一种多轴钻孔倒角攻牙系统及应用该系统的加工方法与流程

本发明涉及机床加工技术领域，尤其是一种多轴钻孔倒角攻牙系统及应用该系统的加工方法。

背景技术

在机械制造领域，在工件的多孔、多方位钻孔攻牙加工工序上，一般需要经过多次装夹加工，或是采用高级数控机床加工，但是高级数控机床的设备非常昂贵，还需要配备专业工程师，加工成本高。

在公开号为cn103128555a自动化多工序钻孔攻牙一体机的发明专利的公布文本中公开了一种钻孔攻牙一体的设备，将多台自动钻孔机和攻牙机集成至一部设备上，可以在一部设备上完成钻孔和攻牙。虽然采用此机构可以达到仅一次装夹即可完成钻孔攻牙，但是其采用工件旋转的方式来切换工位，钻孔机和攻牙机为环形排列，无法满足大平面工件上垂直孔的加工；且在加工型面复杂的工件或加工面上需钻孔大小和位置排布不规律时，需要复杂的计算来得到分度盘偏转的角度。适用范围小且使用复杂。

实际上，在很多工件加工的过程中(例如：模具制造)，由于零件大小依据产品不断变化、钻孔攻牙深浅不规律，数控机床很难完全自动实现每种加工动作的完成，还是需要人来切换刀头或者矫正等，直接利用手动机械加工处理，整体效率反而会比数控机床更高，且成本更低。考虑到国内的大部分中小型加工厂均无法完全实现自动化生产，如何在自动化加工时代合理地利用手动机械以控制生产成本，以达到更高地生产效率成为一个需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明目的在于针对上述背景技术中存在的问题，提供一种多轴钻孔倒角攻牙系统，合理的利用手动机械形成加工系统，适用于各类工件的钻孔、倒角和攻牙，可以降低生产成本，提高生产效率。

一种多轴钻孔倒角攻牙系统，包括钻孔加工单元、倒角加工单元和攻牙加工单元，所述钻孔加工单元用于在工件各表面钻孔，所述倒角加工单元对所述孔的开口倒角，所述攻牙加工单元在所述孔内攻牙，

所述倒角加工单元包括上倒角加工单元和侧倒角加工单元，所述上倒角加工单元与侧倒角加工单元相互独立，所述上倒角加工单元的进给行程方向为向下；所述侧倒角加工单元与上倒角加工单元的进给行程方向交错，所述侧倒角加工单元还可绕上倒角加工单元移动；

所述攻牙加工单元包括上攻牙加工单元和侧攻牙加工单元，所述上攻牙加工单元与所述侧攻牙加工单元相互独立，所述上攻牙加工单元的进给行程方向为向下，并与所述上倒角加工单元集成于同一设备上；所述侧攻牙加工单元与上攻牙单元的进给行程方向交错，其底部设有移动座，所述移动座可绕上攻牙加工单元移动。

在现有的一些集成式钻孔倒角攻牙设备中，主要分为两类，一类为包含钻孔机、倒角机和攻牙机的集成式设备，这类设备一般采用数控技术来达到复杂的多工序自动操作，加工效率较高，但需要配备专门的工程师，使用和维修较为复杂，且购置成本高，而且若工件的形状复杂且孔的分布不规则时，加工效率也较难保证。第二类为设备群组，由人工操作多台独立的机械分别依次完成整套钻孔、倒角和攻牙的操作；在加工重型工件时，需要人工吊装工件从一个设备转移至下一个设备，经过多次装夹，因此不但加工精度难以保证，工作强度和加工效率都较为低下。

发明人观察到了现有技术中存在的这些问题之后，基于现在国内大部分中小企业自动化程度偏低的实际情况，发明了一种新的加工系统。在本方案中，承担倒角功能的倒角加工单元被分为两部分，其中上倒角加工单元的进给行程向下，用于加工工件的顶面；侧倒角加工单元的进给行程与其交错，用于加工工件的侧面各方向的孔，而且可绕上倒角加工单元移动的设置使得工件的所有侧面都可以被加工到；此外，相互独立的上倒角加工单元和侧倒角加工单元使得倒角加工可以从两个角度同时进行且互不干扰，比起逐次加工每个面的方式，缩短了总倒角时间。

与此类似的，将攻牙加工单元也分为上攻牙加工单元和侧攻牙加工单元两部分，攻牙加工可以从两个方向同时进行，提高了加工效率。将上倒角加工单元与上攻牙加工单元集成在同一设备上，专门用于加工工件的顶面，可以避免在顶面倒角和攻牙两个工序转化时还需要再装夹一次，降低装夹次数。考虑到一般的攻牙设备多为较为重型固定的设备，在其底部设置移动座可以方便地移动攻牙加工单元，更加便捷灵活。

