渦旋式工件加工設備以及工件加工方法
2023-09-21 18:39:30
渦旋式工件加工設備以及工件加工方法
【專利摘要】本發明公開了一種渦旋式工件加工設備以及工件加工方法，所述渦旋式工件加工設備其包括一控制中心、一徑向進給驅動器、一軸向進給驅動器、一旋轉驅動器、一徑向進給電機、一軸向進給電機以及一用於轉動一旋轉臺的旋轉電機，所述控制中心包括一參數輸入模塊、一換算模塊和一運動控制模塊，所述工件加工方法包括：步驟1、向所述參數輸入模塊輸入加工參數；步驟2、利用所述換算模塊將所述加工參數轉換為加工路徑；步驟3、所述運動控制模塊根據所述加工路徑和加工參數對所述徑向進給驅動器、所述軸向進給驅動器和所述旋轉驅動器進行控制和驅動。通過本發明的運用，有效減少加工周期長、降低了設備的技術要求、同時操作簡單，加工效率極高。
【專利說明】渦旋式工件加工設備以及工件加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種渦旋式工件加工設備以及工件加工方法。
【背景技術】
[0002]目前，公知的渦旋式工件加工方法是人工畫加工的3D圖，使用市場上通用的CAM軟體，編制數控程序，再使用三軸銑床進行加工。
[0003]如圖1所示，圖中:數控中心100控制驅動器201、驅動器301、驅動器401，由每個驅動器控制對應的電機202、電機303、電機402，通過各電機配合絲杆使得銑刀5 (或者成形刀)能在X、Y、Z三軸移動，從而加工零件。存在問題是:
[0004]1、此方法的缺點是周期長，費神費力，需要人工建立3D模型。
[0005]2、對三軸銑床的要求極高，要求三軸運動速度極快。
[0006]3、需要第三方通用軟體進行數控程序處理。
[0007]4、由加工路徑知道，X、Y軸需要往復運動，往復運動的次數為2Ν，N為渦旋圈數，這樣不僅效率較低，對軸的要求也很高，否則會導致象限凸起，
【發明內容】
[0008]本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術加工周期長、技術要求高、操作困難、效率低的缺陷，提供一種渦旋式工件加工設備以及工件加工方法。
[0009]本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題:
[0010]一種渦旋式工件加工設備，其特點在於，其包括一控制中心、一徑向進給驅動器、一軸向進給驅動器、一旋轉驅動器、一徑向進給電機、一軸向進給電機以及一用於轉動一旋轉臺的旋轉電機，所述控制中心包括一參數輸入模塊、一換算模塊和一運動控制模塊，其中，
[0011]所述徑向進給電機與所述徑向進給驅動器電連接，所述軸向進給電機與所述軸向進給驅動器電連接，所述旋轉電機與所述旋轉驅動器電連接；
[0012]所述參數輸入模塊用於接收工件的加工參數，並將所述加工參數傳遞到所述換算模塊和所述運動控制模塊；
[0013]所述換算模塊用於將所述加工參數轉換為加工路徑，並將所述加工路徑傳遞到所述運動控制模塊；
[0014]所述運動控制模塊用於接收所述加工路徑和所述加工參數，並對所述徑向進給驅動器、所述軸向進給驅動器和所述旋轉驅動器進行控制驅動。
[0015]本方案中軸向進給電機主要完成工件深度方向(即Z軸)進給。Z軸單獨定位，無需與徑向進給電機和旋轉電機聯動，只是定位Z軸方向的銑削深度。(徑向進給即徑向進給電機和旋轉電機配合完成渦旋形狀的銑削)。本方案通過換算模塊的換算，可以將加工參數轉換為加工路徑，該加工路徑能用於分別傳遞給徑向進給驅動器、軸向進給驅動器以及旋轉驅動器，從而實現了三軸的進給運動(直線、直線、旋轉)，與現有技術的進給(直線、直線、直線)有著本質的區別。而且，本發明的進給過程中，通過旋轉臺的旋轉，軸向進給和徑向進給分別始終是沿著同一個方向進行的，避免了往復運動，有效提高了效率。
