TW201424926A - 機床控制系統 - Google Patents

Abstract

一種機床控制系統包括輸入模組、控制模組、工作台、車刀進給模組、與車刀進給模組相接之車刀、第一滑動模組、第二滑動模組、刮刀進給模組及與刮刀進給模組相接之刮刀。控制模組與輸入模組、車刀進給模組、第一滑動模組、第二滑動模組、工作台及刮刀進給模組電性相接。第一、第二滑動模組能夠驅動車刀進給模組及刮刀進給模組沿第一方向及與第一方向垂直之第二方向滑動。車刀進給模組能夠驅動車刀沿與第一方向及第二方向均垂直之第三方向作往復運動。刮刀進給模組能夠驅動刮刀沿第三方向運動及繞平行於第三方向之第一軸線轉動。

Description

機床控制系統

本發明涉及一種控制系統，特別涉及一種車刮複合之機床控制系統。

數控機床是廣泛應用於機械加工、製造業之重要設備。通常一種數控機床僅用於一種工藝之加工。然，由於工藝上之限制及對加工精度之要求，一種工藝很難滿足加工需求。例如，一些電子裝置之金屬殼體，如平板電腦、行動電話之殼體，通常包括頂部區域及由頂部區域邊緣向同一側彎折延伸形成之邊緣區域。頂部區域通常面積較大，且為具有非回轉特徵之平面或曲面。由於傳統之銑床為非連續性銑削，面積相對較大之頂部區域若用銑刀銑削加工處理，則很難一次性達到所要求之表面光潔度。若於銑床銑削後採用拋光等後續處理，無疑增加了加工時間。

鑒於上述狀況，有必要提供一種能夠提高加工效率及表面光潔度之機床控制系統。

一種機床控制系統，其包括輸入模組、控制模組、車刀進給模組、與車刀進給模組相接之車刀、第一滑動模組及第二滑動模組、刮刀進給模組、與刮刀進給模組相接之刮刀及工作台。控制模組與輸入模組、工作台、車刀進給模組、第一滑動模組、第二滑動模組及刮刀進給模組電性相接。第一滑動模組用於驅動所述車刀進給模組及所述刮刀進給模組沿第一方向滑動，第二滑動模組用於驅動車刀進給模組及刮刀進給模組沿與第一方向垂直之第二方向滑動。車刀進給模組能夠驅動所述車刀沿與第一方向及第二方向均垂直之第三方向作往復運動。刮刀進給模組能夠驅動所述刮刀沿第三方向運動及繞平行於第三方向之第一軸線轉動。

本發明提供之機床控制系統可進行車刮複合加工，從而提高了加工效率進加工精度。

請參閱圖1和圖2，本發明實施方式中之機床控制系統100以及其所採用之機床200，以進行車刮複合加工。機床200包括輸入模組10（如圖2所示）、與輸入模組10電性連接之控制模組20（如圖2所示）、機台11、工作台90、第一滑動模組13、第二滑動模組14、車刀進給模組15及刮刀進給模組17。第一滑動模組13設置於機台11上。工作台90能夠轉動地設於第一滑動模組13下方。第二滑動模組14滑動設置於第一滑動模組13上，車刀（圖未示）設置於車刀進給模組15上，刮刀（圖未示）設於刮刀進給模組17上。工件300（如圖3所示）定位於工作台90上。控制模組20分別與第一滑動模組13、第二滑動模組14、車刀進給模組15、刮刀進給模組17及工作台90電性相連。第一滑動模組13驅動第二滑動模組14帶動車刀進給模組15及刮刀進給模組17沿X軸方向（第一方向）滑動，第二滑動模組14驅動車刀進給模組15及刮刀進給模組17沿Y軸方向（第二方向）滑動。車刀進給模組15帶動所述車刀沿Z軸方向（第三方向）往復運動。刮刀進給模組17能夠驅動該刮刀沿Z軸方向運動及繞γ軸（平行第三方向）轉動。工作台90能夠帶動工件300繞α軸（平行第二方向）及β軸（平行第三方向）旋轉。