通过将倒角和攻牙加工都分解为上加工和侧加工，使用不同的加工部来分别实现每种加工，使得多道工序可以同时进行，实现了传统的相互分离的钻孔加工单元、倒角加工单元和攻牙加工单元高效结合，达到比现有第一类设备更低的成本和更强的适应力，也比第二类设备群组效率更高。

优选地，所述钻孔加工单元为五轴深孔钻床；所述侧倒角加工单元为装夹倒角刀的手枪钻；所述侧攻牙加工单元为曲臂攻牙机，所述移动座为装运车；所述上攻牙加工单元与所述上倒角加工单元集成于同一摇臂钻床，所述摇臂钻床包括工作台，所述工作台用于固定工件。

钻孔加工单元采用五轴深孔钻床可以仅用2次装夹即可将工件顶面和侧面的孔快速加工完毕，减少加工时间和装夹次数。考虑到倒角所需的精度要求不高，且加工难度不大，手枪钻在装夹倒角刀以后由操作者手持即可灵活地对侧面的孔进行倒角，比使用大型设备更加快捷方便。而攻牙加工需考虑到后续螺纹契合的问题，所需精度较高，因此采用专业的曲臂攻牙机，在传统曲臂攻牙机下方设置装运车可以方便地移动完成在各个待加工侧面之间的转移。利用摇臂钻床一般仅能提供行程向下的加工，工件固定在工作台上，直接由摇臂钻床完成工件顶部的倒角和攻牙，无需另外更换设备，也不会妨碍侧面倒角和攻牙操作。

进一步地，所述倒角刀包括安装段和切削段，所述安装段与所述手枪钻的安装口相匹配，所述倒角刀通过所述安装段可拆卸地安装于所述安装口上；所述切削段的尺寸具有多组，分别与不同大小的所述孔相匹配。

倒角刀分为两段，安装段的尺寸始终与安装口相匹配，而切削段可以制作成不同的尺寸以匹配不同尺寸的孔径，便于成组制作倒角刀标准件。当需要对不同直径的孔进行倒角时，只需考虑切削段的大小即可，具有可替换性。

本发明还提供一种应用该系统的加工方法，通过整合利用手动机械和优化工序，可以减少装夹次数，尽可能减少工件装夹的次数，可同时进行多种加工，从而使得普通的手动机械接近自动化生产的工作效率。

一种应用所述多轴钻孔倒角攻牙系统的加工方法，包括如下步骤：

钻孔：将工件夹持于所述钻孔加工单元上，操控所述钻孔加工单元在工件的待加工表面钻孔；

顶面倒角与攻牙：将工件从所述钻孔加工单元转移至所述上倒角加工单元或上攻牙加工单元上并夹持固定，操控所述上倒角加工单元对工件顶面的孔倒角，并操控所述上攻牙加工单元对工件顶面的孔攻牙；

侧面倒角：在顶面倒角与攻牙步骤进行的同时，操控所述侧倒角加工单元绕工件移动，分别对工件的每个侧面上需倒角的孔倒角；

侧面攻牙：在顶面倒角与攻牙和侧面倒角两个步骤进行的同时，在不与侧倒角加工单元加工同一处的前提下，操控所述移动座绕工件移动，使得侧攻牙加工单元分别对工件的每个侧面上需攻牙的孔攻牙。

将倒角加工分解成为顶面倒角和侧面倒角，将攻牙也分解为顶面攻牙和侧面攻牙，分别由不同的加工部来完成，使得倒角和攻牙加工可以同时互不干扰的进行，达到多工序同时进行的效果，提升了生产加工效率。

进一步地，所述加工方法包括如下步骤：

钻孔：将工件夹持于所述五轴深孔钻床上，操控所述五轴深孔钻床在工件的加工表面钻孔；

顶面倒角与攻牙：将工件转移至所述摇臂钻床的所述工作台上并夹持固定，操控所述摇臂钻床对工件的顶面上需倒角与攻牙的孔进行倒角与攻牙。

侧面倒角：在顶面倒角与攻牙步骤进行的同时，操控装夹有倒角刀的所述手枪钻绕工件移动，分别对工件侧面的孔倒角；

侧面攻牙：在顶面倒角与攻牙和侧面倒角两个步骤进行的同时，在不与所述手枪钻同时加工同一处的前提下，操控所述曲臂攻牙机绕工件移动，使得曲臂攻牙机分别对工件的每个侧面上需攻牙的孔攻牙。

