CN1731303A - 加工铣刀的参数设定方法 - Google Patents

Abstract

一种加工铣刀的参数设定方法，包含有提供一接口程序以及一屏幕，接口程序于屏幕上输出一参数输入画面，于参数输入画面中输入复数加工条件，其中，加工条件包含有一磨削位置选择、一刃数选择、一铣刀螺旋角、一铣刀直径、一切削长度以及一铣刀旋转角度等后，由接口程序产生一系列加工码，以供驱动控制器开始加工，藉由辅助研磨加工软件程序与控制器系统程序搭配的加工铣刀的参数设定方法，可随需要制订适合使用者的软件，且具有容易对控制器进行软硬件升级的优点，可提高铣刀的加工精度，节省铣刀的研磨加工成本。

Description

加工铣刀的参数设定方法

技术领域

本发明是关于一种加工铣刀的参数设定方法，尤指一种以计算机辅助设定的加工铣刀的参数设定方法。

背景技术

早期的传统制造业是以人力操作笨重的简单机具去制造生产，其过程不仅耗时，而且品质粗糙，对于机械加工水准日益提升，加工产品日益复杂，产品精度日益严谨的今天，加工刀具修磨品质势必要跟随同步精进，刀具修磨品质的好坏，直接影响刀具刃口磨损以及产品品质。若因刀具修磨角度不对，因而反复修磨，浪费不必要的工时，无形之中便增加修磨刀具的成本。故对于如何提升刀具研磨技术及水准，得到良好精度，并延长刀具寿命，有必要对刀具的各项尺寸精确控制，及建立快速与准确的作业程序。

现有的铣刀加工制作，系以手动方式控制研磨的进刀量，一般系使用一传统磨床，磨床上设有一夹头以及一研磨砂轮，被加工的铣刀系被夹持于夹头上，加工者以手动转动手轮方式，控制研磨砂轮的位置进刀量，利用研磨砂轮对铣刀进行刀具刃口修磨的作业。

然而，现有以手动方式操作控制各项加工铣刀参数的方法，其精准度不足，且不稳定，不同铣刀经加工研磨后，其刀刃研磨的角度无法保持经常一致，造成铣刀的品质无法稳定，增加许多加工铣刀的制造成本。

发明专利内容

近年来随着高科技及自动化的发展以及个人计算机的崛起，个人计算机运算速度以能达到工业要求，促使了PC-Based控制器的兴起，利用其更小、更快、使用更容易、成本更低的优势，于是将各种仪器系统整合在一起已成为一种趋势。

基于此种潮流趋势，本发明即发展出使用PC-Based控制器用于传统工具磨床的技术手段，以解决现有手动输入加工铣刀参数所产生的问题。

本发明的主要目的在于提供一种辅助研磨加工软件与控制器系统程序搭配的加工铣刀的参数设定方法，其可随需要制订适合使用者的软件，且具有容易对控制器进行软硬件升级的优点。

为达上述目的，本发明系包含有：

提供一接口程序以及一屏幕，接口程序于屏幕上输出一参数输入画面；

输入复数加工条件于参数输入画面中，而整个参数输入画面的使用操作步骤：

(A)选择磨削位置，其中，磨削位置包含有一径向切削角以及一径向离隙角；

(B)若步骤(A)中选择径向切削角，进行以下步骤：

(a)选择刀刃旋向；

(b)选择切刃数；

(c)输入加工条件，其中，加工条件包含有一铣刀螺旋角、一铣刀直径、一切削长度、一进给速度、退刀速度、换刃速度、砂轮直径、铣刀刀槽深度、以及一铣刀旋转角度；

(d)产生一系列加工码；以及

(e)开始加工；

(C)若步骤(A)中选择径向离隙角，进行以下步骤：

(a)选择离隙角研磨方式，其中，离隙角研磨方式包含有一凹离隙、一平离隙以及一偏心离隙；

(b)设定砂轮进给量；

(c)选择刀刃旋向；

(d)选择切刃数；

(e)输入加工条件，其中，加工条件包含有一铣刀螺旋角、一铣刀直径、一切削长度、一进给速度、退刀速度、换刃速度、砂轮直径、铣刀刀槽深度、以及一铣刀旋转角度；

(f)产生一系列加工码；以及

(g)开始加工。

本发明运用前述用以辅助研磨加工软件与控制器系统程序搭配的加工铣刀的参数设定方法，可以具体达成的功效在于：

利用PC-Based控制器的高度开放性架构，可随需要制订适合使用者的软件，且容易对控制器进行软硬件升级的优点，将研磨刀具所需的知识技术，设计成为一辅助研磨加工软件与控制器系统程序搭配，轻易的产生适合刀具的NC程序，因此大大的减少计算与编写程序的时间，并降低因手动输入所产生的人为错误。