請同時參閱圖3與圖4，經由機床200加工處理過之工件300為平板電腦或行动電話之金屬材質製成之殼體，其大致為中空矩形塊狀。工件300包括一頂部區域301及由頂部區域301之邊緣延伸彎折形成之邊緣區域303，以及環繞邊緣區域303週邊之倒角區域305。頂部區域301之面積較大。邊緣區域303遠離頂部區域301部分大致為平面，其包括四側面3030。每二側面3031藉由一拐角3031相接。本實施方式中，頂部區域301為具有非回轉特徵之3D曲面。邊緣區域303遠離頂部區域301部分大致為平面。待加工之工件300包括頂部、與頂部相接之側部，以及環繞側部並遠離頂部之端面。本發明實施例中，需依次對待加工之工件300之頂部、側部及環繞側部並遠離頂部之端面進行加工處理。

本發明實施方式之機床控制系統100用於加工待加工之工件300，其包括輸入模組10、控制模組20、車刀進給模組30、刮刀進給模組40、第一滑動模組50、第二滑動模組60、車刀70、刮刀80及工作台90。

輸入模組10與控制模組20電性相連，輸入模組10用於輸入各加工過程中之車刀進給模組30或刮刀進給模組40沿X軸方向、Y軸方向之移動範圍及移動速率、車刀70之高速往復運動之頻率及距離、刮刀80繞γ軸轉動之轉速及工作台90之轉速等控制參數。

控制模組20與車刀進給模組30、刮刀進給模組40、第一滑動模組50、第二滑動模組60及工作台90電性相接，用於控制車刀進給模組30、刮刀進給模組40、第一滑動模組50、第二滑動模組60及工作台90。控制模組20包括位置控制單元21、切換控制單元23及旋轉控制單元25。位置控制單元21與第一滑動模組50及第二滑動模組60電性相接，以控制車刀進給模組30及刮刀進給模組40沿X/Y軸進行平移。切換控制單元23與車刀進給模組30及刮刀進給模組40電性相接，以控制車刀進給模組30及刮刀進給模組40之間之切換及運作。旋轉控制單元25與工作台90電性相接，以控制工作台90之轉動。本實施方式中，工作台90之轉速範圍為100-900轉/分鐘。車刀70與車刀進給模組30上之刀座（圖未示）固定相連。刮刀80與刮刀進給模組40轉動相接。

車刀進給模組30用於驅動車刀70沿Z軸方向高速往復運動，車刀70沿Z軸方向之高速往復運動之頻率為500-3200次/分鐘。

刮刀進給模組40包括線性移動單元41及轉動單元43。線性移動單元41用於驅動刮刀80沿Z軸方向運動，轉動單元43用於驅動刮刀80繞γ軸轉動。

本發明實施方式中，首先類比加工出工件300之頂部區域301、邊緣區域303及倒角區域305之控制參數。接著，藉由輸入加工出頂部區域301、邊緣區域303及倒角區域305之控制參數，依次設定各加工過程中車刀70、刮刀80沿X軸、Y軸方向之移動範圍及移動速度、工作台90之轉速、車刀70沿Z軸方向之高速往復運動之頻率及振幅，以及刮刀80轉動之轉速。機床控制系統100加工之頂部區域301之面粗糙度之均值為0.2-1.0微米。

