阅读说明：本技术 一种建立零件和刀具切削用量的匹配关系的系统及方法 (A kind of system and method for matching relationship that establishing part and Tool in Cutting dosage ) 是由 史振宇 邵国栋 李鑫 王继来 王兆辉 刘逢时 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种建立零件和刀具切削用量的匹配关系的系统及方法,包括数控机床,在数控机床上安装有零件表面加工质量检测头和刀具几何尺寸检测头；所述的零件表面加工质量检测头用于检测零件的表面质量；刀具几何尺寸检测头用于检测刀具的几何尺寸；零件表面加工质量检测头和刀具几何尺寸检测头与计算机相连；计算机对零件表面加工质量检测头检测的数据和刀具几何尺寸检测头的数据进行处理,得到零件表面加工质量与对应的切削用量之间的函数关系,数控机床可以根据不同的零件加工质量要求,选择相对应的最佳切削用量。(The invention discloses a kind of system and methods of matching relationship for establishing part and Tool in Cutting dosage, including numerically-controlled machine tool, and piece surface processing quality detector and cutter geometric dimension detector are equipped on numerically-controlled machine tool；The piece surface processing quality detector is used to detect the surface quality of part；Cutter geometric dimension detector is used to detect the geometric dimension of cutter；Piece surface processing quality detector and cutter geometric dimension detector are connected with computer；Computer handles the data of data and cutter geometric dimension detector that piece surface processing quality detector detects, obtain the functional relation between piece surface processing quality and corresponding cutting data, numerically-controlled machine tool can be required according to different part processing qualities, select corresponding optimized cutting dosage.)

一种建立零件和刀具切削用量的匹配关系的系统及方法

技术领域

本发明公开了一种建立零件和刀具切削用量的匹配关系的系统及方法。

背景技术

发明人发现目前采用超硬刀具进行机械加工时，存在切削用量选择问题，阻碍了机械加工的发展进程。一是由于待加工材料不断更新、刀具材料和形状不断发展，金属切削手册对于加工过程中切削用量的选择存在滞后性，不能实时更新切削用量参数的选择，阻碍了机械加工的发展进程；二是先进生产加工企业采用超硬刀具进行机械加工时，通过车间操作员进行不断的重复试验，从而确定最佳切削用量参数，费时费力且效率低；三是超硬刀具作为一种新兴刀具，标准尚不规范，品种繁多且牌号不齐全，若初次使用，必会遇到选择切削用量的问题。

发明内容

本发明涉及一种建立零件和刀具切削用量的匹配关系的系统及方法，可以有效解决现有技术中的不足，具有超硬刀具匹配效率高、节省材料、省时省力的特点。

本发明采用的技术方案如下：

一种建立零件和刀具切削用量的匹配关系的系统，包括数控机床，在所述的数控机床上安装有零件表面加工质量检测头和刀具几何尺寸检测头；所述的零件表面加工质量检测头用于检测零件的表面质量；所述的刀具几何尺寸检测头用于检测刀具的几何尺寸；所述的零件表面加工质量检测头和刀具几何尺寸检测头与计算机相连；所述的计算机对零件表面加工质量检测头检测的数据和刀具几何尺寸检测头的数据进行处理，得到零件表面加工质量与对应的切削用量之间的函数关系，并用二维图线表示。

作为进一步的技术方案，所述的零件表面加工质量检测头包括三个第一光源和三个第一摄像机，三个所述的第一光源和第一摄像机分别配置在空间的X、Y、 Z三个方向，从三维的角度进行实时高频摄像，从而可以从X、Y、Z三个方向实时检测零件的加工质量。

更近一步的，所述的第一光源和第一摄像机外均设置有保护装置。

作为进一步的技术方案，所述的刀具几何尺寸检测头包括三个第二光源和三个第二摄像机，三个所述的第二光源和第二摄像机配置在空间的X、Y、Z三个方向，从三维的角度进行实时高频摄像，从而可以从X、Y、Z三个方向实时检测刀具的使用状态。

更近一步的，所述的第二光源和第二摄像机外均设置有保护装置。

利用上述系统进行控制的方法，如下：

利用计算机机床程序控制软件选择超硬刀具的型号、加工方式，编写出相应的走刀路径；利用切削用量调整软件设定切削用量的变化函数；

利用表面加工质量检测头和刀具几何尺寸检测头分别从X、Y、Z三个方向对被加工零件和超硬刀具进行检测；

将表面加工质量检测头和刀具几何尺寸检测头得到的实时数据导入计算机中，通过计算机进行实时计算分析，得到零件表面加工质量与对应的切削用量之间的函数关系，并将函数关系用二维图线表达。

本发明还提供了一种数控机床，其安装有前面公开的系统所建立的零件和刀具切削用量的匹配关系二维图线，数控机床根据不同的零件加工质量要求，在二维图线中，选择相对应的最佳切削用量。

本发明的有益效果如下：

1.本系统通过建立待加工零件和刀具切削用量的匹配关系，可使操作员从容选择相应的切削用量，为新兴刀具的切削，提供一个标准。

2.本发明通过在数控机床上设置零件表面加工质量检测头和刀具几何尺寸检测头，从两方面分别确认零件所需要的切削用量，使得切削用量的选择更加精确。

3.本发明通过计算机采集计算零件表面加工质量和超硬刀具工作状态；在提高精度的同时，减少人为的操作，避免人工选择切削用量时的效率低、匹配效果差。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的工作原理示意图；

