CN114871474B - 机床智能钻孔自动断屑的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机床智能钻孔自动断屑的方法，所属加工中心机床技术领域，包括数控机床通过传感器获取主轴电机转速、设计程式变量运算方法和钻孔断屑进给切削控制。将钻孔自动断屑的控制方法，设计封装成机床数控***CNC可识别可执行的定制G码程序指令，通过指令G码设定获取钻孔的深度值Z，刀具切削每转进给量值Q，断屑深度倍数值E，钻孔安全高度位置值R，断屑控制关闭识别值P。彻底解决了断屑难、排屑难、缠切屑的问题，具有运行稳定性好、刀具使用寿命长、钻孔精度高等特点。可适用多孔连续加工断屑、深孔加工断屑，降低人工去除切屑的辅助时间，提高钻孔加工效率。

Description

机床智能钻孔自动断屑的方法

技术领域

本发明涉及加工中心机床技术领域，具体涉及一种机床智能钻孔自动断屑的方法。

背景技术

加工中心在钻孔加工过程中会产生大量的切屑，要求切屑及时有效的排出，否则会造成切削堵塞或孔的内壁拉毛、光洁度不达标等问题。另根据工件材料不同的差异，有些切屑还会缠绕在刀具的现象，须用人工方法去除，造成钻孔加工效率大幅降低。现有工艺的解决办法是采用比较昂贵的带断屑结构设计的切削刀具，利用刀具自身的特殊结构，实现切屑的断屑加工，但是由于刀具采购成本高的原因，不被众多用户所推荐使用。

发明内容

本发明主要解决钻孔过程产生切屑的断屑难、排屑难问题，切屑造成加工孔内壁拉毛或表面光洁度不达标等工艺问题，切屑容易缠绕刀具问题，钻孔加工效率低问题，钻深孔排屑不良问题。本发明提供了一种机床智能钻孔自动断屑的方法，将自动断屑的控制方法定制封装为数控***可识别可执行G码程序指令，通过设定和获取所需的钻孔相关变量数据值，再经过程式变量逻辑运算后，通过控制机床进行增量进给步进切削加工，通过精准控制轴向瞬间暂停的主轴空转圈数，利用主轴的瞬时空切达到切屑的切断效果目的，并且通过计算和控制钻孔轴向增量步进量，可实现对钻孔断屑的切屑长短调节控制。

本发明的机床智能钻孔自动断屑的方法，可适用各种工件材质的钻孔断屑，可适用连续多孔的钻孔循环断屑，可适用常规刀具的钻孔断屑，可适用深孔断屑，大大降低用户在刀具上的采购成本，降低人工去除切屑的辅助时间，提高钻孔加工的经济性。本发明的钻孔加工自动断屑的方法，解决了断屑难、排屑难、易缠屑的钻孔工艺问题，还可以保证钻孔的加工精度和表面光洁度，有利于提高钻孔进给速度，提高钻孔的加工效率，还可以大幅度延长刀具的使用寿命。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种机床智能钻孔自动断屑的方法，包括数控机床通过传感器获取主轴电机转速、设计程式变量运算方法和钻孔断屑进给切削控制。将钻孔自动断屑的控制方法，设计封装成机床数控***CNC可识别可执行的定制G码程序指令，通过指令G码设定获取钻孔的深度值Z，刀具切削每转进给量值Q，断屑深度倍数值E，钻孔安全高度位置值R，断屑控制关闭识别值P。采用指令程式变量数据逻辑运算、钻孔深度判断逻辑运算和机床钻孔断屑进给切削控制。

作为优选，程式变量运算1：钻孔进给速度值F＝主轴转速值S×刀具每转进给量值Q，且运算结果F值取整数值。程式变量运算2：钻孔断屑深度变量A＝刀具每转进给量Q×倍数值E，且倍数值E的大小，可以实现控制钻孔自动断屑的切屑长短，倍数值E越大，自动断屑后切屑长度越长，反之倍数值E越小，自动断屑后切屑长度越短。程式变量运算3：钻孔进给瞬停时间变量B＝(60.0÷主轴转速值S)×n，此计算得出主轴运转n圈时所需的时间值(单位：秒)，n值根据不同材料断屑工艺验证确定。程式变量运算4：目标钻孔深度位置值C＝当前钻孔深度位置z1-钻孔断屑深度变量A，目标钻孔深度位置C值在自动断屑控制开始时初始化为零。

