用于鉆孔的數控機床及其鉆孔加工方法與流程

本發明涉及數控設備的鉆孔加工，尤其涉及主要適用于銑床、龍門銑、加工中心等可加工孔的數控設備及其鉆孔加工方法。

背景技術：

數控鏜銑床、加工中心等設備的應用日益普遍，其所加工的零件種類也越來越多，對如何根據零件需要、工藝需要、加工需要鉆孔已成為一個值得探究的問題。

伴隨著數控技術、刀具技術的快速發展，零件結構的復雜性，鉆孔加工方式和要求也有了長足的進步。原有數控機床上的固有循環無法滿足新的加工要求。

如何提高數控機床在鉆孔加工時的效能，減少人為編程時出錯概率和編程時間并使得技術人員在無需全面了解數控編程的條件下完成數控加工，是本領域亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種用于鉆孔的數控機床及其鉆孔加工方法，其可以提高數控機床在鉆孔加工時的效能。

本發明提供的用于鉆孔的數控機床，其上加裝有鉆孔模塊，用于控制數控機床進行鉆孔操作，所述鉆孔模塊包括：

鉆孔加工方式辨析單元，對用戶輸入數據進行處理，分揀加工方式信息；

孔加工位置斜面或不規則面辨析單元，對用戶輸入數據進行處理，辨識孔進刀面是平面、斜面還是不規則面，其輸出連接到邏輯判斷單元；

通孔鉆出孔口為斜面或不規則面設定或孔底需修光、拋光的鉆孔加工辨析單元，對用戶輸入數據進行處理，分揀通孔鉆出孔口情況或孔底需修光、拋光加工情況，其輸出連接到邏輯判斷單元；

斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工深度限位單元，對用戶輸入數據進行處理，進行斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工時的加工深度與鉆孔或通孔出口深度的比較， 其輸出連接到邏輯判斷單元；

邏輯判斷單元，判斷用戶定義數值邏輯關系是否正確，辨識加工過程中邏輯關系，控制邏輯流轉；

計算單元，接受來自鉆孔加工方式辨析單元和邏輯判斷單元的數據、來自反饋接收單元的反饋數據以及用戶輸入數據，用于斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工時的加工深度、斷屑鉆孔加工斷屑回退深度或排屑鉆孔加工快進偏置深度的計算，其輸出連接到輸出單元；

輸出單元，根據其他單元給定的機械動作命令和計算單元計算出的加工位置，輸出給數控機床進行鉆孔加工；

反饋接收單元，接收數控機床反饋的信息、數據并反饋給計算單元。

其中，還包括數據報警單元，對用戶輸入的數據進行分析，如有數據不匹配或邏輯錯誤，通過數控機床報警單元報警。

其中，還包括數據處理單元，將用戶輸入的數據分解成邏輯判斷數據和數值數據，并相應地存放入邏輯判斷數據或數值數據存儲器中。

本發明提供的鉆孔加工方法，包括順序進行的如下步驟：

步驟s2：根據用戶輸入數據，辨析用戶定義孔加工方式是否為深孔加工，當需進行深孔加工時，進行步驟s21：輸出深孔鉆孔加工準備動作命令給數控機床，以使數控機床到達深孔起始加工位置并進行主軸起動和冷卻起動，而后實施步驟s5；當無需進行深孔加工時，實施步驟s3；

步驟s3：根據用戶輸入數據，辨析用戶定義孔的加工面是否為斜面或不規則面，當加工面為斜面或不規則面時，進行步驟s31：輸出斜面或不規則面上的鉆孔命令給數控機床，以使其進行在斜面或不規則面上的鉆孔加工，而后實施步驟s4；當加工面不是斜面或不規則面，而是平面時，實施步驟s4；