同时，软件接口程序是由对于研磨端铣刀有丰富经验的工程师设计，操作人员不需记忆繁琐的G、M Code指令，程序将会提示操作人员，输入刀具外观、砂轮、机台参数等条件，并以图标说明该动作的意义，即使毫无经验的使用者也不会不知所措，当发生NC警报时，操作人员可立即在控制器上查询除错方法，不必另外翻阅操作手册，且加工前可仿真程序路径，因此可以减少因人为疏失所产生的机械损坏。总而言之，以参数输入资料并配合教导式操作，即可轻易的产生NC程序，提供控制器读取加工，如此便对于加工的时效性有极大的帮助。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的工具磨床的夹头、砂轮、量表以及铣刀的立体图。

图2是本发明较佳实施例图1的铣刀加工时，由铣刀一校刀点a转动至点c的示意图。

图3是本发明较佳实施例图1的铣刀加工时，砂轮由一校刀点a移动至铣刀的底端b的示意图。

图4是本发明较佳实施例图2与图3中，a、b以及c三点间的三角关系示意图。

图5是本发明较佳实施例的砂轮退刀时，铣刀转动一角度Q的示意图。

图6是本发明较佳实施例图5中，当铣刀退出砂轮时，铣刀与砂轮的示意图。

图7是本发明较佳实施例的计算径向切削角的三角关系示意图。

图8是本发明较佳实施例的计算径向离隙角的三角关系示意图。

图9是本发明较佳实施例的参数输入画面的示意图。

图10是本发明较佳实施例的流程图。(代表图)

图11是本发明参数输入画面使用操作步骤的流程图。

【主要组件符号说明】

(10)夹头   (11)量表

(12)砂轮   (20)铣刀

具体实施方式

本发明较佳实施例，是以端铣刀的加工参数设定方法作为说明，端铣刀适用于各种用途，大部分用使用于侧面铣削，端铣刀的主要加工参数包含有：刃数、外型、螺旋角等，其中：

端铣刀一般端面刃数为2刃或4刃，切刃数的不同大大的影响单铣刀性能，2刃比4刃切削槽大，故2刃有良好的排屑性，但由于截面积较小，刀具本身刚性因此降低，在重铣削场合易弯曲，产生不良铣削面，对加工精度亦有不良影响。4刃的排削性能较差，由于刀具截面积较大，可得到较好的刚性，一般使用能得到较佳的加工表面粗度。由于4刃端铣刀的进给为2刃的1.5-2倍，故可做高效率的加工。一般的使用原则为：精加工使用切刃数较多者，粗加工选用切刃数较少者。

螺旋角，螺旋角是为了减少切削中的震动及提高切削锐利度不可或缺的因素。一般使用上螺旋角约设计成15-60°之间。15°左右的螺旋角端铣刀用于键槽加工，30°左右的标准螺旋角为一般加工用，45°左右的螺旋为兼具标准螺旋与强力螺旋的端铣刀，可使用的范围较广泛，60°左右的高强度螺旋则用于铣削HRC(洛氏硬度)超过50的高硬度钢。

外型，一般端铣刀端面依设计的不同分为有中心孔和无中心孔两种。有中心孔者，不能做中心切削，但使用钝后修磨容易。无中心孔者，能做中心切削，且端刃必需有一长一短之分，而长刃应以超过中心0.5以内为宜。而刀具外型研磨的形式，一般可分为(径向)离隙角与(径向)切削角两种。而离隙角又可细分为凹离隙、平离隙、偏心离隙等三种形式，上述(径向)离隙角与(径向)切削角的基本定义与功效，为熟悉此项技艺的人士所能理解，因此不再加以赘述。

请参照图1所示，本发明较佳实施例，是使用一传统工具磨床，磨床包含有一夹头(10)、一量表(11)以及一研磨砂轮(12)，磨床中设有伺服马达以及PC-based控制器，以分别控制A-Y两轴的进给量，其中，A轴为夹头(10)的旋转轴，Y轴为砂轮(12)的床台面横向移动轴。夹头(10)上夹持有一待加工的铣刀(20)，当A-Y两轴同动时，在螺旋导程给予所需的长度条件下，产生螺旋效果，以达到研磨铣刀(20)的螺旋刀刃的目的。