作为优选，根据程式G码指令设定钻孔相关数据后，执行钻孔自动断屑的控制开启，钻孔轴快速定位至孔位表面上方距离固定高度处，后以进给速度F(运算公式F＝S×Q)进给到钻孔初始平面坐标位置(工件表面)，执行程式变量运算数据4的计算，获得目标钻孔深度位置值C(运算公式C＝z1-A)，将C值与孔深设定值Z进行逻辑大小比较运算，当C小于Z时，判定为未达到设定钻孔深度位置，控制机床钻孔轴以F值的进给速度增量进给切削动作，进给行程为钻孔断屑深度变量A值。在切削进给深度到达A值后，执行轴向暂停进给动作，暂停时间为钻孔进给瞬停时间变量B值(运算公式B＝(60.0÷S)×n)，通过计算控制进给暂停的时长，实现让主轴空转n圈，利用主轴的瞬时空切达到对切屑的切断效果目的。当暂停时间到达后，再返回执行目标钻孔深度位置值C的计算(运算公式C＝z1-A)，再进行新一轮的数据判断运算，若目标钻孔深度位置值C小于Z时，会控制机床反复循环执行钻孔轴向增量进给步进切削动作，直至运算得出目标钻孔深度位置C值大于孔深设定值Z时，则控制机床以F值的速度切削至Z值孔深位置，完成后控制机床快速提升返回至安全高度R位置，若计算C等于Z时，则结束钻孔并提升至R位置，至此一个孔的断屑加工动作控制完成。再根据程式指令G码设定下一个孔位坐标位置，继续以上述控制方法动作完成下一个孔位的断屑加工，以此不断重复循环加工执行。在最后孔位坐标指令后加入断屑功能关闭识别值P，当指令P0时，在完成当前孔位的断屑加工后，则会关闭结束断屑控制功能，并对本次参与运算的所有程式变量寄存器内数据进行初始化清零，目的是为下次启动执行变量运算做准备，防止后续寄存器内变量数据运算发生错误。

作为优选，封装定制G代码指令的名称，可根据用户需求做设计变更，初始默认定义为G500，且该指令类型为循环指令，即对第一个孔程式指令了Z、R、Q、E值后，在后续执行多孔位断屑加工时，只要指令各孔位的位置坐标X和Y值即可，断屑功能的相关设定数据将保持记忆有效，当执行P0后，相关数据初始化复位清零。G码指令设定钻孔的程式位置坐标X和Y值，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围根据用户工件加工需要设定，单位：mm(毫米)。

作为优选，G码指令设定钻孔深度位置Z值，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围根据用户工件加工需要设定，单位：mm(毫米)。若在指令中Z值未设定或设定值为0时，会触发***警报，终止机床加工。

作为优选，G码指令设定钻孔安全高度位置R值，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围根据用户工件加工需要设定，单位：mm(毫米)。若在指令中R值未设定或设定值为0时，会触发***警报，终止机床加工。

作为优选，G码指令设定钻孔刀具每转进给量Q值，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围根据用户工件加工需要设定，单位：mm(毫米)。Q值可根据使用钻孔刀具标定的技术参数推荐值设定。若在指令中Q值未设定或设定值为0时，会触发***警报，终止机床加工。

作为优选，G码指令设定钻孔断屑深度倍数值E，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围推荐为：1-30，若在指令中E值未设定或设定值为0时，自动默认初始赋予值为5。

作为优选，断屑钻孔主轴运转速度值S，单位：RPM/min(转/分)，数值存储在对应的变量寄存器中，该值参与钻孔进给速度值F的运算。

作为优选，断屑钻孔进给速度值F，单位：mm/min(毫米/分)，运算公式为F＝主轴转速值S×刀具每转进给量值Q，且运算的结果值取整数处理。钻孔自动断屑进给过程均以此运算值F作为轴向切削速度。

