TWI535514B - 提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統及方法 - Google Patents

Description

提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統及方法

本發明係有關於一種數值控制系統及其方法，特別是有關於一種提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統與其數值控制方法。

車床加工的主要應用多以螺紋車削為主，但目前螺紋車削加工所面臨的問題為改善螺紋的加工精度，以及進行螺紋加工時，刀具的退刀品質，換言之，即針對減少螺紋無效牙與不完全牙的產生，其中，無效牙指的是在進行螺紋車削時，所產出的螺紋節距小於設定的螺紋節距，另外，不完全牙意指在進行螺紋車削結束時，若刀具非急拔刀，則會留下螺紋牙深過淺的不完全螺紋；反之，若螺紋節距與螺紋牙深皆正確的螺紋，則稱之為有效牙。

在一般車床數值控制系統，車床G碼可分為A、B及C三種體系，以下皆以A體系的車床G碼作為說明。

螺紋車削循環加工之數值控制系統有兩種加工指令，分別是G92直進式車削和G76斜進式車削，G92直進式車削加工指令(如：G92 X(U)＿ Z(W)＿ R＿ H＿ (F＿ or E＿)；其中，X、Z為車削終點座標絕對值；U、W為車削終點座標增量值；R為錐度差異量；F為公制螺紋之導程(單位：mm/牙)；E為英制螺紋之導程(單位：牙/mm)；H為多牙嘴個數；F為相鄰螺牙的螺距))採用直進式進刀，但由於刀具兩側同時車削加工工件，車削力雖大但排屑不易，也因此容易造成刀具磨 損，進而導致螺紋製作時的誤差，但其螺紋車削加工精度較高，故常用於螺紋節距小且螺紋精度高的螺紋車削加工，而G92直進式車削加工指令的缺點在於刀具的移動與車削皆需以編修加工指令的方式來完成，因此若使用G92直進式車削加工指令進行螺紋車削循環加工，則需要使用多行的G92直進式車削加工指令才可完成螺紋車削循環加工。

G76斜進式車削加工指令(如：G76 P m r a Q Δdmin Rd；G76 X(U)＿ Z(W)＿ R Δi P Δk Q Δd H＿ (F＿ or E＿)；其中，m為精車次數(1~99)；r為退刀長度，當螺距以L表示時，設定值可以從0.0L到9.9L，單位為0.1L；a為刀尖角度；Δdmin為最小切削深度；Rd為精車預留量；X(U)為車削終點的X軸座標；Z(W)為車削終點的Z軸座標；Δi為螺紋半徑差；Δk為螺紋高度；Δd為第一回切削深度；F為公制螺紋導程(單位：mm/牙)；E為英制螺牙導程(單位：牙/英吋)；H為多螺牙個數)使用單側刀刃車削加工工件，使得加工工件的螺紋面不直，且刀具尖角處易磨損，造成螺紋精度差，但其優點在於排屑容易，且其車削深度為遞減式，故適用於螺距節距大且螺紋精度低的螺紋車削加工。

然而，不論是使用G76斜進式車削加工指令或是G92直進式車削加工指令，其螺紋車削循環加工路徑皆相同，一次螺紋車削循環加工路徑示意圖如第1圖所示，其中，當一刀具11定位於一起始點1A，接著，刀具11沿著實體運動軸X方向定位至一指定車削深度點1B，使刀具11可接觸一加工工件12進行螺紋車削加工。

當刀具11到達指定車削深度點1B後，夾載加工工件12的加工旋轉軸(第1圖中未顯示)開始旋轉，且刀具11由指定車削深度點1B沿著一實體運動軸Z方向開始車削至一退刀起始點1C，再根據使用者設定的退刀距離以及退刀角度，將刀具11拉離加工工件12表面，並且經過一退刀終點1D至車削循環終點1E，再次回到起始點1A，完成一次螺紋車削循環加工。

請參閱第2圖，其係為習知技術之螺紋車削加工之斜角退刀軸向速度與時間關係示意圖。

如第2圖所示，當刀具11從退刀起始點1C至退刀終點1D時，刀具11沿著實體運動軸X與實體運動軸Z之運動必須保持同動關係，因此，在實體運動軸X與實體運動軸Z的速度規劃需滿足合成方向速度，然而，刀具11在實體運動軸X方向的速度Vx係由靜止狀態開始加速，且在加速初始期間，並無法即時到達目標速度，故將刀具11在實體運動軸Z方向的速度Vz降低，造成整體加工時間增加，同時也導致螺紋間距錯誤。