进一步地，所述五轴深孔钻床包括刀头和旋转工作台，所述钻孔步骤包括如下步骤：

侧面钻孔：将工件底面朝下夹持固定于所述旋转工作台上，旋转工作台使得工件各侧面对准所述刀头后，操控刀头在工件各侧面钻孔；

顶面钻孔：将工件侧面朝下夹持固定于所述旋转工作台上，旋转工作台使得工件顶面对准所述刀头后，操控刀头在工件顶面上钻孔。

进一步地，所述侧面倒角步骤包括如下步骤：

工作区划分：按照工件待加工的侧面划分工作区，每个所述工作区对应工件的一个侧面；

单区倒角：每次固定于一个工作区，操控所述手枪钻对工件对应侧面上的孔倒角；

换区倒角：完成单区倒角步骤后更换工作区重复此步骤，直至工件侧面所有需倒角的孔均已被倒角完毕。

划分工作区可以避免侧面攻牙与侧面倒角两种加工冲突，使得两种加工可以互不干扰的同时进行，节省逐工序加工所需的时间。

进一步地，所述侧面攻牙步骤包括如下步骤：

工作区避让：避开所述手枪钻所在的工作区固定所述曲臂攻牙机；

单区攻牙：在侧面倒角步骤进行的同时，操控曲臂攻牙机对此工作区对应的工件侧面上的孔攻牙；

换区攻牙：完成单区攻牙后，在避开手枪钻所在工作区的前提下，移动所述装运车带动所述曲臂攻牙机更换工作区重复单区攻牙步骤，直至工件侧面所有需攻牙的孔均已被攻牙完毕。

优选地，所述孔的直径小于24mm。由于曲臂攻牙机不能用于直径超过24mm孔的攻牙，因此将所有的孔尽量设计在小于24mm的范围，可以确保曲臂攻牙机可以完成工件侧面所有的攻牙工作。

优选地，所述工件为模具镶件。由于模具镶件上需要钻很多孔且多数需要倒角和攻牙，因此模具镶件运用所述加工方法是非常合适高效的。

本发明的一种应用所述多轴钻孔倒角攻牙系统的加工方法，先将工件上的所有孔先用钻孔加工单元钻出，再通过倒角加工单元和攻牙加工单元完成倒角和攻牙的加工。且通过将倒角工序和攻牙工序都按工件加工面的特点分为顶面加工和侧面加工，使得倒角和攻牙两道工序可以同步进行。与现有技术中的加工方法比较而言，可以整合很多工厂中已有的手动机械，节省了大量加工时间，实现了接近自动化生产的效率；同时在保证加工质量的前提下，节省了配置高级数控机床的成本，且可以适用于不同大小和形状的工件，适应力更强。

附图说明

图1为现有技术中的对工件表面一倒角攻牙的示意图；

图2为现有技术中的对工件表面二倒角攻牙的示意图；

图3为现有技术中的对工件表面三倒角攻牙的示意图；

图4为现有技术中的对工件表面四倒角攻牙的示意图；

图5为现有技术中的对工件表面五倒角攻牙的示意图；

图6为本发明中所述的五轴深孔钻床的示意图；

图7为本发明中所述的装夹倒角刀的手枪钻的示意图；

图8为本发明中所述的多轴钻孔倒角攻牙系统；

图9为本发明中所述的应用所述多轴钻孔倒角攻牙系统的加工方法的流程图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的一种多轴钻孔倒角攻牙系统，由图可知：

如附图1至5所示，现有技术中的一种加工方式，对一个需要在5个表面上分别倒角和攻牙时，需要将工件1固定在一摇臂钻床2上，每次装夹加工一个表面，经过5次装夹后才可以完成所有表面的倒角和攻牙。

作为本发明的一个实施例，如附图6至8所示：

一种多轴钻孔倒角攻牙系统，包括钻孔加工单元、倒角加工单元和攻牙加工单元，所述钻孔加工单元用于在工件1各表面钻孔，所述倒角加工单元对所述孔口倒角，所述攻牙加工单元在所述孔内攻牙，

所述倒角加工单元包括上倒角加工单元和侧倒角加工单元，所述上倒角加工单元与侧倒角加工单元相互独立，所述上倒角加工单元的进给行程方向为向下；所述侧倒角加工单元的进给行程方向为横向，所述侧倒角加工单元还可绕上倒角加工单元移动；