作为优选，钻孔断屑深度值A，单位：mm(毫米)，运算公式为A＝刀具每转进给量Q×断屑深度倍数值E。钻孔断屑深度值A会参与目标钻孔深度位置值C的计算。断屑深度倍数值E的大小，决定了钻孔自动断屑的切屑长度，当设定倍数值E越大，断屑后产生的切屑长度越长，反之倍数值E越小，断屑后产生的切屑长度越短，用户可根据工件材料材质、刀具规格等参数，确定和调整断屑深度倍数E值的大小。

作为优选，钻孔进给瞬停时间变量B，单位：S(秒)，运算公式为B＝(60.0÷主轴转速值S)×n，根据钻孔加工所需的不同主轴运行转速值，精准计算出主轴运转n圈时所需的时间值，n值根据不同材料断屑工艺验证确定。通过控制钻孔进给瞬停时间变量B，利用主轴的瞬时空切达到对切屑的切断效果目的。

作为优选，目标钻孔深度位置值C，单位：mm(毫米)，运算公式为C＝当前钻孔深度位置值z1-钻孔断屑深度变量A。该运算值与钻孔深度Z值做逻辑大小比较运算，作为是否继续执行轴向断屑进给切削的判断条件和依据，当C值小于Z值时，判定为未达到设定钻孔深度位置，执行一次断屑增量切削进给动作，进给速度为运算值F。当执行完一次断屑切削后，再次判别比较目标C值是否大于Z值，若小于Z值，则反复循环执行断屑增量进给切削动作，直至运算结果目标C值大于设定Z值时，则切换为绝对位置模式并控制轴向进给切削至Z值，此时即完成一个孔位的断屑加工循环。

作为优选，钻孔自动断屑控制关闭识别值P，数值存储在对应的变量寄存器中，当需要关闭钻孔自动断屑控制时，需在孔位X/Y坐标指令后加入P0指令，在执行完当前孔位加工后会对P值进行判别运算，若P值为0时，则会关闭当前断屑控制，并且将本次加工相关参与运算的寄存器内数值初始化清零。

本发明能够达到如下效果：

本发明提供了一种机床智能钻孔自动断屑的方法，与现有技术相比较，具有运行稳定性好、刀具使用寿命长和加工效率高的特点。通过数据变量的逻辑运算，利用钻孔轴向增量进给步进切削与轴向暂停时间内主轴空转切削的配合，实现自动断屑的目的，彻底解决了钻孔加工过程断屑难、排屑难、缠切屑等工艺问题。可适用各种工件材质的钻孔断屑加工，可适用连续多孔的钻孔断屑加工，可适用常规刀具的钻孔断屑加工，大大降低用户刀具的采购成本，提高钻孔加工效率，延长刀具使用寿命。

具体实施方式

下面通过实施例，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种机床智能钻孔自动断屑的方法，包括数控机床主轴电机高精度转速传感器，将钻孔自动断屑的控制方法，封装成机床数控***可识别、可执行的G500程序指令，该指令名称可根据用户需求做设计变更。包含程式变量数据逻辑运算、钻孔深度逻辑运算和机床钻孔断屑进给切削控制。通过G码指令设定并获取钻孔的深度值Z，单位：mm(毫米)；刀具切削每转进给量值Q，单位：mm(毫米)；断屑深度倍数值E，推荐范围“1-30”的整数值；钻孔安全高度位置值R，单位：mm(毫米)；断屑控制关闭识别值P，当指令P0时则关闭本次断屑控制。本发明机床智能钻孔自动断屑方法的程式指令编写格式：G500X_Y_Z_R_Q_E_P_。当数控***CNC程式执行指令G500代码并启动机床钻孔自动断屑控制时，***会将X、Y、Z、R、Q、E、P代码后面的设定数据值提取并存储到对应的程式变量数据寄存器中。若在指令中Z值未设定或设定值为0时，会触发***警报：“100，The depth data of the hole isempty！”，并终止机床加工；若在指令中R值未设定或设定值为0时，会触发***警报：“101，R＝0，The data is empty！”，并终止机床加工；若在指令中Q值未设定或设定值为0时，会触发***警报：“102，Q＝0，The data is empty！”，并终止机床加工；若在指令中E值未设定或设定值为0时，自动设定默认值为5。