[0016]較佳地，所述徑向進給電機和軸向進給電機均為直線電機，所述旋轉電機為DD直驅電機。DD是direct driver的簡稱。DD直驅電機由於其輸出力矩大，也稱為力矩伺服。與傳統的電機不同，該產品的大力矩使其可以直接與運動裝置連接，從而省去了諸如減速器，齒輪箱，皮帶輪等連接機構。
[0017]較佳地，所述加工參數包括渦旋線結構參數和速度曲線參數，
[0018]所述參數輸入模塊用於將所述渦旋線結構參數傳遞到所述換算模塊，並將所述速度曲線參數傳遞到所述運動控制模塊。渦旋線結構參數表現的是渦旋線的形狀結構，而速度曲線參數主要是加工過程中的一些工藝參數，主要用於限定工件的加工條件。
[0019]較佳地，所述渦旋線結構參數包括渦旋線基圓半徑、渦旋線起始角、渦旋線壁厚和渦旋線終點角，所述加工路徑為一角度-距離關聯路徑，所述換算模塊包括一路徑生成模塊、一路徑修正模塊和一坐標轉換模塊，其中，
[0020]所述路徑生成模塊用於將所述渦旋線基圓半徑、渦旋線起始角和渦旋線終點角轉換為一渦旋線直角坐標路徑；
[0021]所述路徑修正模塊用於根據所述渦旋線壁厚，將所述渦旋線直角坐標路徑指令轉換為一直角坐標修正路徑；由於加工中需要留出一定的壁厚，通過路徑修正模塊實現了修正功能。
[0022]所述坐標轉換模塊用於將所述直角坐標修正路徑轉換為所述角度-距離關聯路徑;
[0023]所述運動控制模塊用於根據所述速度曲線參數，將所述角度-距離關聯路徑轉換為一徑向進給電機進給指令、一軸向進給電機進給指令和一旋轉電機進給指令；
[0024]所述運動控制模塊還用於根據所述徑向進給電機進給指令對所述徑向進給驅動器進行控制和驅動，根據所述軸向進給電機進給指令對所述軸向進給驅動器進行控制和驅動，並根據所述旋轉電機進給指令對所述旋轉驅動器進行控制和驅動。
[0025]本方案中，通過將渦旋線的直角坐標方程轉換為極坐標方程，可以將原本渦旋線上各點的坐標從直角坐標(距離-距離)轉換為極坐標(角度-距離)，從而轉換成能夠控制旋轉電機和徑向進給電機的指令，高效的實現了換算和控制，提高了加工效率。
[0026]較佳地，所述速度曲線參數包括旋轉電機轉速、旋轉電機最大加速度、旋轉電機加速時間、徑向進給電機最大加速度。
[0027]所述運動控制模塊用於根據所述旋轉電機轉速、旋轉電機最大加速度、旋轉電機加速時間、徑向進給電機最大加速度，將所述角度-距離關聯路徑指令轉換為所述徑向進給電機進給指令和旋轉電機進給指令。本方案中徑向進給電機的進給速度和旋轉電機的速度是直接關聯的，所以根據旋轉電機轉速，可以確定徑向進給電機的進給速度。
[0028]較佳地，所述控制中心還包括一判斷模塊，其中
[0029]所述參數輸入模塊還用於接收一刀具實際尺寸參數，
[0030]所述判斷模塊用於根據所述渦旋線結構參數計算出一刀具理論尺寸參數；
[0031]所述判斷模塊還用於在所述刀具實際尺寸參數和所述刀具理論尺寸參數不一致時，停止運行所述換算模塊。本方案中，加工出的實際渦旋線壁厚和刀具實際尺寸有關，通過渦旋線結構參數計算出理論的刀具尺寸，可以自動防止錯誤的刀具的使用。
[0032]一種工件加工方法，其採用所述的渦旋式工件加工設備，其特徵在於，其包括以下步驟:
[0033]步驟1、向所述參數輸入模塊輸入加工參數；
[0034]步驟2、利用所述換算模塊將所述加工參數轉換為加工路徑；