接著，請參閱第3圖，其係為習知技術之螺紋車削循環加工之流程圖。

首先，如步驟201所示，先輸入一螺紋車削循環加工指令，接著執行步驟202，根據最後所需的螺紋規格，輸入一螺紋導角角度與一螺紋導角值後，便執行步驟203，即根據步驟201與步驟202所輸入的螺紋車削循環加工指令、螺紋導角角度及螺紋導角值開始先進行一次螺紋車削循環加工，當一次螺紋車削循環加工結束之後，接著進行步驟204，檢視一次螺紋車削循環加工的結果是否符合規格，若不符合規格，則執行步驟205，即再次重新調整螺紋導角角度與螺紋導角值，並回到步驟202，再次輸入螺紋導角角度與螺紋導角值，並依序執行步驟203與204，如此重複執行步驟202~205直到螺紋車削循環加工結果符合規格後，則可進行步驟206，即根據正確的螺紋導角角度與螺紋導角值開始大量批次螺紋工件生產，在此螺紋車削循環加工過程中，要達到產品規格必須取決於使用者的實務經驗，但依據使用者的實務經驗容易造成加工的誤差，此外，重複修正螺紋導角角度與螺紋導角值並再檢視其螺紋加工結果也會增加整體加工時間，不符合數值控制之自動化的本質。

根據上述，在習知的螺紋車削循環加工的過程中，重複進行調整螺紋導角值與螺紋導角角度不僅加工工件的材料耗損會增加生產成本，且因為此加工過程也需要取決於使用者的實 務經驗，若需生產不同規格之螺紋，也必須再次重新設定螺紋導角值與螺紋導角角度以及再次檢視其加工結果；此外，螺紋車削循環加工路徑之退刀路徑必須降低刀具沿實體運動軸Z方向，也會導致整體加工時間增加，長期而言，不僅增加生產成本，同時也降低了生產效率。

為了解決先前技術所述之問題，本發明之主要目的在於提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制方法，包括下列步驟：輸入一螺紋加工程式於一數值控制裝置，其包含一快速定位移動程式以及一螺紋車削加工程式，數值控制裝置用以控制一加工機之一刀具之運作；輸入一螺紋種類於數值控制裝置，其包含一公制螺紋與一英制螺紋；根據螺紋種類計算刀具之一實體運動軸X與一實體運動軸Z之一退刀時間；根據退刀時間進行實體運動軸X與實體運動軸Z之一軸向動程規劃，並進行一插值運算後分別產生一X軸插值命令與一Z軸插值命令；整合X軸插值命令與Z軸插值命令為一退刀程式；以及整併退刀程式與螺紋加工程式為一最終加工程式。

所述之提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制方法，其中加工機係為一臥式加工機。

本發明再一主要目的在於提供一種提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統，包括一加工機，具有一刀具以及一加工旋轉軸，其中加工旋轉軸係用以夾持一加工工件，刀具係位於加工工件上方，係沿一實體運動軸X、一實體運動軸Y或一實體運動軸Z運動，並對加工工件進行一螺紋車削加工，實體運動軸X、實體運動軸Y及實體運動軸Z係兩兩互相垂直，以及一數值控制裝置，電性連接加工機，係用以載入並執行一螺紋加工程式，並依據螺紋加工程式控制刀具沿實體運動軸X、實體運動軸Y及實體運動軸Z之運動，其中提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統之特徵在於：數值控制裝置可提供使用者輸入一 螺紋種類至加工程式，螺紋種類包含一公制螺紋與一英制螺紋，使得數值控制裝置根據螺紋種類計算刀具從加工工件之底部完全脫離加工工件之一退刀時間，並依據退刀時間將實體運動軸X與Z進行一軸向動程規劃後，進行一插值運算分別產生一X軸插值命令與一Z軸插值命令，進一步整合為一退刀程式，並決定X軸插值命令需提前於退刀時間發送而控制實體運動軸X運動，接著再發送Z軸插值命令控制實體運動軸Z運動，之後數值控制裝置會將退刀程式與螺紋加工程式整併為一最終加工程式。

所述之提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統，其中加工機係為一臥式加工機。

經上述可知藉由本發明之提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統，可提供使用者輸入螺紋種類，而不需重複設定螺紋導角角度與螺紋導角值，並且可根據螺紋種類計算出確切的退刀時間，而不需降低刀具在退刀時實體運動軸Z的速度，即可達到增進加工效率、降低開發成本以及簡化生產流程的目的。