请进一步参照图2、图3与图4所示，进行铣刀(20)加工时，砂轮(12)由一校刀点a，沿Y轴移动至铣刀(20)的底端b，同时A轴旋转使校刀点a移动至点c，其中，Y轴移动的距离为铣刀(20)的切削长度E，A轴转动的角度，由三角函数关系知为F＝Etanα(如图4所示)，其中，F为a点至c点的距离，α为铣刀(20)的螺旋角。

以上所得的F为长度单位，故必须再将的计算为角度单位，所以，

$F=\frac{D}{2}\·\mathrm{\γ},$ $\⇒\mathrm{\γ}=\frac{2F}{D}\mathrm{rad}=\frac{2F}{D}\·\frac{180}{\mathrm{\π}}\mathrm{deg}$

其中，γ为弧长F所对应的角度，弧长F为夹头(10)的A轴旋转角度所对应的弧长，D为铣刀(20)的直径。

请参照图3、图5与图6所示，当铣刀(20)研磨至底端b时，需将夹头(10)相对于A轴反方向旋转一角度Q，使铣刀(20)再退回时切削面脱离砂轮(12)，砂轮(12)退回时不作研磨作用，再换刃研磨。

当铣刀(20)退出砂轮(12)时，铣刀(20)与砂轮(12)必须保持一段距离，以避免换刃时，砂轮(12)与铣刀(20)互相碰撞。其中，如图6所示，铣刀(20)退出的距离为：

因为△ABD-△BCD，

所以 $\frac{J}{d-G}=\frac{G}{J},$

$\⇒J^2=G(d-G),$

$\⇒J=\sqrt{G(d-G)};$

其中，d为砂轮(12)的直径，J为铣刀(20)应退出研磨起始点的距离，G为铣刀(20)的切刃高度；即铣刀(20)必须至少退出J长度的距离才可避免换刃时砂轮(12)与铣刀(20)互相碰撞，完成换刃的动作。

请参照图7所示，根据前述，砂轮(12)与铣刀(20)由校刀点a到研磨终点b再退出到研磨起始点的位置，其之间的砂轮(12)与铣刀(20)的关系，可整理为：

关于径向切削角，如图7所示，其中，各参数的定义为：

α：铣刀螺旋角；

N：校刀点；

O：研磨终点；

M：研磨起始点；

Y：Y轴；

A：A轴；

E：欲研磨的铣刀切削长度；

F：当铣刀研磨E的长度时A轴所应旋转的弧长；

J：铣刀由校刀点退出到研磨起始点的距离；

K：铣刀由校刀点退出到研磨起始点A轴所应旋转弧长；

其中，K对应至A轴所应旋转的角度为：

$K=\frac{D}{2}\·\mathrm{\ψ},$

$\⇒\mathrm{\ψ}=\frac{2K}{D}\mathrm{rad}=\frac{2K}{D}\·\frac{180}{\mathrm{\π}}\mathrm{deg},$

K：铣刀由校刀点退出到研磨起始点A轴所应旋转弧长；

D：铣刀直径；

ψ：弧长K所对应的角度；

请参照图8所示，关于径向离隙角，其中，各参数的定义为：

α：铣刀螺旋角；

Q：校刀点；

R：研磨终点；

S：研磨起始点；

Y：Y轴；

A：A轴；

E：欲研磨的铣刀切削长度；

F：当铣刀研磨E的长度时A轴所应旋转的弧长；

T：铣刀由校刀点退出到研磨起始点的距离；

U：铣刀由校刀点退出到磨起始点A轴所应旋转弧长；

其中，U对应至A轴所应旋转的角度为：

$U=\frac{D}{2}\·\mathrm{\η},$

$\⇒\mathrm{\η}=\frac{2U}{D}\·\frac{180}{\mathrm{\π}}\mathrm{deg},$

U：铣刀由校刀点退出到研磨起始点A轴所应旋转弧长；

D：铣刀直径；

η：弧长U所对应的角度；

而当使用者在研磨动作开始时，根据研磨位置不同，应将砂轮与铣刀调整至正确的位置，否则加工出来的尺寸，可能会与原先设定的值不同，甚至发生撞机的危险。所以在加工前一定要确认铣刀与砂轮的位置是否正确。