[0035]步驟3、所述運動控制模塊根據所述加工路徑和加工參數對所述徑向進給驅動器、所述軸向進給驅動器和所述旋轉驅動器進行控制和驅動。
[0036]較佳地，所述加工參數包括渦旋線結構參數和速度曲線參數，方法步驟為:
[0037]步驟1、向所述參數輸入渦旋線結構參數和速度曲線參數；
[0038]步驟2、利用所述換算模塊將所述渦旋線結構參數轉換為加工路徑；
[0039]步驟3、所述運動控制模塊根據所述加工路徑和速度曲線參數對所述徑向進給驅動器、所述軸向進給驅動器和所述旋轉驅動器進行控制和驅動。
[0040]較佳地，所述渦旋線結構參數包括渦旋線基圓半徑、渦旋線起始角、渦旋線壁厚和渦旋線終點角，所述加工路徑為一角度-距離關聯路徑，所述換算模塊包括一路徑生成模塊、一路徑修正模塊和一坐標轉換模塊，步驟2包括以下幾個步驟:
[0041]步驟2.1、利用所述路徑生成模塊將所述渦旋線基圓半徑、渦旋線起始角和渦旋線終點角轉換為一渦旋線直角坐標路徑指令；
[0042]步驟2.2、利用所述路徑修正模塊，根據所述渦旋線壁厚，將所述渦旋線直角坐標路徑指令轉換為一直角坐標修正路徑；
[0043]步驟2.3、利用所述坐標轉換模塊，將所述直角坐標修正路徑轉換為所述角度-距尚關聯路徑。
[0044]較佳地，所述速度曲線參數包括旋轉電機轉速、旋轉電機最大加速度、旋轉電機加速時間、徑向進給電機最大加速度，
[0045]步驟3中，利用所述運動控制模塊，根據所述旋轉電機轉速、旋轉電機最大加速度、旋轉電機加速時間、徑向進給電機最大加速度，將所述角度-距離關聯路徑指令轉換為所述徑向進給電機進給指令、軸向進給電機進給指令和旋轉電機進給指令。
[0046]本方案不僅實現了加工方式的改變，而且採用了高效的換算，減少了不必要的手
工運算。
[0047]較佳地，所述控制中心還包括一判斷模塊，在步驟I中，還向所述參數輸入模塊輸入一刀具實際尺寸參數，其中步驟I和步驟2之間還包括步驟A和步驟B，
[0048]步驟A、利用所述判斷模塊，根據所述渦旋線結構參數計算出一刀具理論尺寸參數；
[0049]步驟B、利用所述判斷模塊比較所述刀具實際尺寸參數和所述刀具理論尺寸參數，
[0050]當所述刀具實際尺寸參數和所述刀具理論尺寸參數不一致時，停止運行所述換算模塊，返回步驟I;
[0051]當所述刀具實際尺寸參數和所述刀具理論尺寸參數一致時，進入步驟2。
[0052]本發明中，上述優選條件在符合本領域常識的基礎上可任意組合，即得本發明的各較佳實施例。
[0053]本發明的積極進步效果在於:通過本發明的運用，有效減少加工周期長、降低了設備的技術要求、同時操作簡單，加工效率極高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0054]圖1為本現有技術的渦旋式工件加工設備結構示意圖。
[0055]圖2為現有技術的加工方式示意圖。
[0056]圖3為本發明較佳實施例的渦旋式工件加工設備結構示意圖。
[0057]圖4為本發明較佳實施例的加工方式示意圖。
[0058]圖5為本發明的較佳實施例的旋轉臺結構示意圖。
[0059]圖6為本發明較佳實施例的渦旋線結構示意圖。
[0060]圖7為本發明較佳實施例的渦旋線點坐標示意圖。
[0061]圖8為本發明較佳實施例的控制中心結構框圖。
[0062]圖9為本發明較佳實施例的工件加工方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0063]下面舉出較佳實施例，並結合附圖來更清楚完整地說明本發明。