待指令相关数据设定并提取寄存结束后，执行数据程式变量的运算后得出以下数据值：钻孔进给速度值F，运算公式为F＝主轴转速值S×刀具每转进给量值Q，且运算结果F值取整数值；钻孔轴向断屑深度变量A，运算公式为A＝刀具每转进给量Q×断屑深度倍数值E；钻孔进给瞬停时间变量B，运算公式为B＝(60.0÷主轴转速值S)×n，n值根据不同材料断屑工艺验证确定。待以上数据变量运算完成后，机床X/Y轴快速定至待加工孔位坐标位置，Z轴快速定位至孔位表面上方距离固定高度位置2毫米处，再以进给速度F(运算公式为F＝S×Q)移动到工件初始加工平面坐标位置Z0.00，至此到达钻孔自动断屑的预备状态。

待机床Z轴到达至Z0.00位置后，执行程式变量运算得出：目标钻孔深度位置值C(运算公式为C＝z1-A)，将C值与孔深设定值Z进行逻辑大小比较运算，若判断结果C小于Z值时，判定为未达到设定Z轴钻孔深度位置，控制机床Z轴以F值的进给速度增量进给切削动作，增量进给行程为钻孔断屑深度值变量A值(运算公式为A＝Q×E)。此处断屑深度倍数值E的大小，直接决定了钻孔自动断屑加工后切屑的长度，倍数值E越大，自动断屑效果后切屑长度越长，反之倍数值E越小，自动断屑效果后切屑长度越短，但程式加工用时也越长，用户可根据所加工工件的材料/材质、钻孔刀具的规格等参数，确定和调整增量步进倍数E值的大小。在Z轴增量进给切削深度到达A值完成后，执行轴向精准暂停进给动作，暂停时间为钻孔进给瞬停时间变量B(运算公式B＝(60.0÷S)×n)，n值根据不同材料断屑工艺验证确定，当实例中n＝0.8时，此时计算得出变量B即为主轴运转0.8圈时所需的时间值。通过精准计算和控制进给暂停的时间，实现让主轴电机完成空转0.8圈的精准动作；通过精准控制轴向瞬停时间变量B，机床主轴为空转无切削状态，利用主轴的瞬时空转实现对钻孔切屑的切断效果目的。待暂停时间完成后，再返回执行目标钻孔深度位置值C的计算(运算公式C＝z1-A)，再进行新一轮的数据判断运算，若目标钻孔深度位置值C小于Z时，会控制机床反复循环执行钻孔断屑进给切削，机床Z轴不断的重复以A的步进深度值进行切削进给，直至当运算得出目标钻孔深度位置C值大于孔深设定值Z时，则控制机床以F值的速度切削至Z值孔深位置，随后退出加工循环判断和轴向切削进给动作。接着控制机床Z轴快速提升返回至安全高度R位置，至此一个孔位的断屑加工控制动作全部完成。对于多孔位加工的，机床根据程式指令G码设定下一个孔位坐标位置，继续以上述的断屑进给控制方法动作完成下一个孔位的加工，以此不断的循环加工执行。当在最后孔位坐标指令后加入断屑功能关闭识别值P，指令编写格式为：X_Y_P0，当程式指令了P0时，在完成当前孔位的断屑加工后，则会关闭结束断屑控制功能，并对本次参与运算的所有寄存器内数据进行初始化清零，为下次启动变量运算做准备，防止发生运算错误的问题。

综上所述，该机床智能钻孔自动断屑的方法，具有运行稳定性好、刀具使用寿命长、钻孔精度高、加工效率高等特点。彻底解决了断屑难、排屑难、缠切屑的问题，既保证钻孔的加工精度和表面光洁度，还可大幅度提高钻孔的加工效率，同时可大幅度延长刀具的使用寿命。可适用各种工件材质的钻孔断屑加工，可适用连续多孔的钻孔断屑循环加工，可适用常规刀具的钻孔断屑加工，大大降低用户在刀具上的采购成本，提高钻孔加工的经济性。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (12)

