用于螺纹铣削的数控机床及螺纹铣加工方法与流程

本发明涉及金属构件的螺纹加工，尤其涉及一种用于螺纹铣削的数控机床及螺纹铣加工方法，属于金属切削加工技术领域。

背景技术：

数控镗铣床、加工中心等设备的应用日益普遍，其所加工的零件种类也越来越多，如何根据零件需要、工艺需要、加工需要进行螺纹铣削加工已成为一个值得探究的问题。

伴随着数控技术、刀具技术的快速发展，零件结构的复杂性，螺纹铣削加工方式和要求也有了长足的进步。原有数控机床上的固有加工程序循环无法满足新的加工要求。

如何提高数控机床在螺纹铣削加工时的效能，减少人为编程时的出错概率和编程时间，并使得技术人员在无需全面了解数控编程的条件下完成数控加工，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种用于螺纹铣削的数控机床及螺纹铣加工方法，以提高数控机床在螺纹铣削加工时的效能。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种用于螺纹铣削的数控机床，其上加装有螺纹铣削模块，用于控制数控机床进行螺纹铣削操作，所述螺纹铣削模块包括：

螺纹铣削加工位置辨析单元，对用户输入数据进行处理，分拣加工位置信息，其输出连接到计算单元；

螺纹铣削旋向辨析单元，对用户输入数据进行处理，分拣加工旋向信息，其输出连接到计算单元；

螺纹锥度辨析单元，对用户输入数据进行处理，分拣螺纹锥度信息，其输出连接到计算单元；

螺纹螺旋线数量辨析单元，对用户输入数据进行处理，分拣螺旋线数量信息，其输出连接到计算单元；

螺纹铣削加工方式辨析单元，对用户输入数据进行处理，分拣加工方式信息，其输出连接到计算单元；

逻辑判断单元，辨识加工过程中逻辑关系和控制逻辑流转；

计算单元，计算加工螺距、加工直径、加工深度和加工坐标；

输出单元，根据其他单元给定的机械动作命令和计算单元计算出的加工位置，输出给数控机床进行螺纹铣削加工；

反馈接收单元，接收数控机床反馈的信息和数据并反馈给计算单元。

进一步地，所述螺纹铣削模块还包括数据报警单元，对用户输入的数据进行分析，如有数据不匹配或逻辑错误，通过数控机床的报警单元报警。

进一步地，所述螺纹铣削模块还包括数据处理单元，将用户输入的数据分解成逻辑判断数据和数值数据，并分别相应地存放入逻辑判断数据存储器或数值数据存储器中。

本发明的另外一个技术方案为：

一种采用上述数控机床实现的螺纹铣削加工方法，包括依序进行的如下步骤：

步骤S2：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹加工位置，

当需进行外圆加工时，进行步骤S21：输出加工位置为外圆的信息给计算单元，而后实施步骤S3，

当需进行内孔加工时，进行步骤S22：输出加工位置为内孔的信息给计算单元，而后实施步骤S3；

步骤S3：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹铣削旋向，

当需进行右旋螺纹加工时，进行步骤S31：输出攻丝旋向为右旋螺纹的信息给计算单元，而后实施步骤S4，

当需进行左旋螺纹加工时，进行步骤S32：输出攻丝旋向为左旋螺纹的信息给计算单元，而后实施步骤S4；

步骤S4：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹锥度，

当需进行圆柱螺纹加工时，进行步骤S41：输出螺纹锥度为圆柱螺纹的信息给计算单元，而后实施步骤S5，

当需进行圆锥螺纹加工时，进行步骤S42：输出螺纹锥度为圆锥螺纹的信息给计算单元，而后实施步骤S5；

步骤S5：根据用户输入数据，辨析用户定义螺旋线数量，

当需进行单螺旋线螺纹加工时，进行步骤S51：输出螺旋线数量为单螺旋线的信息给计算单元，而后实施步骤S6，

当需进行多螺旋线螺纹加工时，进行步骤S52：输出螺旋线数量为多螺旋线数量的信息给计算单元，而后实施步骤S6；

步骤S6：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹铣削加工方式，

当加工方式为粗加工时，进行步骤S61：输出加工方式为粗加工的信息给计算单元，而后实施步骤S7，

当加工方式为单精加工时，进行步骤S62：输出加工方式为单精加工的信息给计算单元并进行螺纹精加工铣削，而后实施步骤S8；

步骤S7：根据用户输入数据，分析粗加工数据后进行螺孔粗加工和精加工铣削，而后实施步骤S8；

步骤S8：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹铣削修光加工方式，

当螺纹铣削修光加工为无修光加工时，进行步骤S81：结束铣削加工，

当螺纹铣削修光加工为有修光加工时，进行步骤S82：输出螺纹铣削修光加工为修光的信息给计算单元，并进行螺纹修光铣削。

进一步地，所述螺纹铣削加工方法还包括步骤S1：数据检测，其读取用户定义数据，对起刀点和深度数据进行参数校对，如参数出错，则进行步骤S11：输出错误报警命令给数控机床，使其对用户报警。