[0064]如圖3-5所不,本發明的潤旋式工件加工設備包括統刀5、一控制中心100、一徑向進給驅動器401、一軸向進給驅動器301、一旋轉驅動器201、一徑向進給電機402、一軸向進給電機302以及一用於轉動一旋轉臺7的旋轉電機202。其中，徑向進給電機402與徑向進給驅動器401電連接，軸向進給電機302與軸向進給驅動器301電連接，旋轉電機202與旋轉驅動器201電連接.[0065]如圖8所不，控制中心100包括一參數輸入模塊110、一換算模塊120和一運動控制模塊130，其中，
[0066]參數輸入模塊110用於接收工件6的加工參數，並將加工參數傳遞到所述換算模塊120和運動控制模塊130 ；
[0067]換算模塊120用於將所述加工參數轉換為加工路徑，並將所述加工路徑傳遞到運動控制模塊130 ；
[0068]運動控制模塊130用於接收所述加工路徑和所述加工參數，並對徑向進給驅動器401、軸向進給驅動器301和旋轉驅動器201進行控制驅動。
[0069]所述加工參數包括渦旋線結構參數和速度曲線參數，參數輸入模塊100用於將所述渦旋線結構參數傳遞到換算模塊120，並將所述速度曲線參數傳遞到運動控制模塊130。
[0070]渦旋線結構參數包括渦旋線基圓半徑r、渦旋線起始角α、渦旋線壁厚t和渦旋線終點角β，所述加工路徑為一角度-距離關聯路徑，換算模塊120包括一路徑生成模塊121、一路徑修正模塊122和一坐標轉換模塊123，其中，
[0071]路徑生成模塊121用於將渦旋線基圓半徑r、渦旋線起始角α和渦旋線終點角β
轉換為一渦旋線直角坐標路徑:(其中^表示的當前點的角度)
[0072]
【權利要求】
1.一種潤旋式工件加工設備,其特徵在於,其包括一控制中心、一徑向進給驅動器、一軸向進給驅動器、一旋轉驅動器、一徑向進給電機、一軸向進給電機以及一用於轉動一旋轉臺的旋轉電機，所述控制中心包括一參數輸入模塊、一換算模塊和一運動控制模塊，其中， 所述徑向進給電機與所述徑向進給驅動器電連接，所述軸向進給電機與所述軸向進給驅動器電連接，所述旋轉電機與所述旋轉驅動器電連接； 所述參數輸入模塊用於接收工件的加工參數，並將所述加工參數傳遞到所述換算模塊和所述運動控制模塊； 所述換算模塊用於將所述加工參數轉換為加工路徑，並將所述加工路徑傳遞到所述運動控制|吳塊； 所述運動控制模塊用於接收所述加工路徑和所述加工參數，並對所述徑向進給驅動器、所述軸向進給驅動器和所述旋轉驅動器進行控制驅動。
2.如權利要求1所述的渦旋式工件加工設備，其特徵在於，所述徑向進給電機和軸向進給電機均為直線電機，所述旋轉電機為DD直驅電機。
3.如權利要求1所述的渦旋式工件加工設備，其特徵在於，所述加工參數包括渦旋線結構參數和速度曲線參數， 所述參數輸入模塊用於將所述渦旋線結構參數傳遞到所述換算模塊，並將所述速度曲線參數傳遞到所述運動控制模塊。
4.如權利要求3所述的渦旋式工件加工設備，其特徵在於，所述渦旋線結構參數包括渦旋線基圓半徑、渦旋線起始角、渦旋線壁厚和渦旋線終點角，所述加工路徑為一角度-距離關聯路徑，所述換算模塊包括一路徑生成模塊、一路徑修正模塊和一坐標轉換模塊，其中， 所述路徑生成模塊用於將所述渦旋線基圓半徑、渦旋線起始角和渦旋線終點角轉換為一渦旋線直角坐標路徑； 所述路徑修正模塊用於根據所述渦旋線壁厚，將所述渦旋線直角坐標路徑指令轉換為一直角坐標修正路徑； 所述坐標轉換模塊用於將所述直角坐標修正路徑轉換為所述角度-距離關聯路徑； 所述運動控制模塊用於根據所述速度曲線參數，將所述角度-距離關聯路徑轉換為一徑向進給電機進給指令、一軸向進給電機進給指令和一旋轉電機進給指令； 所述運動控制模塊還用於根據所述徑向進給電機進給指令對所述徑向進給驅動器進行控制和驅動，根據所述軸向進給電機進給指令對所述軸向進給驅動器進行控制和驅動，並根據所述旋轉電機進給指令對所述旋轉驅動器進行控制和驅動。