11、311‧‧‧刀具

12、313‧‧‧加工工件

1A、3A‧‧‧起始點

1B、3B‧‧‧車削深度點

1C、3C‧‧‧退刀起始點

1D、3D‧‧‧退刀終點

1E、3E‧‧‧車削循環終點

X、Y、Z‧‧‧實體運動軸

201~206、401~407‧‧‧步驟

300‧‧‧提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統

31‧‧‧加工機

312‧‧‧加工旋轉軸

32‧‧‧數值控制裝置

Vx‧‧‧實體運動軸X方向的速度

Vz‧‧‧實體運動軸Z方向的速度

第1圖係為習知技術之一次螺紋車削循環加工路徑示意圖。

第2圖係為習知技術之螺紋車削加工之斜角退刀軸向速度與時間關係示意圖。

第3圖係為習知技術之螺紋車削循環加工之流程圖。

第4圖係為本發明之提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統示意圖。

第5圖係為本發明之一次螺紋車削循環加工路徑示意圖。

第6圖係為本發明之螺紋車削循環加工之流程圖。

由於本發明揭露一種提升螺紋車削速度與加工精度 之數值控制(Numerical Control；NC)系統，其中所利用之基本螺紋車削循環加工指令，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構及功能示意，並未亦不需要依據實際尺寸完整繪製，盍先敘明。

本發明係有關於一種提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統，特別是有關於包含一加工機以及一數值控制裝置之提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統。

首先，請參閱第4圖，係為本發明之提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統示意圖。

如第4圖所示，本發明之提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統300包含一加工機31，此加工機可以是一臥式加工機，其具有一刀具311、一加工旋轉軸312、一實體運動軸X、一實體運動軸Y以及一實體運動軸Z，而實體運動軸X、實體運動軸Y及實體運動軸Z為兩兩互相垂直，其中加工旋轉軸312用以夾取一加工工件313，刀具311位於加工工件313之上方，當執行螺紋車削循環加工時，刀具311係沿著實體運動軸X、實體運動軸Y與實體運動軸Z方向移動，另外，本發明之提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統還包含一數值控制裝置32，其與加工機31電性連接，係用以載入並執行一螺紋加工程式以及控制刀具311之運作，並且可提供使用者輸入螺紋種類，其螺紋種類包含一公制螺紋與一英制螺紋，數值控制裝置32根據螺紋種類計算刀具311從加工工件313之底部完全脫離加工工件313之退刀時間，並依據退刀時間將實體運動軸X與Z進行一軸向動程規劃後，進行插值運算分別產生一X軸插值命令與一Z軸插值命令，進一步整合為一退刀程式，並決定X軸插值命令需提前於退刀時間發送而控制實體運動軸X運動，接著再發送Z軸插值命令控制實體運動軸Z運動，之後數值控制裝置32會將退刀程式與螺紋加工程式整併為一最終加工程式，以簡化螺紋車削循環加工流程，並且後續以最終加工程式進行大量生產。

接著，請參考第5圖，為本發明之一次螺紋車削循環加工路徑示意圖。

如第5圖所示，刀具311首先定位於一起始點3A，接著，刀具311沿著實體運動軸X方向下降至一車削深度點3B，使得刀具311可接觸加工工件313進行螺紋車削加工。

當刀具311接觸到加工工件313時，夾載加工工件313之加工旋轉軸312旋轉，且刀具311由車削深度點3B沿著實體運動軸Z方向移動，並且車削加工工件313至一退刀起始點3C，此時，數值控制裝置32根據使用者所輸入之螺紋種類計算出刀具311從加工工件313底部至完全離開加工工件313的一退刀時間，而數值控制裝置32進一步根據退刀時間進行實體運動軸X與實體運動軸Z的軸向動程規劃，接著，數值控制裝置32將軸向動程規劃結果進行一插值運算分別產生一X軸插值命令與一Z軸插值命令，數值控制裝置32進一步將X軸插值命令與一Z軸插值命令整合為一退刀程式，退刀程式用以決定X軸插值命令需提前於退刀時間發送而控制實體運動軸X運動，接著再發送Z軸插值命令控制實體運動軸Z運動，之後數值控制裝置32會將退刀程式與螺紋加工程式整併為一最終加工程式，其中，刀具311在退刀起始點3C移動至一退刀終點3D係根據退刀程式完成退刀動作，接著，刀具311從退刀終點3D沿實體運動軸X方向移動，至一車削循環終點3E，最後，刀具311再從車削循環終點3E沿著實體運動軸Z方向移動至起始點3A，完成一次螺紋車削循環加工之路徑。