进一步地，所述步骤S1还包括：如参数无错误，则进行步骤S12：将用户数据分解为逻辑判断数据和数值数据分别存储。

本发明在数控机床上加装螺纹铣削加工模块，能够根据零件需要、工艺需要、加工需要，提供用户不同螺纹铣削的加工方案，通过该螺纹铣削模块控制数控机床实现螺纹铣削加工操作。

本发明与现有数控机床加工模块相比，其有益效果是：

1)提高了数控机床在螺纹铣削加工时的效能，有效地提升了产品的质量和加工灵活性。

2)优化了孔系加工程序，提供了修光铣削模块，实现了锥螺纹的精密铣削，并采用连续递减的粗加工方式实现等效铣削。

3)提供了简便的编程方式，降低了对人员编程能力的要求，减少了人为编程时出错概率和编程时间，使得技术人员在无需全面了解数控编程的条件下完成数控加工。

3)本发明适用范围广，可用于包括外圆螺纹、内孔螺纹、左旋螺纹、右旋螺纹、圆柱螺纹和圆锥螺纹的铣削加工以及单螺旋线和多螺旋线的螺纹铣削加工。

附图说明

图1是本发明的数控机床的结构示意图。

图2是本发明的螺纹铣削加工方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的用于螺纹铣削的数控机床及螺纹铣加工方法做进一步的详细阐述，但不应以此来限制本发明的保护范围。

本发明在用于螺纹铣削加工的数控机床上加装螺纹铣削模块，数控机床接受用户以数控宏代码的方式输入的螺纹铣削加工的相关尺寸、加工方式等数据，并将这些数据调入螺纹铣削模块中，通过螺纹铣削模块控制数控机床进行螺纹铣削加工操作，不断进行加工位置的辨别，直至到达规定深度，完成螺纹铣削加工。

