TWI448357B - 刀具磨削加工方法及裝置 - Google Patents

Description

刀具磨削加工方法及裝置

本發明涉及一種數控加工裝置及方法，尤其涉及一種應用CAD/CAM系統之刀具磨削加工方法及裝置。

CAD(Computer Aided Design，電腦輔助設計)及CAM(Computer Aided Manufacturing，電腦輔助製造)係以電腦數控技術、電腦圖形技術、電腦資料分析技術為主要技術手段來生成與運用各種數位資訊，以替代手工繪製工程圖和編製數控代碼進行產品設計與製造。

習知CAD/CAM系統通常由通用模組構成，應用其進行加工時，首先於CAD模組中建立零件之三維模型，然後根據三維模型設計零件之加工工藝，CAM模組根據加工工藝對零件之加工軌跡進行規劃，並生成加工工具之軌跡資料，然後CAM模組進行後置處理，把加工工具之軌跡資料轉換為適合CNC(Computer Numerical Control，數控機床)之數控代碼，最後將數控代碼下載至CNC中，CNC執行該數控代碼進行加工。然，對產品設計以及工藝設計均較為法複雜，並需藉由砂輪進行磨削加工形成之切削刀具，比如銑刀、鑽頭等，應用上述CAD/CAM系統進行加工時，需要建立包括眾多幾何參數之刀具模型，且通常使用之通用模組未設置磨 削砂輪資料庫，從而較難生成加工工藝以及進行加工之軌跡規劃。

鑒於上述內容，有必要提供一種應用CAD/CAM技術對刀具進行磨削加工之方法及裝置。

一種採用砂輪對刀具磨削加工之方法，其包括以下步驟：建立保存有砂輪資訊之砂輪資料庫；建立存儲刀具加工面之加工工藝單元之工藝資料庫；分解待加工刀具之加工面，從工藝資料庫中選擇與每一加工面對應之加工工藝單元以及從砂輪資料庫中選擇加工該加工面之砂輪，並將加工工藝單元進行組合形成加工工藝；根據加工工藝生成刀具之數控代碼；將數控代碼下載至加工模組進行數控加工。

一種刀具磨削加工裝置，其包括CAPP模組，用於生成刀具之加工工藝；CAM模組，用於根據該加工工藝生成數控代碼；加工模組，用於執行該數控代碼進行加工。該加工裝置還包括存儲砂輪資訊之砂輪資料庫以及存儲刀具加工面之加工工藝單元之工藝資料庫，該CAPP模組用於根據待加工之刀具之加工面，從工藝資料庫中選擇與每一加工面對應之加工工藝單元並從砂輪資料庫中選擇用於加工該加工面之砂輪，並將加工工藝單元進行組合形成加工工藝。

上述採用砂輪對刀具進行磨削加工之方法藉建立保存有刀具加工面之加工工藝單元之工藝資料庫以及保存有砂輪資訊之砂輪資料庫，進行刀具磨削加工時，藉由分解待加工刀具之加工面，從工藝資料庫中選擇與每一加工面對應之加工工藝單元以及從砂輪資 料庫中選擇加工該加工面之砂輪，藉由將加工工藝單元組合可形成適用於刀具磨削加工之加工工藝，從而應用上述方法可較為方便地實現刀具之數控磨削加工。