接著，請參考第6圖，為本發明之螺紋車削循環加工之流程圖。

首先，如步驟401所示，先輸入一螺紋加工程式至數值控制裝置32，螺紋加工程式主要包含快速定位移動程式以及螺紋車削加工程式，而數值控制裝置32用以控制加工機31之刀具311之運作，即數值控制裝置32根據螺紋加工程式之快速定位移動程式與螺紋車削加工程式控制刀具311從起始點3A沿實體 運動軸X方向移動至車削深度點3B、刀具311從車削深度點3B沿實體運動軸Z方向車削至退刀起始點3C、刀具311從退刀終點3D沿實體運動軸X方向移動至車削循環終點3E以及刀具311從車削循環終點3E沿實體運動軸Z方向移動至起始點3A，接著執行步驟402，再輸入一螺紋種類至數值控制裝置32中，螺紋種類包含一公制螺紋與一英制螺紋，接著進行步驟403，數值控制裝置32根據螺紋種類可得到螺紋節距與螺紋牙深之關係式，可進一步計算刀具311之實體運動軸X與實體運動軸Z從加工工件313底部至完全離開加工工件313的退刀時間，接著進行步驟404，數值控制裝置32根據步驟403所得到的退刀時間，進行刀具311沿實體運動軸X軸與Z軸之軸向動程規劃，並進行一插值運算分別產生一X軸插值命令與一Z軸插值命令，接著進行步驟405，數值控制裝置32將步驟404所完成之X軸插值命令與Z軸插值命令整合為一退刀程式，並決定X軸插值命令需提前於退刀時間發送而控制實體運動軸X運動，接著再發送Z軸插值命令控制實體運動軸Z運動，使數值控制裝置32控制刀具311根據退刀程式從退刀起始點3C移動至退刀終點3D，而步驟406係將步驟405所得到的退刀程式以及步驟401所輸入之螺紋加工程式整併為一最終加工程式，最後，步驟407為依據最終加工程式進行螺紋車削循環加工之大量生產，而不需重複設定螺紋導角角度與螺紋導角值，並且可根據螺紋種類計算出確切的退刀時間，而不需降低刀具在退刀時實體運動軸Z的速度，即可達到增進加工效率、降低開發成本以及簡化生產流程的目的。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之權利範圍；同時以上的描述，對於相關技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

401~407‧‧‧步驟

Claims (4)

1. 一種提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制方法，包括下列步驟：輸入一螺紋加工程式於一數值控制裝置，其包含輸入一快速定位移動程式以及一螺紋車削加工程式，該數值控制裝置用以控制一加工機之一刀具之運作；輸入一螺紋種類於該數值控制裝置，其包含輸入一公制螺紋與一英制螺紋；根據該螺紋種類計算該刀具之一實體運動軸X與一實體運動軸Z之一退刀時間；根據該退刀時間進行該實體運動軸X與該實體運動軸Z之一軸向動程規劃，並進行一插值運算後分別產生一X軸插值命令與一Z軸插值命令；整合該X軸插值命令與該Z軸插值命令為一退刀程式；以及整併該退刀程式與該螺紋加工程式為一最終加工程式。
2. 依據申請專利範圍第2項所述的提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制方法，其中該加工機係為一臥式加工機。
3. 一種提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統，包括一加工機，具有一刀具以及一加工旋轉軸，其中該加工旋轉軸係用以夾持一加工工件，該刀具係位於該加工工件上方，係沿一實體運動軸X、一實體運動軸Y或一實體運動軸Z運動，並對該加工工件進行一螺紋車削加工，該實體運動軸X、該實體運動軸Y及該實體運動軸Z係兩兩互相垂直，以及一數值控制裝置，電性連接該加工機，係用以載入並執行一螺紋加工程式，並依據該螺紋加工程式控制該刀具沿該實體運動軸X、該實體運動軸Y及該實體運動 軸Z之運動，其中該提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統之特徵在於：該數值控制裝置可提供使用者輸入一螺紋種類，該螺紋種類包含一公制螺紋與一英制螺紋，使得該數值控制裝置根據該螺紋種類計算該刀具從該加工工件之底部完全脫離該加工工件之一退刀時間，並依據該退刀時間將該實體運動軸X與Z進行一軸向動程規劃後，進行一插值運算分別產生一X軸插值命令與一Z軸插值命令，進一步整合為一退刀程式，並決定該X軸插值命令需提前於該退刀時間發送而控制該實體運動軸X運動，接著再發送該Z軸插值命令控制該實體運動軸Z運動，之後該數值控制裝置會將該退刀程式與該螺紋加工程式整併為一最終加工程式。
4. 依據申請專利範圍第3項所述的提升螺紋車削速度與加工精度之數值控制系統，其中該加工機係為一臥式加工機。