下面以加工出圖3及圖4所示之工件300之頂部區域301、邊緣區域303及倒角區域305為例，說明本發明之機床控制系統100加工工件300之控制過程。

輸入工件300之頂部區域301之控制參數。經由輸入模組10設定車刀進給模組30於X軸及Y軸方向之移動範圍，移動速率v1，車刀70之加工時間t1，工件300從加工開始到工件300加工完畢之過程中，車刀進給模組30沿Y軸方向移動之起始位置為工件300之邊緣上之一點，車刀進給模組30沿Y軸方向移動之終點位置為工件300頂部之中心點；設定車刀70沿Z軸方向之高速往復運動之頻率為f、距離為H；工作台90之轉速為r1。其中H隨著車刀進給模組30沿Y軸之移動逐漸變小。本發明實施方式中，工作台90繞α軸之轉速r1最高達600轉/分鐘，車刀70沿Z軸方向之高速往復運動之頻率f為2500次/分鐘。

輸入工件300之邊緣區域303之控制參數。經由輸入模組10設定刮刀進給模組40於加工工件300之側部過程中之X軸及Y軸移動範圍，設定刮刀進給模組40帶動刮刀80沿X軸/Y軸之移動速率為v2，刮削出邊緣區域303之總加工時間t2，刮刀80轉動之轉速r2，刮刀80之預設加工路徑。從加工開始到加工結束之過程中，刮刀80繞工件300邊緣輪廓移動進行刮削。

輸入工件300之倒角區域305之控制參數。經由輸入模組10設定工作台90於各加工過程中繞α軸及β軸之轉動角度，刮刀進給模組40於加工出倒角區域305過程中之X軸及Y軸移動範圍，設定刮刀進給模組40帶動刮刀80沿X軸/Y軸之移動速率為v3，刮削出倒角區域305之加工時間t3，刮刀80轉動之轉速r3，刮刀80之預設加工路徑。從加工開始到工件300加工結束之過程中，刮刀80繞工件300邊緣輪廓循環移動進行刮削。

切換控制單元23發出信號給位置控制單元21及車刀進給模組30。位置控制單元21控制第一滑動模組50驅動車刀進給模組30沿Y軸方向移動。車刀進給模組30沿X軸方向滑動至工件300上方，此時車刀70位於工件300上方，且位於工件300頂部之邊緣。位置控制單元21控制第二滑動模組60驅動車刀進給模組30沿Y軸方向按照速率ν1滑動，控制模組20控制工作台90驅動工件300按照轉速r1繞α軸旋轉，而控制模組20控制車刀進給模組30驅動車刀70沿Z軸方向按照頻率f高速往復運動，且高速往復運動之距離H隨著車刀進給模組30沿X軸之移動逐漸變小。

請同時參閱圖5，於車刀70對工件300之頂部車削加工過程中，車刀70之平面運動軌跡400大致呈螺旋狀，車刀70從工件300邊緣之一點A按照螺旋狀移動軌跡移動至工件300頂部之中心點O以於工件300表面加工出頂部區域301。本發明實施方式中，加工出之工件300頂部區域301之面粗糙度之均值為0.25~0.3微米。

當車刀70之預設加工時間t1到達後，切換控制單元23發出信號給位置控制單元21及刮刀進給模組40，以使位置控制單元21控制車刀進給模組30遠離工件300，並使位置控制單元21控制刮刀進給模組40沿X/Y軸平移抵靠工件300之側部，且刮刀進給模組40驅動刮刀80對工件300之側部進行刮削加工。

於刮刀80對工件300之側部進行加工之過程中，首先線性移動單元41驅動刮刀80沿Z軸方向向下運動到達工件300側部一側壁之某一預設位置；接著，第一滑動模組50及第二滑動模組60驅動刮刀進給模組40帶動刮刀80沿預設路徑相對工件300於X/Y軸方向以速率v2平移，且刮刀進給模組40控制刮刀80相對工件300之進給量。接著，當刮刀80到達拐角處時，第一滑動模組50及第二滑動模組60驅動刮刀進給模組40帶動刮刀80調整位置及前進方向，同時刮刀進給模組40之轉動單元43驅動刮刀80繞γ軸以轉速r2轉動一定角度，以使刮刀80沿拐角表面之法線對拐角進行刮削。接著，刮刀80到達側部之下一側壁時，控制模組20發出信號給轉動單元43，轉動單元43使刮刀80停止轉動，刮刀80以移動速率v2對側壁外側進行刮削。最終，按照此方法，刮刀80於控制模組20之控制下完成對工件300之側部刮削。本實施方式中，工作台90保持不動。可理解，於此加工過程中，旋轉控制單元25發信號給工作台90繞α軸以一定轉速同時進行轉動，以配合刮刀進給模組40帶動刮刀80之刮削。本發明實施方式中，加工出之工件300之邊緣區域303之面粗糙度之均值為0.25~0.3微米。