10‧‧‧CAD模組

11‧‧‧刀具造型單元

12‧‧‧砂輪造型單元

20‧‧‧CAPP模組

30‧‧‧CAM模組

31‧‧‧軌跡規劃單元

32‧‧‧後置處理單元

33‧‧‧加工仿真單元

40‧‧‧加工模組

41‧‧‧加工單元

42‧‧‧測量單元

43‧‧‧電腦數控單元

44‧‧‧介面單元

50‧‧‧系統管理模組

60‧‧‧資料傳輸模組

70‧‧‧資料庫模組

71‧‧‧刀具資料庫

72‧‧‧砂輪資料庫

73‧‧‧工藝資料庫

圖1為本發明實施方式之採用砂輪對刀具進行磨削之加工裝置之系統組成框圖。

圖2為應用圖1所示之加工裝置進行刀具磨削加工之流程圖。

下面結合附圖及實施方式對本發明之採用砂輪對刀具進行磨削加工之方法及裝置作進一步之詳細說明。

請參見圖1，本發明實施例之刀具磨削加工裝置包括CAD模組10、CAPP(Computer Aided Process Planning，電腦輔助工藝過程設計)模組20、CAM模組30、加工模組40、資料通訊模組60以及藉由資料通訊模組60與CAD模組10、CAPP模組20及CAM模組30進行資料通訊之資料庫模組70。其中，資料庫模組70包括刀具資料庫71、砂輪資料庫72以及工藝資料庫73。刀具資料庫71中存儲各種刀具之幾何參數及三維模型等資訊，砂輪資料庫72中存儲各種砂輪之資訊，工藝資料庫73中存儲刀具各基本加工面之加工工藝單元。

CAD模組10包括刀具造型單元11及砂輪造型單元12，分別用於刀具和砂輪之造型以及實體顯示。刀具造型單元11生成之刀具之資訊可保存至刀具資料庫71中，該刀具之資訊包括刀具類型、幾何參數、公差、表面粗糙度等。砂輪造型單元12生成之砂輪之資訊可保存至砂輪資料庫72中。

CAPP模組20用於形成刀具之磨削加工工藝，其首先分解待加工之刀具之加工面，然後從工藝資料庫73中選擇與加工面對應之加工工藝單元，並根據實際加工情況設置加工工藝單元之參數並調整各加工工藝單元之順序以形成加工工藝。CAPP模組20從砂輪資料庫中選擇用於加工該加工面之砂輪，並藉由設置砂輪間之位置關係以形成砂輪組，然後設定加工工藝中所使用之砂輪型號及進給量等加工參數。

CAPP模組20形成之刀具磨削工藝可存儲於工藝資料庫73中，後續進行相似之工藝設計時，可從工藝資料庫73中直接調取相應資訊。該工藝資料庫73可包括標準刀具磨削工藝庫、鑽頭磨削工藝庫和成型銑刀磨削工藝庫，以適用於不同切削工具之磨削加工。

CAM模組30包括軌跡規劃單元31、後置處理單元32以及加工仿真單元33。

軌跡規劃單元31用於根據接收到之CAPP模組20生成之工藝資料，規劃砂輪之運動軌跡及採用砂輪組之各砂輪間之切換和連接，並對砂輪以及刀具之運動軌跡進行優化，以獲得較佳之加工路徑及加工效率。

加工仿真單元33根據軌跡規劃單元31生成之砂輪及刀具運動軌跡以及加工模組40之三維模型進行加工仿真。加工仿真對加工過程中加工模組40之超行程、砂輪和加工模組40之干涉及碰撞以及運動軌跡之正確性進行檢驗。加工仿真單元33存儲複數加工模組之三維模型，並對加工模組各運動軸、砂輪和其他部件進行屬性配置和顯示控制，供加工仿真時選擇使用。

後置處理單元32將接收到之軌跡規劃單元31設定之砂輪以及刀具之運動軌跡轉換為加工模組40所使用之數控代碼。後置處理單元32中存儲複數加工模組40之軸系配置檔和數控系統規格型號等配置檔，供後置處理時根據實際採用之加工模組進行選擇使用。

加工模組40包括加工單元41、測量單元42、電腦數控單元43以及介面單元44。本實施方式中，加工單元41為五軸刀具磨床，其具有伺服機構，該伺服機構可於電腦數控單元43之控制下動作，五軸刀具磨床之主軸上安裝有砂輪組，比如由平砂輪、碟砂輪、杯砂輪、圓角砂輪和尖角砂輪等組成之砂輪組。

測量單元42包括位置測量元件(圖未示)，其用於測量刀具於加工單元41坐標系中之位置，以確定加工起始點。本實施方式中，測量單元42裝設於五軸刀具磨床上，當刀具坯料裝夾於五軸刀具磨床之後，測量單元42測量坯料長度，並將測得之長度傳送至電腦數控單元43。