步驟s4：根據用戶輸入數據，辨析用戶定義孔加工方式是否為斷屑鉆孔加工或排屑鉆孔加工，當需進行斷屑鉆孔加工或排屑鉆孔加工時，進行如下步驟：步驟s41：根據用戶輸入數據和機床反饋數據，由計算單元進行加工深度的計算；步驟s42：根據加工深度計算的結果，進行深度比較，即將加工深度與鉆孔或通孔出口深度進行比較，如果加工深度較小，則進行步驟s43：根據加工類型輸出斷屑鉆孔或排屑鉆孔命令給數控機床，以使其進行相應的鉆孔操作；并進行步驟s5；以及進行步驟s44：接收單元接收數控機床的反饋數據，傳送給計算單 元進行加工深度的計算；如果加工深度較大，則進行步驟s6；當無需進行斷屑鉆孔加工或排屑鉆孔加工時，實施步驟s5；

步驟s5：使數控機床加工到用戶定義深度；

步驟s6：根據用戶輸入數據，辨析用戶定義孔是否需孔底修光或通孔出口處為斜面或不規則面的加工，當需孔底修光或通孔出口處為斜面或不規則面的加工時，進行步驟s61：輸出加工起始位置深度到數控機床，使其進行孔底修光或通孔出口處為斜面或不規則面的加工，而后實施步驟s7；當無需孔底修光或通孔出口處為不規則面的加工時，實施步驟s7；

步驟s7：輸出加工到最終深度的命令給數控機床，以使其進行加工。

其中，還包括步驟s1：數據檢測，其讀取用戶定義數據，對起刀點、深孔起刀點、退刀點等數據進行參數校對，如參數出錯，則進行步驟s11：輸出錯誤報警命令給數控機床，使其對用戶報警。

其中，如參數無錯誤，則進行步驟s12：將用戶數據分解為邏輯判斷數據和數值數據分別存儲。

其中，還包括步驟s8：判斷是否為深孔鉆孔，如果是，進行步驟s81：輸出深孔鉆孔加工準備動作命令，從而進行主軸停止、冷卻停止，而后進行步驟s82；如果不是深孔鉆孔，進行步驟s82：輸出工序結束命令，從而使加工工序結束。

本發明通過在數控機床上加裝鉆孔加工模塊，可以根據零件需要、工藝需要、加工需要實現不同種類孔的鉆削。本發明適用于連續鉆孔加工、斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工、斜面或不規則面上的鉆孔加工、通孔鉆出孔口為斜面或不規則面的鉆孔加工、孔底需修光、拋光的鉆孔加工、實現深孔鉆孔加工以及根據加工要求混合使用。

本發明通過在數控機床上加裝鉆孔加工模塊，可提高數控機床在鉆孔加工時的效能，減少人為編程時出錯概率和編程時間并使得技術人員在無需全面了解數控編程的條件下完成數控加工。同時可有效的提高產品的質量和加工靈活性。

本發明與現有數控機床加工模塊的差異在于：

1)通過鉆孔模塊控制數控機床進行鉆孔操作，不斷進行加工位置的辨別，直至到達規定深度，完成鉆孔加工。實現在不規則面鉆孔或通孔出口不規 則時，加工參數根據用戶定義參數自動調整，無需人工干預。

2)實現深孔加工循環。

3)實現孔底修光加工。

4)可根據零件加工要求組合孔加工的最佳加工方案。

5)降低對人員編程能力的要求，提供簡便的編程方式。

附圖說明

圖1是本發明的數控機床的結構示意圖；

圖2是本發明的鉆孔加工方法的流程圖。

具體實施方式

下面參照附圖描述本發明的實施方式，其中相同的部件用相同的附圖標記表示。

本發明在用于鉆孔的數控機床上加裝鉆孔模塊。數控機床接受用戶以數控宏代碼的方式輸入的鉆孔的相關尺寸、加工方式等數據，并將這些形式調入鉆孔模塊中。通過鉆孔模塊控制數控機床進行鉆孔操作，不斷進行加工位置的辨別，直至到達規定深度，完成鉆孔加工。