请参照图9与图10所示，由前述推论所得到的铣刀相对于砂轮的位置资料，若要实际运用到所使用的工具机磨床上时，必须将这些资料转换成工具机所能接受的NC程序代码，一般称此种转换为后处理，而发展出来的软件称为后处理程序。

我们可以由几个重要参数，来决定刀具的NC加工程序代码：

1、铣刀螺旋角α；

2、铣刀直径D；

3、铣刀刀刃旋向；

4、铣刀切刃数P；

5、进给速度L；

6、切削长度E；

7、砂轮直径d；

8、铣刀刀槽深度G。

当程序开发完成后，本发明可根据铣刀(12)的磨削位置，可以将欲磨削的部位写成以下的NC程序代码格式：

关于径向切削角：

第1行：/G91 G01 A(ψ).Y(-J).F(L).；即，调好砂轮与铣刀的相对位置的后，铣刀由校刀点退出至研磨起始点；

第2行： $G91G01A(-(\mathrm{\ψ}+\frac{360F}{\mathrm{\πD}})).Y(E+J).F\left(L\right);$ 即，由研磨起始点移动至研磨终点；

第3行：A(Q).；即，铣刀退回时A轴反方向旋转一角度使铣刀切削面脱离砂轮；

第4行： $A(\mathrm{\ψ}+\frac{360F}{\mathrm{\πD}}).Y(-(E+J)).;$ 即，砂轮快速退回起始点；

第5行：A(-Q).；

第6行：A(P).；即，换刃。铣刀切刃数两刃间格180度、三刃间格120度、四刃间格90度；

第7行： $A(-(\mathrm{\ψ}+\frac{360F}{\mathrm{\πD}})).Y(E+J).;$ 即，由研磨起始点移动至研磨终点；

第8行：A(-Q).；即，A轴反方向旋转一角度使铣刀切削面脱离砂轮；

第9行： $A(\mathrm{\ψ}+\frac{360F}{\mathrm{\πD}}).Y(-(E+J)).;$ 即，砂轮快速退回起始点

第10行：A(Q).；

第11行：若第6行P为120时，则从第6行至第10行再重复撰写一次；若第6行P为90时，则从第6行至第10行再重复撰写二次

第12行：M30；即，程序结束。

关于径向离隙角：

第1行：/G91 G01 A(η).Y(-T).F(L).；即，调好砂轮与铣刀的相对位置之后，铣刀由校刀点退出至研磨起始点；

第2行： $G91G01A(-(\mathrm{\η}+\frac{360F}{\mathrm{\πD}})).Y(E+T).F\left(L\right);$ 即，由研磨起始点移动至研磨终点；

第3行： $A\left((\mathrm{\η}+\frac{360F}{\mathrm{\πD}})\right).Y(-(E+T)).;$ 即，退回起始点；

第4行：A(P).；即，铣刀切刃数两刃间格180度、三刃间格120度、四刃间格90度；

第5行： $A(-(\mathrm{\η}+\frac{360F}{\mathrm{\πD}})).Y(E+T).;$ 即，由研磨起始点移动至研磨终点；

第6行： $A\left((\mathrm{\η}+\frac{360F}{\mathrm{\πD}})\right).Y(-(E+T)).;$ 即，退回起始点；

第7行：若第4行P为120时，则从第4行至第6行再重复撰写一次；若第4行P为90时，则从第4行至第6行再重复撰写二次；

第8行：M30；即，程序结束；

如图9右手边白色方块中所示，是为本发明依照上述步骤输入加工参数后，所产生的NC程序代码格式。

由于不同的NC程序代码都要根据不同的铣刀参数重新推导，才能求出相对应的加工路径，如此将显得不具效率，且浪费时间。目前市面上大部分的端铣刀，都可以根据上述的几个参数，定义出刀具的几何外型，而刀具的路径方程式又为参数的函数，因此，可前述参数推导予以程序化来表达，以节省推导时间。

首先，以Embedded Visual Basic程序语言编辑好一接口程序，将前述所推导的方程式及刀具相关资料写入程序中，程序于一屏幕上输出一参数输入画面(如图9所示)，由此程序下达研磨位置或刀具相关参数的设定，并将所对应的NC程序代码计算出来，提供控制器读取，使伺服马达带动导螺杆使砂轮(12)的床台移动，移动到相对应的坐标点，及显示出轨迹路线。