當刮刀80刮削工件300側部之預設時間t2到達後，位置控制單元21發出信號給第一滑動模組50及第二滑動模組60，以驅動刮刀進給模組40及刮刀80遠離工件300，且刮刀80停止工作。然後，旋轉控制單元25發出信號給工作台90，工作台90繞α軸轉動，使工件300翻轉一定角度，進而使工件300遠離頂部之一側壁端面朝向刮刀80。接著，第一滑動模組50及第二滑動模組60驅動刮刀80抵靠該側壁端面一預設位置，沿預設路徑以速率v3進行移動，並控制刮刀80相對工件300之進給量，進而完成對該端面進行倒角。接著，當刮刀80到達拐角處時，轉動單元43驅動刮刀80繞γ軸以轉速r3轉動一定角度，以使刮刀80沿拐角表面之法線對拐角進行刮削。接著，控制模組20發出信號給轉動單元43，轉動單元43使刮刀80停止轉動。之後，旋轉控制單元25發出信號給工作台90，工作台90帶動工件300繞α軸及β軸轉動調整角度，進而使工件300之下一端面朝向刮刀80，且同時第一滑動模組50及第二滑動模組60驅動刮刀80移動進行配合，進而實現後續刮削倒角。按照此方法，先後對工件300之四側壁端面進行刮削倒角。

可理解，機床控制系統100對於先進行刮削還是銑削並未進行限制，其根據實際需要進行設定。

可理解，工作台90可設置成多軸轉動，其於旋轉控制單元25之控制動下進行多軸轉動，而刮刀進給模組40配合工作台90之多軸轉動沿一預設路徑對工件300進行刮削。

可理解，本發明之機床控制系統100可藉由控制車刀70沿Z軸之高速往復運動之頻率f及距離H隨時間之變化關係以加工出具有不同形狀之3D曲面。

可理解，本發明之機床控制系統100可設定Y軸之參數為定值，加工待加工之工件300時，車刀70沿X軸移動之同時沿Z軸方向高速往復運動。

本發明提供之機床控制系統100中，可藉由車刮複合一次性加工完成表面光潔度高之工件300之頂部區域301、邊緣區域303及倒角區域305。車刀進給模組30帶動車刀70沿X軸方向或Y軸方向滑動之同時，車刀進給模組30帶動車刀70沿Z軸方向高速往復運動，使得車刀70沿螺旋狀移動軌跡移動，以實現車刀70對工件300之連續車削，從而加工出表面光潔度高之頂部區域301。刮刀進給模組40帶動刮刀80沿預設路徑繞工件300之側部進行平移，進而高速刮削出工件300之邊緣區域303。於對工件300之端面進行倒角時，配合工作台90之轉動，刮刀進給模組40帶動刮刀80沿預設路徑對工件300進行倒角。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。