所述輸入數據包含：

1)鉆孔加工方式的選擇(連續鉆孔加工、斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工、深孔鉆孔加工)。

2)鉆孔起始深度(排屑加工回退深度)設定。

3)孔加工位置斜面或不規則面設定。

4)通孔鉆出孔口為斜面或不規則面設定或孔底需修光、拋光的鉆孔加工設定。

5)深孔鉆孔加工引導孔深度設定。

6)斜面或不規則面深度設定。

7)通孔鉆出孔口為斜面或不規則面起始位置或孔底需修光、拋光的鉆孔加工起始位置深度設定。

8)鉆孔或通孔出口深度設定。

9)斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工單次加工進給量設定。

10)斷屑鉆孔加工斷削回退或排屑鉆孔加工快進偏置量設定。

本發明所涉及的鉆孔加工如下：

1)連續鉆孔加工。

在規則平面上進行鉆削加工且通孔孔口平順或孔底無加工要求。是最常見的孔加工方式，主要用于螺紋低徑孔、熱交換孔、貫穿孔以及后續加工工序前的預鉆孔。

2)斷屑鉆孔加工。

斷屑鉆孔用于在難斷屑材料(不銹鋼材料、鎳基材料等)加工時通過加工工藝幫助材料斷屑。斷屑鉆孔刀具主要適用于高速鋼，不適用于硬質合金刀具。斷屑鉆孔加工中根據加工工藝要求在加工一定深度后回退一個距離實現鐵屑的人為斷屑。

3)排屑鉆孔加工。

排屑鉆孔用于加工中不易排屑或無冷卻液輔助排屑的環境下通過加工工藝輔助排屑。排屑鉆孔刀具主要適用于高速鋼，不適用于硬質合金刀具。排屑鉆孔加工中根據加工工藝要求在加工一定深度后回退到孔口，再快進到一個距離實現鐵屑的人為排出。

4)深孔鉆孔加工。

深孔鉆孔加工一般會使用一些特殊的刀具，一般需要先加工一個引導孔。深孔鉆在進入引導孔口后再進行主軸、冷卻液的開啟；加工結束后再進行主軸、冷卻液的停止。與一般的鉆孔加工方式有所差異。

5)在斜面或不規則面上的鉆孔加工。

在斜面或不規則面上的鉆孔加工，主要采用的刀具為長度小于4倍直徑的u鉆。且要求斜面角度小于15°。在斜面或不規則面(圓弧面、臺階面)上的鉆孔加工時要降低主軸轉速和切削進給速度，到達全孔切削時再恢復到推薦切削速度。此加工方式也可以運用于難切削材料孔加工初入孔時得到穩定的切削。

6)通孔鉆出孔口為斜面或不規則面的鉆孔加工。

通孔鉆出孔口為斜面或不規則面時，為了減少鉆頭的振動，提高加工穩定性必須降低主軸轉速和切削進給速度。

7)孔底需修光、拋光的鉆孔加工。

孔底需修光、拋光的鉆孔加工運用于孔底需進行配合或冷卻水孔的加工， 其孔底有表面粗糙度的要求。加工時要改變鉆孔的加工參數同時要在孔底進行修光或拋光。

如圖1所示，所述鉆孔模塊包括：

1)數據報警單元。

獲取用戶輸入數據，對用戶輸入的數據進行分析，如有數據不匹配或邏輯錯誤，通過數控機床報警單元報警。數據報警單元連接數據處理單元，以將正確數據輸出到數據處理單元。

2)數據處理單元。

將用戶輸入的數據分解成邏輯判斷數據和數值數據，并相應地存放入邏輯判斷數據或數值數據存儲器中。

3)邏輯判斷數據存儲器。

存儲邏輯判斷數據，如：鉆孔加工方式的選擇、孔加工位置斜面或不規則面、通孔鉆出孔口為斜面或不規則面設定或孔底需修光、拋光的鉆孔加工。

4)數值數據存儲器。

存儲數值數據，如：鉆孔起始深度以及排屑加工回退深度、深孔鉆孔加工引導孔深度、斜面或不規則面深度、通孔鉆出孔口為斜面或不規則面起始位置或孔底需修光、拋光的鉆孔加工起始位置深度、鉆孔或通孔出口深度、斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工單次加工進給量、斷屑鉆孔加工斷削回退或排屑鉆孔加工快進偏置量。