请参看图11所示，本发明整个参数输入画面的使用操作步骤为：

首先选择欲研磨的磨削位置，磨削位置分为径向切削角与径向离(余)隙角，而径向离(余)隙角型式主要可分为三类，凹离隙、平离隙与偏心离隙，三种形式各有各的特点，凹离隙口强度较差，但研磨容易，适合轻切削，平离隙是最普遍的一种离隙刃形式，其刃口强度介于凹离隙与偏心离隙之间，偏心离隙刃口强度最高，但研磨方法较复杂，目前一般制造工厂对于径向离(余)隙角大部分采用此种形式。根据选择的径向离(余)隙角型式不同，参数设定亦有所差异，凹离隙的角度是调整砂轮的中心高度予以控制，中心高度以砂轮直径及径向离隙角决定，平离隙以铣刀旋转一径向离隙角度值，控制平离隙角，而偏心离隙研磨时必须在将砂轮与铣刀轴倾斜一角度，倾斜的角度依铣刀的螺旋角与径向离隙角决定。

在研磨离隙角的过程中，A轴负责控制铣刀(20)旋转，Y轴控制砂轮(12)的床台横向移动，但并无控制进刀的伺服轴，程序每循环一次之后必须手动控制砂轮(12)进刀，进给量则因离隙角选择的不同亦有不同的演算方法，使用者只需输入程序所要求的参数即可，程序会计算出进刀量，并换算为手轮应旋转的刻度，使用者只需依每次进给量分段完成即可。而进刀的时机一定要在铣刀(20)退出砂轮(12)，也就是研磨起始点下刀，因此时砂轮(12)已完全退出铣刀(20)，不会和铣刀(20)直接接触，不允许铣刀(20)未退出砂轮(12)之前直接在铣刀(20)上进刀。

上述所揭露的本发明的技术手段，是仅用以说明本发明的较佳实施状态，但不代表本发明的实施态样限于上述所揭露的较佳实施例，对熟悉此项技术的人士，依据本发明做如外型或大小上但实质上却与本发明所揭露的技术手段相同的变更，亦不应被排除于本发明所欲请求保护的申请专利范围之外。

Claims (6)

1、一种加工铣刀的参数设定方法，其包含有：

提供一接口程序以及一屏幕，所述接口程序并于所述屏幕上输出一参数输入画面；以及

输入复数加工条件于所述参数输入画面中，其中，所述加工参数的输入方法包含有：

(A)选择一磨削位置，其中，所述磨削位置包含有一径向切削角以及一径向离隙角：

(B)若所述步骤(A)中，选择所述径向切削角，进行以下步骤：

(a)选择一刀刃旋向；

(b)选择一切刃数；

(c)输入加工条件，其中，加工条件包含有一铣刀螺旋角、一铣刀直径、一切削长度、一进给速度、退刀速度、换刃速度、砂轮直径、铣刀刀槽深度、以及一铣刀旋转角度；

(d)产生一系列的加工码；以及

(e)开始加工；

(C)若所述步骤(A)中，选择所述径向离隙角，进行以下步骤：

(a)选择一离隙角研磨方式，其中，所述离隙角研磨方式包含有一凹离隙、一平离隙以及一偏心离隙；

(b)设定一砂轮进给量：

(c)选择一刀刃旋向；

(d)选择一切刃数；

(e)输入加工条件，其中，加工条件包含有一铣刀螺旋角、一铣刀直径、一切削长度、一进给速度、退刀速度、换刃速度、砂轮直径、铣刀刀槽深度、以及一铣刀旋转角度；

(f)产生一系列加工码；以及

(g)开始加工。

2、如权利要求1所述的加工铣刀的参数设定方法，其中所述参数输入画面设有复数提示键，以供在所述步骤(C)中的步骤(a)选择离隙角型式后，按下所述提示键，所述屏幕上会显示所述对应离隙角研磨形式的砂轮与铣刀的相关摆设位置。

3、如权利要求1所述的加工铣刀的参数设定方法，其中，若在所述步骤(C)中的步骤(a)的选择为凹离隙时，所述接口程序会要求输入一径向离隙角及一砂轮直径。

4、如权利要求1所述的加工铣刀的参数设定方法，其中若在所述步骤(C)中的步骤(a)的选择为偏心离隙时，所述接口程序会要求输入一径向离隙角及一铣刀螺旋角。

5、如权利要求1所述的加工铣刀的参数设定方法，其中各所述刀刃旋向的选择包含有一右旋刃以及一左旋刃选择。

6、如权利要求1所述的加工铣刀的参数设定方法，其中各所述切刃数的选择包含有一2刃、一3刃以及一4刃选择。

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