所述输入数据包含：

1)螺纹铣削加工位置(外圆加工、内孔加工)。

2)螺纹铣削旋向的选择(左旋加工、右旋加工)。

3)螺纹锥度的选择(圆柱螺纹、圆锥螺纹)。

4)螺纹螺旋线数量。

5)螺纹铣削加工方式(粗加工、单精加工、修光加工)。

6)螺纹直径。

7)螺纹螺距(导程)。

8)螺纹铣削安全深度。

9)螺纹铣削起始深度。

10)螺纹铣削有效深度。

11)精加工余量。

12)粗加工切削次数。

13)锥螺纹加工精度。

本发明所涉及的螺纹铣削加工如下：

1)右旋螺纹铣削加工。

右旋螺纹为零件主要的螺纹连接、密封方式。通过不同规格的右旋丝锥已右旋的方式加工所需的螺纹孔。

2)左旋螺纹铣削加工。

左旋螺纹较右旋螺纹使用较少，主要运用于起吊、螺柱预紧工具等。通过不同规格的左旋丝锥已左旋的方式加工所需的螺纹孔。

3)圆柱螺纹铣削加工。

较为常规的螺纹连接螺纹，包括连接用螺纹、要求较低的密封管路等。

4)圆锥螺纹铣削加工。

圆锥螺纹的运用主要使用在密封管路的连接。由于加工要求高，材料较难加工。圆锥螺纹铣削可有效降低丝锥使用成本。

5)多螺旋线螺纹铣削加工。

多螺旋线螺纹可减少拧紧圈数，减少安装时间。但由于螺旋角的增加，受力承载能力有所降低。

如图1所示，所述螺纹铣削模块包括：

1)数据报警单元。

获取用户输入数据，对用户输入的数据进行分析，如有数据不匹配或逻辑错误，通过数控机床报警单元报警。数据报警单元连接数据处理单元，以将正确数据输出到数据处理单元。

2)数据处理单元。

将用户输入的数据分解成逻辑判断数据和数值数据，并相应地存放入逻辑判断数据或数值数据存储器中。

3)逻辑判断数据存储器。

存储逻辑判断数据，如：螺纹铣削加工位置的选择、螺纹铣削加工方式的选择。

4)数值数据存储器。

存储数值数据，如：螺纹直径、螺纹螺距、螺纹铣削安全深度、螺纹铣削起始深度、螺纹铣削有效深度(通孔深度)。

5)螺纹铣削加工位置辨析单元。

对逻辑判断数据存储器存储的逻辑判断数据进行处理，分拣加工位置信息，其输出连接到计算单元。

6)螺纹铣削旋向辨析单元。

对逻辑判断数据存储器存储的逻辑判断数据进行处理，分拣加工旋向信息，其输出连接到计算单元。

7)螺纹锥度辨析单元。

对逻辑判断数据存储器存储的逻辑判断数据进行处理，分拣螺纹锥度信息，其输出连接到计算单元。

8)螺纹螺旋线数量辨析单元

对逻辑判断数据存储器存储的逻辑判断数据进行处理，分拣螺旋线数量信息，其输出连接到计算单元。

9)螺纹铣削加工方式辨析单元。

对逻辑判断数据存储器存储的逻辑判断数据进行处理，分拣加工方式信息，其输出连接到计算单元。

10)逻辑判断单元。

辨识加工过程中逻辑关系，控制逻辑流转。

11)计算单元。

加工螺距(导程)、加工直径、加工深度、加工坐标。

12)输出单元。

根据其他单元给定的机械动作命令和计算单元计算出的加工位置，输出给数控机床进行螺纹铣削加工。

13)反馈接收单元。

接收数控机床反馈的信息并将刀具刀尖所停留位置输送给逻辑判断单元。

如图2所示，本发明所述的数控机床的螺纹铣削加工方法包括依序进行的以下步骤：

步骤S1：数据检测，其读取用户定义数据，对起刀点、深度等数据进行参数校对，如参数出错，则进行步骤S11：输出错误报警命令给数控机床，使其对用户报警。

步骤S2：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹加工位置，当需进行外圆加工时，进行步骤S21：输出加工位置为外圆的信息给计算单元，而后实施步骤S3；当需进行内孔加工时，进行步骤S22：输出加工位置为内孔的信息给计算单元，而后实施步骤S3；

步骤S3：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹铣削旋向，当需进行右旋螺纹加工时，进行步骤S31：输出攻丝旋向为右旋螺纹的信息给计算单元，而后实施步骤S4；当需进行左旋螺纹加工时，进行步骤S32：输出攻丝旋向为左旋螺纹的信息给计算单元，而后实施步骤 S4；

步骤S4：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹锥度，当需进行圆柱螺纹加工时，进行步骤S41：输出螺纹锥度为圆柱螺纹的信息给计算单元，而后实施步骤S5；当需进行圆锥螺纹加工时，进行步骤S42：输出螺纹锥度为圆锥螺纹的信息给计算单元，而后实施步骤S5；

步骤S5：根据用户输入数据，辨析用户定义螺旋线数量，当需进行单螺旋线螺纹加工时，进行步骤S51：输出螺旋线数量为单螺旋线的信息给计算单元，而后实施步骤S6；当需进行多螺旋线螺纹加工时，进行步骤S52：输出螺旋线数量为多螺旋线数量的信息给计算单元，而后实施步骤S6；

步骤S6：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹铣削加工方式，当加工方式为粗加工时，进行步骤S61：输出加工方式为粗加工的信息给计算单元，而后实施步骤S7；当加工方式为单精加工时，进行步骤S62：输出加工方式为单精加工的信息给计算单元并进行螺纹精加工铣削，而后实施步骤S8；

步骤S7：根据用户输入数据，分析粗加工数据后进行螺孔粗加工和精加工铣削，而后实施步骤S8；

步骤S8：根据用户输入数据，辨析用户定义螺纹铣削修光加工方式，当螺纹铣削修光加工为无修光加工时，进行步骤S81：结束铣削加工；当螺纹铣削修光加工为有修光加工时，进行步骤S82：输出螺纹铣削修光加工为修光的信息给计算单元，并进行螺纹修光铣削。

本发明中粗加工采用连续递减的方式数学模型如下：

Δap：径向进给

X：实际切削次数(从1到nap的系列值)

ap：螺纹总切深

nap：切削次数

η：第一次切削＝0.3(0.3为定值)