5)鉆孔加工方式辨析單元。

對邏輯判斷數據存儲器存儲的邏輯判斷數據進行處理，分揀加工方式信息，其輸出連接到孔加工位置斜面或不規則面辨析單元、通孔鉆出孔口為斜面或不規則面設定或孔底需修光、拋光的鉆孔加工辨析單元、斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工深度限位單元，以進行進一步判斷，其輸出還連接到計算單元。

6)孔加工位置斜面或不規則面辨析單元。

對邏輯判斷數據存儲器存儲的邏輯判斷數據進行處理，辨識孔進刀面是平面、斜面還是不規則面，其輸出連接到邏輯判斷單元。

7)通孔鉆出孔口為斜面或不規則面設定或孔底需修光、拋光的鉆孔加工辨析單元。

對邏輯判斷數據存儲器存儲的邏輯判斷數據進行處理，分揀通孔鉆出孔口 情況或孔底需修光、拋光加工情況，其輸出連接到邏輯判斷單元。

8)邏輯判斷單元。

判斷用戶定義數值邏輯關系是否正確；辨識加工過程中邏輯關系，控制邏輯流轉。

9)計算單元。

計算單元接受來自邏輯判斷單元、數值數據存儲器和鉆孔加工方式辨析單元的數據，主要用于斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工時的加工深度、斷屑鉆孔加工斷削回退深度或排屑鉆孔加工快進偏置深度的計算。還接受來自反饋接收單元的反饋數據。其輸出連接到輸出單元。

10)斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工深度限位單元。

對邏輯判斷數據存儲器存儲的邏輯判斷數據進行處理，用于斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工時的加工深度與鉆孔或通孔出口深度比較，其輸出連接到邏輯判斷單元。

11)輸出單元。

根據其他單元給定的機械動作命令和計算單元計算出的加工位置，輸出給數控機床進行鉆孔加工。

12)反饋接收單元。

接收數控機床反饋的信息并根據用戶設定的加工要求將數據反饋給計算單元和其他單元。

如圖2所示，顯示了本發明的模塊邏輯運行及設備運行過程。本發明的數控機床的鉆孔加工方法包括順序進行的以下步驟：

步驟s1：數據檢測。讀取用戶定義數據，通過數據報警單元對起刀點、深孔起刀點、退刀點等數據進行參數校對。如參數出錯，則進行步驟s11：輸出錯誤報警命令給數控機床，使其對用戶報警。參數無錯誤，則進行步驟s12：通過數據處理單元將用戶數據分解為邏輯判斷數據和數值數據。

步驟s2：根據邏輯判斷數據，辨析用戶定義孔加工方式是否為深孔加工。該步驟可通過前述鉆孔加工方式辨析單元進行。當需進行深孔加工時，進行步驟s21：輸出深孔鉆孔加工準備動作命令給數控機床，以使數控機床到達深孔起始加工位置，并在深孔鉆進入引導孔口后進行主軸起動和冷卻起動。而后實施步驟s5。當無需進行深孔加工時，實施步驟s3。

步驟s3：根據邏輯判斷數據，辨析用戶定義孔的加工面是否為斜面或不規則面。該步驟可通過前述孔加工位置斜面或不規則面辨析單元進行。當加工面為斜面或不規則面時，進行步驟s31：輸出斜面或不規則面上的鉆孔命令給數控機床，以使其進行在斜面或不規則面上的鉆孔加工。而后實施步驟s4。當加工面不是斜面或不規則面，而是平面時，實施步驟s4。