200．．．機床

11．．．機台

90．．．工作台

13、50．．．第一滑動模組

14、60．．．第二滑動模組

15、30．．．車刀進給模組

17、40．．．刮刀進給模組

100．．．機床控制系統

70．．．車刀

80．．．刮刀

10．．．輸入模組

20．．．控制模組

21．．．位置控制單元

23．．．切換控制單元

25．．．旋轉控制單元

41．．．線性移動單元

43．．．轉動單元

400．．．運動軌跡

A．．．起始點

O．．．終點

300．．．工件

301．．．頂部區域

303．．．邊緣區域

3030．．．側面

3031．．．拐角

305．．．倒角區域

圖1所示為本發明實施方式之機床之立體示意圖。

圖2所示為本發明實施方式之機床控制系統。

圖3所示為本發明實施方式之經機床控制系統加工處理過之工件之立體示意圖。

圖4所示為圖3所示之工件之立體剖示圖。

圖5採用圖2所示機床控制系統之車刀加工時之平面軌跡示意圖。

50．．．第一滑動模組

60．．．第二滑動模組

30．．．車刀進給模組

40．．．刮刀進給模組

41．．．線性移動單元

43．．．轉動單元

100．．．機床控制系統

70．．．車刀

80．．．刮刀

90．．．工作台

10．．．輸入模組

20．．．控制模組

21．．．住置控制單元

23．．．切換控制單元

25．．．旋轉控制單元

Claims (9)

1. 一種機床控制系統，其包括輸入模組、控制模組、車刀及工作台，所述控制模組與所述輸入模組及所述工作台電性相連，其改良在於：所述機床控制系統還包括分別與所述控制模組電性相連之車刀進給模組、第一滑動模組、第二滑動模組及刮刀進給模組，以及與所述刮刀進給模組相接之刮刀，所述車刀與所述車刀進給模組相連，所述第一滑動模組用於驅動所述車刀進給模組及所述刮刀進給模組沿第一方向滑動，所述第二滑動模組用於驅動所述車刀進給模組及所述刮刀進給模組沿與第一方向垂直之第二方向滑動，所述車刀進給模組能夠驅動所述車刀沿與第一方向及第二方向均垂直之第三方向作往復運動，所述刮刀進給模組能夠驅動所述刮刀沿第三方向運動及繞平行於第三方向之第一軸線轉動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之機床控制系統，其中所述刮刀進給模組包括線性移動單元及轉動單元，所述線性移動單元能夠驅動所述刮刀沿第三方向之運動，所述轉動單元能夠驅動所述刮刀繞第一軸線轉動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之機床控制系統，其中所述控制模組包括位置控制單元、切換控制單元及旋轉控制單元；所述位置控制單元與第一滑動模組及第二滑動模組電性相接，以控制車刀進給模組及刮刀進給模組運動；所述切換控制單元與所述車刀進給模組及所述刮刀進給模組電性相接，以控制所述車刀進給模組及所述刮刀進給模組之間之切換及運作；所述旋轉控制單元與所述工作台電性相接，以控制所述工作台轉動。
4. 如申請專利範圍第3項所述之機床控制系統，其中所述旋轉控制單元還能控制所述工作台繞平行於第三方向之第二軸線轉動。
5. 如申請專利範圍第4項所述之機床控制系統，其中所述旋轉控制單元控制所述工作台繞平行於第二方向之第三軸線轉動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之機床控制系統，其中所述機床控制系統經由所述輸入模組輸入控制參數，所述控制模組根據所述控制參數以控制所述車刀進給模組及刮刀進給模組沿第一方向、第二方向之移動範圍及移動速率，控制所述工作台之旋轉速度、控制所述刮刀之轉動速度及控制所述車刀沿第三方向往復運動之頻率及距離。
7. 如申請專利範圍第1項所述之機床控制系統，其中所述工作台之轉速為100-900轉/分鐘。
8. 如申請專利範圍第1項所述之機床控制系統，其中所述控制模組控制所述車刀進給模組帶動所述車刀沿第一方向方向或第二方向移動之同時，所述車刀進給模組帶動所述車刀沿第三方向往復運動。
9. 如申請專利範圍第8項所述之機床控制系統，其中所述車刀沿第三方向之往復運動之距離隨所述車刀沿第一方向或第二方向之移動而變化。