)远离上切削部(1802)一端连接有下切削部(1804)。
6.根据权利要求2所述的一种管道壁孔倒角装置，其特征在于：所述X移动平台(3)连接有用于将X移动平台(3)固定在底座(1)上的螺钉，所述Y移动平台(4)连接有用于将Y移动平台(4)固定在X移动平台(3)的螺钉。
7.根据权利要求3所述的一种管道壁孔倒角装置，其特征在于：所述中空立柱箱(2)上设有用于将中空立柱箱(2)固定在底座(1)上的螺钉，所述导轨(8)为圆柱形结构，所述导轨(8)至少设有两组，所述导轨(8)上至少设有两组直线轴承(9)。
8.根据权利要求5所述的一种管道壁孔倒角装置，其特征在于：所述上切削部(1802)用于对孔内侧倒角，所述下切削部(1804)用于对孔外侧倒角。
9.一种如权利要求1所述的管道壁孔倒角刀具轨迹生成算法，其特征在于，轨迹生成算法如下：
S1、以加工内孔相贯线上的倒角分别为a×45°为例，建立工件坐标系Ow—XwYwZw；令加工起点为相贯线上任意点P的坐标如下：
用若干微小等长直线l，从起点P0点开始截取相贯线，得到系列节点P1、P2、P3、......、Pi、Pi+1、......、Pn；控制刀具在直线段P0P1、P1P2、P2P3、......PiPi+1、PnP0内移动速度相等，即可实现整个相贯线倒角进给速度相等。
令则P0(r,0,Z0)，由P0P1＝l,得
由等式(2)可求得θ1，同理可求得θ2、θ3，......，θi、θi+1，......，θn起点P0所对应的θ0＝0；
S2、上述θ值，代入式(1)可求得Z1、Z2、Z3，......，Zi、Zi+1，......，Zn；
S3、用增量坐标表示各微小直线段终点坐标，P1(θ1-θ0，Z1-Z0)、P2(θ2-θ1，Z2-Z1)、P3(θ3-θ2，Z3-Z2)，......，Pi(θi-θi-1，Zi-Zi-1)、Pi(θi+1-θi，Zi+1-Zi)，......，Pn(θn-θn-1，Zn-Zn-1)、Pn+1(360°-θn，Z0-Zn)；
S4、计算步骤(3)中坐标可简化为：
P1(Δθ1，ΔZ1)、P2(Δθ2，ΔZ2)、P3(Δθ3，ΔZ3)，......，Pi(Δθi，ΔZi)、Pi(Δθi+1，ΔZi+1)，......，Pn(Δθn，ΔZn)、Pn+1(Δθn+1，ΔZn+1)；
S5、由计算步骤(4)可知Cw和Zw两轴插补联动即可完成相贯线倒角，假设每个微小直线段倒角时间为T,且以Cw轴作为基准轴，则Cw轴的进给速度
S6、由(Pi，Fi)创建各微小直线段的数控加工程序。
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| CN (1) | CN118123091A (zh) |
-
2024
- 2024-03-21 CN CN202410324123.4A patent/CN118123091A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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