步驟s4：根據邏輯判斷數據，辨析用戶定義孔加工方式是否為斷屑鉆孔加工或排屑鉆孔加工。該步驟可通過前述斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工深度限位單元進行。當需進行斷屑鉆孔加工或排屑鉆孔加工時，進行如下步驟：步驟s41：根據數值數據和機床反饋數據，由計算單元進行加工深度的計算，包括加工深度、斷屑鉆孔加工的斷屑回退深度或排屑鉆孔加工的快進偏置深度的計算；步驟s42：根據加工深度計算的結果，通過斷屑鉆孔加工、排屑鉆孔加工深度限位單元，進行深度比較，即將加工深度與鉆孔或通孔出口深度進行比較，如果加工深度較小，則進行步驟s43：根據加工類型輸出斷屑鉆孔或排屑鉆孔命令給數控機床，以使其進行相應的鉆孔操作；并進行步驟s5；以及進行步驟s44：通過反饋接收單元接收數控機床的反饋數據，傳送給計算單元進行加工深度的計算。如果加工深度較大，則進行步驟s6。當無需進行斷屑鉆孔加工或排屑鉆孔加工時，實施步驟s5。

步驟s5：使數控機床加工到用戶定義深度。

步驟s6：通過前述通孔鉆出孔口為斜面或不規則面設定或孔底需修光、拋光的鉆孔加工辨析單元，辨析用戶定義孔是否需孔底修光或通孔出口處為斜面或不規則面的加工。當需孔底修光或通孔出口處為斜面或不規則面的加工時，進行步驟s61：輸出加工起始位置深度到數控機床，使其進行孔底修光或通孔出口處為斜面或不規則面的加工。而后，實施步驟s7的加工動作。當無需孔底修光或通孔出口處為不規則面的加工時，實施步驟s7的加工動作。

步驟s7：通過輸出單元，輸出加工到最終深度的命令給數控機床，以使其進行加工。

步驟s8：判斷是否為深孔鉆孔。如果是，進行步驟s81：輸出深孔鉆孔加工準備動作命令，從而進行主軸停止、冷卻停止，而后進行步驟s82。如果不是深孔鉆孔，進行步驟s82：輸出工序結束命令，從而使加工工序結束。

采用本發明的數控機床及其鉆孔加工方法進行加工的實例：

1)φ10.5深孔并交叉貫穿

加工步驟：先使用3倍徑鉆頭鉆1.5倍深引導孔后加工深孔。

加工深孔時，用戶設定加工方式為深孔加工；設定加工安全起刀點、深孔加工起刀點以及未破口處加工深度；設定最終加工深度。

當設定的最終加工深度小于未破口處加工深度時，模塊會提供深度設定報警信號給數控機床并通過機床報警告知用戶設定信息錯誤。

數控機床加工動作：1到達安全起到點；2到達深孔加工起刀點后主軸旋轉、開啟冷卻系統；3加工到破口處加工深度后降低主軸鉆速、進給；4加工到最終加工深度；5主軸停轉、冷卻系統停止后刀具退回安全起刀點。

2)φ30冷卻水孔

加工分析：該孔需采用圓弧鉆頭加工孔底有表面粗糙度要求，且孔口為圓弧面。此外由于使用圓弧鉆頭需采用排屑加工的方式幫助斷、排屑。

加工設定：設定加工方式為斷削加工；設定不規則面加工且設定不規則面加工深度；設定孔底修光前加工深度、排屑加工每次鉆深距離及回退值；設定孔底修光深度。

當設定的各深度邏輯關系有誤時，模塊會提供深度設定報警信號給數控機床并通過機床報警告知用戶設定信息錯誤。

數控機床加工動作：1到達安全起刀點；2主軸降低鉆速、進給后加工到不規則面加工深度；3主軸回到設定鉆速、進給后按斷削加工方式加工到孔底修光前加工深度；4主軸按修光要求鉆速和進給進行修光加工。6刀具回退到安全起刀點。

以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式，本領域的技術人員在本發明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。