5.如權利要求4所述的渦旋式工件加工設備，其特徵在於，所述速度曲線參數包括旋轉電機轉速、旋轉電機最大加速度、旋轉電機加速時間、徑向進給電機最大加速度， 所述運動控制模塊用於根據所述旋轉電機轉速、旋轉電機最大加速度、旋轉電機加速時間、徑向進給電機最大加速度，將所述角度-距離關聯路徑指令轉換為所述徑向進給電機進給指令和旋轉電機進給指令。
6.如權利要求2-5任意一項所述的渦旋式工件加工設備，其特徵在於，所述控制中心還包括一判斷模塊，其中 所述參數輸入模塊還用於接收一刀具實際尺寸參數，所述判斷模塊用於根據所述渦旋線結構參數計算出一刀具理論尺寸參數； 所述判斷模塊還用於在所述刀具實際尺寸參數和所述刀具理論尺寸參數不一致時，停止運行所述換算模塊。
7.一種工件加工方法，其採用如權利要求1-6任意一項所述的渦旋式工件加工設備，其特徵在於，其包括以下步驟: 步驟1、向所述參數輸入模塊輸入加工參數； 步驟2、利用所述換算模塊將所述加工參數轉換為加工路徑； 步驟3、所述運動控制模塊根據所述加工路徑和加工參數對所述徑向進給驅動器、所述軸向進給驅動器和所述旋轉驅動器進行控制和驅動。
8.如權利要求7所述的工件加工方法,其特徵在於,所述加工參數包括渦旋線結構參數和速度曲線參數，方法步驟為: 步驟1、向所述參數輸入渦旋線結構參數和速度曲線參數； 步驟2、利用所述換算模塊將所述渦旋線結構參數轉換為加工路徑； 步驟3、所述運動控制模塊根據所述加工路徑和速度曲線參數對所述徑向進給驅動器、所述軸向進給驅動器和所述旋轉驅動器進行控制和驅動。
9.如權利要求8所述的工件加工方法，其特徵在於，所述渦旋線結構參數包括渦旋線基圓半徑、渦旋線起始角、渦旋線壁厚和渦旋線終點角，所述加工路徑為一角度-距離關聯路徑，所述換算模塊包括一路徑生成模塊、一路徑修正模塊和一坐標轉換模塊，步驟2包括以下幾個步驟: 步驟2.1、利用所述路徑生成模塊將所述渦旋線基圓半徑、渦旋線起始角和渦旋線終點角轉換為一渦旋線直角坐標路徑指令； 步驟2.2、利用所述路徑修正模塊，根據所述渦旋線壁厚，將所述渦旋線直角坐標路徑指令轉換為一直角坐標修正路徑； 步驟2.3、利用所述坐標轉換模塊，將所述直角坐標修正路徑轉換為所述角度-距離關聯路徑。
10.如權利要求9所述的工件加工方法，其特徵在於，所述速度曲線參數包括旋轉電機轉速、旋轉電機最大加速度、旋轉電機加速時間、徑向進給電機最大加速度， 步驟3中，利用所述運動控制模塊，根據所述旋轉電機轉速、旋轉電機最大加速度、旋轉電機加速時間、徑向進給電機最大加速度，將所述角度-距離關聯路徑指令轉換為所述徑向進給電機進給指令、軸向進給電機進給指令和旋轉電機進給指令。
11.如權利要求10任意一項所述的工件加工方法，其特徵在於，所述控制中心還包括一判斷模塊，在步驟I中，還向所述參數輸入模塊輸入一刀具實際尺寸參數，其中步驟I和步驟2之間還包括步驟A和步驟B， 步驟A、利用所述判斷模塊，根據所述渦旋線結構參數計算出一刀具理論尺寸參數；步驟B、利用所述判斷模塊比較所述刀具實際尺寸參數和所述刀具理論尺寸參數，當所述刀具實際尺寸參數和所述刀具理論尺寸參數不一致時，停止運行所述換算模塊，返回步驟I ; 當所述刀具實際尺寸參數和所述刀具理論尺寸參數一致時，進入步驟2。
【文檔編號】G05B19/4097GK103926878SQ201410163343
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】李立 申請人:上海錸鈉克數控科技有限公司