所述攻牙加工单元包括上攻牙加工单元和侧攻牙加工单元，所述上攻牙加工单元与所述侧攻牙加工单元相互独立，所述上攻牙加工单元的进给行程向下，并与所述上倒角加工单元集成于同一设备上；所述侧攻牙加工单元的进给行程为横向，其底部设有移动座，所述移动座可绕上攻牙加工单元移动。

所述钻孔加工单元为五轴深孔钻床3，所述五轴深孔钻床3包括刀头31和旋转工作台32；所述侧倒角加工单元为装夹倒角刀41的手枪钻4；所述侧攻牙加工单元为曲臂攻牙机5，所述移动座为装运车51；所述上攻牙加工单元与所述上倒角加工单元集成于同一摇臂钻床2，所述摇臂钻床2包括工作台21，所述工作台21用于固定工件1。

所述倒角刀41包括安装段412和切削段413，所述安装段412与所述手枪钻4的安装口相匹配，所述倒角刀41通过所述安装段412可拆卸地安装于所述安装口上；所述切削段的尺寸具有多组，分别与不同大小的所述孔相匹配。

在现有的一些集成式钻孔倒角攻牙设备中，主要分为两类，一类为包含钻孔机、倒角机和攻牙机的集成式设备，这类设备一般采用数控技术来达到复杂的多工序自动操作，加工效率较高，但需要配备专门的工程师，使用和维修较为复杂，且购置成本高，而且若工件1的形状复杂且孔的分布不规则时，加工效率也较难保证。第二类为设备群组，由人工操作多台独立的机械分别依次完成整套钻孔、倒角和攻牙的操作；在加工重型工件1时，需要人工吊装工件1从一个设备转移至下一个设备，经过多次装夹，因此不但加工精度难以保证，工作强度和加工效率都较为低下。

发明人观察到了现有技术中存在的这些问题之后，基于现在国内大部分中小企业自动化程度偏低的实际情况，发明了一种新的加工系统。在本方案中，承担倒角功能的倒角加工单元被分为两部分，其中上倒角加工单元的进给行程向下，用于加工工件1的顶面；侧倒角加工单元的进给行程为横向，用于加工工件1的侧面，而且可绕上倒角加工单元移动的设置使得工件1的所有侧面都可以被加工到；此外，相互独立的上倒角加工单元和侧倒角加工单元使得倒角加工可以从两个角度同时进行且互不干扰，比起逐次加工每个面的方式，缩短了总倒角时间。与此类似的，将攻牙加工单元也分为上攻牙加工单元和侧攻牙加工单元两部分，攻牙加工可以从两个方向同时进行，提高了加工效率。将上倒角加工单元与上攻牙加工单元集成在同一设备上，专门用于加工工件1的顶面，可以避免在顶面倒角和攻牙两个工序转化时还需要再装夹一次，降低装夹次数。考虑到一般的攻牙设备多为较为重型固定的设备，在其底部设置移动座可以方便地移动攻牙加工单元，更加便捷灵活。

通过将倒角和攻牙加工都分解为上加工和侧加工，使用不同的加工部来分别实现每种加工，使得多道工序可以同时进行，实现了传统的相互分离的钻孔加工单元、倒角加工单元和攻牙加工单元高效结合，达到比现有第一类设备更低的成本和更强的适应力，也比第二类设备群组效率更高。

钻孔加工单元采用五轴深孔钻床3可以仅用2次装夹即可将工件1顶面和侧面的孔快速加工完毕，减少加工时间和装夹次数。考虑到倒角所需的精度要求不高，且加工难度不大，手枪钻4在装夹倒角刀41以后由操作者手持即可灵活地对侧面的孔进行倒角，比使用大型设备更加快捷方便。而攻牙加工考虑到后续螺纹契合的问题，所需精度较高，因此采用专业的曲臂攻牙机5，在传统曲臂攻牙机5下方设置装运车51可以方便地移动完成在各个待加工侧面之间的转移。利用摇臂钻床2一般仅能提供行程向下的加工，工件1固定在工作台21上，直接由摇臂钻床2完成工件1顶部的倒角和攻牙，无需另外更换设备，也不会妨碍侧面倒角和攻牙操作。

倒角刀41分为两段，安装段412的尺寸始终与安装口相匹配，而切削段413可以制作成不同的尺寸以匹配不同尺寸的孔径，便于成组制作倒角刀41标准件。当需要对不同直径的孔进行倒角时，只需考虑切削段413的大小即可，具有可替换性。