電腦數控單元43用於根據後置處理單元32生成之數控代碼以及測量單元42獲取之刀具位置控制加工單元41動作，使砂輪對刀具之加工面進行加工。

介面單元44用於控制電腦數控單元43與CAM模組30之資料通訊，當電腦數控單元43與CAM模組30採用離線之方式連接時，藉由介面單元44將數控代碼下載至電腦數控單元43中。

資料傳輸模組60用於控制CAD模組10、CAPP模組20、CAM模組30、加工模組40以及資料庫模組70之間之資料通訊，其可藉由軟體編程或者採用串口、網路介面等形式控制資料之傳輸。

加工裝置還可進一步包括系統管理模組50，該系統管理模組50用於進行資料維護、設計調度及系統配置等。

以下介紹應用上述加工裝置對刀具進行磨削加工之方法，詳細步驟如下：

步驟S101：建立保存有砂輪資訊之砂輪資料庫。

該砂輪資訊包括砂輪之類型、尺寸、三維模型以及加工參數等。砂輪之造型可藉由CAD模組完成。砂輪之類型可包括平砂輪、碟砂輪、杯砂輪、圓角砂輪和尖角砂輪等。

步驟S102：建立存儲刀具加工面之加工工藝單元之工藝資料庫。

以四刃銑刀為例，其加工面主要包括容屑槽面、端刃之前刀面以及後刀面等。加工工藝單元包括用於加工上述加工面所採用之砂輪類型、冷卻方式、砂輪之轉速及切削量等工藝參數。其他類型之刀具之加工面之加工工藝單元之建立方法與四刃銑刀類似。

步驟S103：分解待加工刀具之加工面，從工藝資料庫中選擇與每一加工面對應之加工工藝單元，從砂輪資料庫中選擇用於加工該加工面之砂輪，並將加工工藝單元進行組合形成加工工藝。

將待加工刀具之加工面進行分解，CAPP模組20根據各加工面從工藝資料庫73中選擇與之對應之加工工藝單元並對相關之工藝參數調整，然後從砂輪資料庫72選擇與此加工工藝單元匹配並用於加工該加工面之砂輪，並設定砂輪轉速等控制參數。

步驟S104：設置砂輪之位置及加工參數，將砂輪組合成砂輪組，並規劃砂輪及刀具之運動軌跡。

選擇用於加工出刀具之加工面之砂輪，將砂輪進行組合形成砂輪組並配置於加工模組40之主軸上。根據CAPP模組20之軌跡規劃單元31對各砂輪之以及刀具之運動軌跡進行優化，以減小砂輪之運動距離、提高加工效率。

步驟S105：根據加工工藝形成刀具造型。

CAD模組形成加工工藝可加工出之各加工面，並將該複數加工面與一坯體造型組合形成刀具造型。形成之刀具造型可保存於刀具資料庫，以便於設計相似之刀具時，可從刀具資料庫中調取。當CAD模組中顯示之刀具造型未達到設計要求時，可返回步驟S103重新設計加工工藝。

步驟S106：提供加工模組之模型，並根據該砂輪及刀具之運動軌跡於該加工模組之模型中進行加工仿真。

加工仿真單元33接收軌跡規劃單元31生成之砂輪及刀具之運動軌跡資料對實際之加工過程進行模擬。如果仿真之結果顯示加工過程中出現五軸刀具磨床超行程、砂輪和五軸刀具磨床干涉碰撞以及運動軌跡資料異常等情況，使用者可返回步驟S103重新設計加工工藝。

步驟S107：根據加工工藝生成刀具之數控代碼。

後置處理單元32將軌跡規劃單元31設定之砂輪及刀具之運動軌跡資料轉換為五軸刀具磨床可識別和使用之數控代碼。

步驟S108：測量刀具位置以確定加工之起始位置。

測量單元42測量刀具之長度以確定刀具於加工單元41坐標系中之 起始位置，並將該起始位置之資訊傳送至加工模組40之電腦數控單元43，電腦數控單元43根據刀具之起始位置設定加工之起始點。