第二次切削＝1

第三次及更多次切削＝X-1

本发明中多螺旋线铣削原理为，通过改变加工起始点的位置实现多线螺纹加工。

第一坐标系值＝螺纹公称半径*cos(360/螺旋线*n)

第二坐标系值＝螺纹公称半径*sin(360/螺旋线*n)

第三坐标系值＝用户设定加工起始点

n：为当前螺旋线编号

本发明中圆柱螺纹加工采用G02螺旋插补的方式加工及刀具到达需加工半径后，进行 G02螺旋插补第三坐标系深度变化为变量值，第三坐标系每次变化值为一个螺距(导程)。

本发明中圆锥螺纹加工螺纹铣削加工过程中，可以将螺纹线性拆分成为若干直线段换算加工。按加工轨迹圆周长为基准，等分为多个为单元。根据单元的数量计算第三轴、圆弧角度以及圆锥螺纹变化量的步长。以圆弧角度和螺纹半径值计算第一轴与第二轴的投影，与第三轴的步长组成宏变量加工微单元，实现螺纹铣削加工。

以下为采用本发明的加工方法进行加工的实例：

实例一，大直径螺纹铣削。

加工分析：在大型零件的连接中将会使用较大直径螺孔连接，单一丝锥的价格可过万，通过螺纹铣削可降低成本。

同时在风电等领域使用的大型零件中会采用不锈钢甚至钛合金零件，单一零件毛坯成本较高。采用连续递减的方式的粗加工+精加工+修光加工可有效控制螺孔加工质量。

以下以船用低速柴油机气缸盖M100排气阀螺孔为加工案例。

加工设定：设定螺纹铣削加工位置为内孔，设定螺纹铣削旋向为右旋，设定螺纹锥度为 0，设定螺旋线数为1，设定加工方式为粗加工+精加工+修光加工，设定螺纹直径为100，设定螺纹螺距为6，设定螺纹铣削安全深度为5，设定螺纹铣削起始深度为2，螺纹铣削有效深度132，精加工余量0.1mm，粗加工次数3次。

当设定的各直径、深度逻辑关系有误时，螺纹铣削模块会提供直径、深度设定报警信号给数控机床并通过机床报警告知用户设定信息错误。

根据系统读取到的螺纹铣刀长度(从其他模块中读取)，计算加工深度。

根据系统读取到的螺纹铣刀参数及齿数(从其他模块中读取)，匹配主轴转速和进给速度。

数控机床加工动作：1到达安全起刀点；2根据粗加工要求到达直径后主轴顺时针旋转按螺距进给到加工深度；3退刀后到达下个粗加工直径按螺距进给到加工深度；4粗加工后主轴按精加工参数后精加工；5主轴停转后进行螺纹检验；6无法满足要求进行孔的修光加工。

实例二，NPT 2”美标锥管螺纹。

加工分析：船用燃油分配块M10起吊螺孔，为左旋螺纹；

加工设定：设定螺纹铣削加工位置为内孔，设定螺纹铣削旋向为右旋，设定螺纹锥度为 1/16，设定螺旋线数为1，设定加工方式为粗加工+精加工+修光加工，设定螺纹直径为60.09，设定螺纹螺距为11.45，设定螺纹铣削安全深度为5，设定螺纹铣削起始深度为2，螺纹铣削有效深度26.5，精加工余量0.1mm，粗加工次数2次，锥螺纹加工精度为0.5mm。

当设定的各直径、深度逻辑关系有误时，螺纹铣削模块会提供直径、深度设定报警信号给数控机床并通过机床报警告知用户设定信息错误。

根据系统读取到的螺纹铣刀长度(从其他模块中读取)，计算加工深度。

根据系统读取到的螺纹铣刀参数及齿数(从其他模块中读取)，匹配主轴转速和进给速度。

数控机床加工动作：1到达安全起刀点；2根据粗加工要求到达直径后主轴顺时针旋转按螺距进给到加工深度；3退刀后到达下个粗加工直径按螺距进给到加工深度；4粗加工后主轴按精加工参数后精加工；5主轴停转后进行螺纹检验；6无法满足要求进行孔的修光加工。

上述仅为本发明的优选实施例，必须指出的是，所属领域的技术人员凡依本发明申请内容所作的各种等效修改、变化与修正，都应成为本发明要求保护的范围。