图2为数控机床检测装置结构示意图；

图3、图4为DMU-70V数控机床加工发动机缸体缸盖的切削用量与加工质量关系系统图；

图中：1零件表面加工质量检测头,2数控机床，3刀具几何尺寸检测头，4数据采集处理模块，5切削用量调整模块，6刀具几何尺寸模块，7机床程序控制模块，8计算机。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术部分所描述的，目前在刀具铣削加工中，一是由于待加工材料不断更新、刀具材料和形状不断发展，金属切削手册对于加工过程中切削用量的选择存在滞后性，不能实时更新切削用量参数的选择，阻碍了机械加工的发展进程；二是先进生产加工企业采用超硬刀具进行铣削加工时，通过车间操作员进行不断的重复试验，从而确定最佳切削用量参数，费时费力且效率低；三是超硬刀具作为一种新兴刀具，标准尚不规范，品种繁多且牌号不齐全，若初次使用，必会遇到选择切削用量的问题。

如图1、图2所示，本实施例公开的建立零件和刀具切削用量的匹配关系的系统，包括硬件和软件部分，其中硬件部分包括零件表面加工质量检测头1、数控机床2、刀具几何尺寸检测头3和计算机8；

其中的软件部分包括数据采集处理模块4、切削用量调整模块5、刀具几何尺寸数据处理模块6和机床程序控制模块7。

表面加工质量检测头1和刀具几何尺寸检测头3安装在数控机床2上，表面加工质量检测头1和刀具几何尺寸检测头3的输出端连接在计算机8上；

零件表面加工质量检测头包括三个第一光源和三个第一摄像机，三个所述的第一光源和第一摄像机分别配置在零件的X、Y、Z三个方向，从三维的角度进行实时高频摄像，从而可以从X、Y、Z三个方向实时检测零件的加工质量。

更近一步的，第一光源和第一摄像机外均设置有保护装置。其中第一光源可以选择LED光源，第一摄像机可以选择现有的CCD数字摄像机。

所述的刀具几何尺寸检测头包括三个第二光源和三个第二摄像机，三个所述的第二光源和第二摄像机配置在零件的X、Y、Z三个方向，从三维的角度进行实时高频摄像，从而可以从X、Y、Z三个方向实时检测刀具的使用状态。

更近一步的，所述的第二光源和第二摄像机外均设置有保护装置。其中第二光源可以选择LED光源，第二摄像机可以选择现有的CCD数字摄像机。

计算机8中安装的机床程序控制模块7选择相应的超硬刀具的型号、加工方式 (车铣刨磨钻等)，编写出相应的走刀路径；

计算机中安装的切削用量调整模块5设定切削用量的变化函数，其变化函数因加工要求不同而不同，根据实际生产加工情况进行调整(比如精加工时切削用量函数变化的慢一些，粗加工时则快一些)。

零件表面加工质量检测头和刀具几何尺寸检测头分别从X、Y、Z三个方向对被加工零件和超硬刀具进行检测。对于有刀尖圆弧半径、切削刃有负倒棱的刀具进行相应的部分的检测。

两个检测头得到的实时数据导入计算机中，通过计算机的数据采集处理模块和刀具几何形状数据处理模块进行实时计算分析(包括滤波、检测、均衡、去噪、估计等)，得到零件表面加工质量与对应的切削用量之间的函数关系，并将函数关系用二维图线表达。

在实际使用时，数控机床的操作者根据不同的零件加工质量要求，在上述二维图线中，选择相对应的最佳切削用量，直接进行加工即可。

下面所述的本系统，以超硬刀具加工发动机缸体缸盖(蠕墨铸铁材料)为例进行说明如下。

缸体缸盖是车辆发动机中结构复杂的箱体零件，其主要加工部位是平面和孔系，同时还有若干油道和各种螺栓孔。某品牌国六发动机缸体，其主要加工精度要求如下：各孔尺寸精度为IT7级，精加工表面粗糙度Ra0.8～1.6μm，圆柱度为 0.007mm，孔轴线的同轴度为◎≤0.015mm；各面的平面度为0.02～0.03mm，其余表面粗糙度为Ra1.6-6.3μm，尺寸公差为IT≤0.1mm。

采用超硬刀具机械加工过程中，虽然加工部位和加工要求不尽相同，但针对特定加工部位和特定加工要求，利用本系统选取最佳切削用量的原理没有区别。因此，此处仅选取缸体上表面的加工为例，其加工要求为平面度0.02～0.03mm，表面粗糙度为Ra1.6-6.3μm，尺寸公差为IT≤0.1mm。

本系统以试验法为基础，选择相应的最佳切削用量。参考图3具体解释如下，使用DMU-70V数控机床加工发动机缸体缸盖，当采用切削用量1时，得到表面加工质量1；当采用切削用量2时，得到表面加工质量2；当采用切削用量3时，得到表面加工质量3···；以此类推，进行若干重复试验。通过得到的表面加工质量，反推，从而得知最佳切削用量。为了避免大量重复试验，本系统借助计算机技术辅助试验，具体辅助方法如下。利用数学工具，将切削用量1、2、3···进行函数化，并将函数化的切削用量输入到切削用量调整软件，使其控制数控机床按照切削用量函数加工；相应的，数据采集处理软件将表面加工质量1、2、3···进行函数化，并进行数据的整理，制作二维结论图。其中的二维结论图的大体形式如下图4所示(示例用，仅用于解释原理)。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。