步驟S109：將數控代碼下載至加工模組進行數控加工。

電腦數控單元43根據後置處理單元32生成之數控代碼以及測量單元42獲得之刀具之起始位置控制加工單元41動作。

本發明實施例之加工方法藉由建立保存有刀具加工面之加工工藝單元之工藝資料庫以及保存有砂輪資訊之砂輪資料庫，對某一刀具進行磨削加工時，藉由分解待加工刀具之加工面，從工藝資料庫中選擇與每一加工面對應之加工工藝單元以及從砂輪資料庫中選擇加工該加工面之砂輪，藉由將加工工藝單元組合形成適用於刀具磨削加工之加工工藝。

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。

Claims (11)

1. 一種採用砂輪對刀具磨削加工之方法，其包括步驟：建立保存有砂輪資訊之砂輪資料庫；建立存儲刀具加工面之加工工藝單元之工藝資料庫；分解待加工刀具之加工面，從工藝資料庫中選擇與每一加工面對應之加工工藝單元以及從砂輪資料庫中選擇加工項所述之加工面之砂輪，並將加工工藝單元進行組合形成加工工藝；根據加工工藝生成刀具之數控代碼；將數控代碼下載至加工模組進行數控加工。
2. 如申請專利範圍第1項所述之刀具磨削加工方法，其還包括步驟：根據加工工藝形成刀具造型。
3. 如申請專利範圍第1項所述之刀具磨削加工方法，其還包括步驟：設置該選擇得到之砂輪之位置及加工參數，將複數砂輪組合成砂輪組，並規劃砂輪及刀具之運動軌跡。
4. 如申請專利範圍第1項所述之刀具磨削加工方法，其還包括步驟：提供加工模組之模型，並根據該砂輪及刀具之運動軌跡於該加工模組之模型中進行加工仿真。
5. 如申請專利範圍第1項所述之刀具磨削加工方法，其還包括步驟：測量刀具在加工模組中之位置以確定加工之起始位置。
6. 一種刀具磨削加工裝置，其包括CAPP模組，用於生成刀具之加工工藝；CAM模組，用於根據該加工工藝生成數控代碼；加工模組，用於執行該數控代碼進行加工，其改良在於：該加工裝置還包括存儲砂輪資訊之砂輪資料庫以及存儲刀具加工面之加工工藝單元之工藝資料庫，該CAPP模組 用於根據待加工之刀具之加工面，從工藝資料庫中選擇與每一加工面對應之加工工藝單元並從砂輪資料庫中選擇用於加工該加工面之砂輪，並將加工工藝單元進行組合形成加工工藝。
7. 如申請專利範圍第6項所述之刀具磨削加工裝置，其中該加工模組包括加工單元、測量單元、電腦數控單元以及介面單元，測量單元用於測量刀具於加工模組中之位置，電腦數控單元用於根據接收到之CAM模組生成之數控代碼以及測量單元獲取刀具之位置控制加工單元動作，該介面單元控制電腦數控單元與CAM模組間之資料通訊。
8. 如申請專利範圍第6項所述之刀具磨削加工裝置，其中還包括一用於根據CAPP模組形成之加工工藝進行刀具造型及顯示之CAD模組。
9. 如申請專利範圍第6項所述之刀具磨削加工裝置，其中該加工單元為一五軸刀具磨床。
10. 如申請專利範圍第6項所述之刀具磨削加工裝置，其中該CAM模組包括軌跡規劃單元，用於根據CAPP模組生成之加工工藝規劃砂輪及刀具之運動軌跡。
11. 如申請專利範圍第9項所述之刀具磨削加工裝置，其中該CAM模組還包括加工仿真單元，用於存儲加工模組之模型並根據軌跡規劃單元生成之該砂輪及刀具之運動軌跡進行加工仿真。