如附图9所示，本发明的一种应用所述多轴钻孔倒角攻牙系统的加工方法，包括如下步骤：

步骤a1:钻孔，将工件1夹持于所述钻孔加工单元上，操控所述钻孔加工单元在工件1的待加工表面钻孔；

步骤a2：顶面倒角与攻牙，将工件1从所述钻孔加工单元转移至所述上倒角加工单元或上攻牙加工单元上并夹持固定，操控所述上倒角加工单元对工件1顶面的孔倒角，并操控所述上攻牙加工单元对工件1顶面的孔攻牙；

步骤a3：侧面倒角，在步骤a2进行的同时，操控所述侧倒角加工单元绕工件1移动，分别对工件1的每个侧面上需倒角的孔倒角；

步骤a4：侧面攻牙，在步骤a2和a3进行的同时，在不与步骤c加工同一处的前提下，操控所述移动座绕工件1移动，使得侧攻牙加工单元分别对工件1的每个侧面上需攻牙的孔攻牙。

将倒角加工分解成为顶面倒角和侧面倒角，将攻牙也分解为顶面攻牙和侧面攻牙，分别由不同的加工部来完成，使得倒角和攻牙加工可以同时互补干扰的进行，达到多工序同时进行的效果，提升了生产加工效率。

本发明还提供另一种应用该系统的加工方法，通过整合利用手动机械和优化工序，可以减少装夹次数，从而使得普通的手动机械接近自动化生产的工作效率。

一种应用所述多轴钻孔倒角攻牙系统的加工方法，包括如下步骤：

步骤b1：钻孔，将工件1夹持于所述五轴深孔钻床3上，操控所述五轴深孔钻床3在工件1的加工表面钻孔；

步骤b2：顶面倒角与攻牙，将工件1转移至所述摇臂钻床2的所述工作台21上并夹持固定，操控所述摇臂钻床2对工件1的每个侧面上需倒角的孔倒角和攻牙；

步骤b3：侧面倒角，在步骤b2进行的同时，操控装夹有倒角刀41的所述手枪钻4绕工件1移动，分别对工件1侧面的孔倒角；

步骤b4：侧面攻牙，在步骤b2和b3进行的同时，在不与所述手枪钻4同时加工同一处的前提下，操控所述曲臂攻牙机5绕工件1移动，使得曲臂攻牙机5分别对工件1的每个侧面上需攻牙的孔攻牙。

所述步骤b1包括如下步骤：

步骤b11：将工件1底面朝下夹持固定于所述旋转工作台32上，旋转工作台32使得工件1各侧面对准所述刀头31后，操控刀头31在工件1各侧面钻孔；

步骤b12：将工件1侧面朝下夹持固定于所述旋转工作台32上，旋转工作台32使得工件1顶面对准所述刀头31后，操控刀头31在工件1顶面钻孔。

所述步骤b3包括如下步骤：

步骤b31：按照工件1待加工的侧面划分工作区，每个所述工作区对应工件1的一个侧面；

步骤b32：每次固定于一个工作区，操控所述手枪钻4对工件1对应侧面上的孔倒角；

步骤b33：完成步骤b32后更换工作区重复步骤b32，直至工件1侧面所有需倒角的孔均已被倒角完毕。

划分工作区可以避免侧面攻牙与侧面倒角两种加工冲突，使得两种加工可以互不干扰的同时进行，节省逐工序加工所需的时间。

进一步地，所述步骤b4包括如下步骤：

步骤b41：避开步骤b3所在的工作区固定所述曲臂攻牙机5；

步骤b42：在步骤b3进行的同时，操控曲臂攻牙机5对此工作区对应的工件1侧面上的孔攻牙；

步骤b43：完成步骤b42后，在避开步骤b3所在工作区的前提下，移动所述装运车51带动所述曲臂攻牙机5更换工作区重复步骤b42，直至工件1侧面所有需攻牙的孔均已被攻牙完毕。

所述孔的直径小于24mm。

所述工件1为模具镶件。

由于曲臂攻牙机5不能用于直径超过24mm孔的攻牙，因此将所有的孔尽量设计在小于24mm的范围，可以确保曲臂攻牙机5可以完成工件1侧面所有的攻牙工作。

由于模具镶件上需要钻很多孔且多数需要倒角和攻牙，因此模具镶件运用所述加工方法是非常合适高效的。

本发明中所述的五轴深孔钻床3、摇臂钻床2、手枪钻4和曲臂攻牙机5等机械为机械行业内较为常用的设备，在此不对其具体结构和工作原理做详细论述。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。