1.一种机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：包括数控机床通过传感器获取主轴电机转速、设计程式变量运算方法和钻孔断屑进给切削控制；将钻孔自动断屑的控制方法，设计封装成机床数控***CNC可识别可执行的定制G码程序指令，通过G码程序指令设定获取钻孔的深度值Z，刀具每转进给量值Q，断屑深度倍数值E，钻孔安全高度位置值R，断屑控制关闭识别值P；采用指令程式变量数据逻辑运算、钻孔深度判断逻辑运算和机床钻孔断屑进给切削控制；

程式变量运算1：钻孔进给速度值F＝主轴转速值S×刀具每转进给量值Q，且运算结果F值取整数值；

程式变量运算2：钻孔断屑深度变量A＝刀具每转进给量Q×倍数值E，且倍数值E的大小，可以实现控制钻孔自动断屑的切屑长短，倍数值E越大，自动断屑后切屑长度越长，反之倍数值E越小，自动断屑后切屑长度越短；

程式变量运算3：钻孔进给瞬停时间变量B＝60.0÷主轴转速值S×n，此计算得出主轴运转n圈时所需的时间值单位：秒，n值根据不同材料断屑工艺验证确定；

程式变量运算4：目标钻孔深度位置值C＝当前钻孔深度位置z1-钻孔断屑深度变量A，目标钻孔深度位置C值在自动断屑控制开始时初始化为零；

根据G码程序指令设定钻孔相关数据后，执行钻孔自动断屑的控制开启，钻孔轴快速定位至孔位表面上方距离固定高度处，后以钻孔进给速度值F，运算公式F＝S×Q，进给到钻孔初始平面坐标位置，即工件表面，执行程式变量运算数据4的计算，获得目标钻孔深度位置值C，运算公式C＝z1-A，将C值与钻孔的深度值Z进行逻辑大小比较运算，当C小于Z时，判定为未达到设定钻孔深度位置，控制机床钻孔轴以F值的进给速度增量进给切削动作，进给行程为钻孔断屑深度变量A值；在切削进给深度到达A值后，执行轴向暂停进给动作，暂停时间为钻孔进给瞬停时间变量B值，运算公式B＝60.0÷S×n，通过计算控制进给暂停的时长，实现让主轴空转n圈，利用主轴的瞬时空切达到对切屑的切断效果目的；当暂停时间到达后，再返回执行目标钻孔深度位置值C的计算，运算公式C＝z1-A，再进行新一轮的数据判断运算，若目标钻孔深度位置值C小于Z时，会控制机床反复循环执行钻孔轴向增量进给步进切削动作，直至运算得出目标钻孔深度位置C值大于钻孔的深度值Z时，则控制机床以F值的速度切削至Z值孔深位置，完成后控制机床快速提升返回至钻孔安全高度位置值R，若计算C等于Z时，则结束钻孔并提升至R位置，至此一个孔的断屑加工动作控制完成；再根据G码程序指令设定下一个孔位坐标位置，继续以上述控制方法动作完成下一个孔位的断屑加工，以此不断重复循环加工执行，在最后孔位坐标指令后加入断屑功能关闭识别值P，当指令P0时，在完成当前孔位的断屑加工后，则会关闭结束断屑控制功能，并对本次参与运算的所有程式变量寄存器内数据进行初始化清零，目的是为下次启动执行变量运算做准备，防止后续寄存器内变量数据运算发生错误。

2.根据权利要求1所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：封装定制G码程序指令的名称，可根据用户需求做设计变更，初始默认定义为G500，且该指令类型为循环指令，即对第一个孔程式指令了Z、R、Q、E值后，在后续执行多孔位断屑加工时，只要指令各孔位的位置坐标X和Y值即可，断屑功能的相关设定数据将保持记忆有效，当执行P0后，相关数据初始化复位清零，G码程序指令设定钻孔的程式位置坐标X和Y值，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围根据用户工件加工需要设定，单位：毫米。

3.根据权利要求2所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：G码程序指令设定钻孔的深度值Z，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围根据用户工件加工需要设定，单位：毫米；若在指令中Z值未设定或设定值为0时，会触发***警报，终止机床加工。

4.根据权利要求2所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：G码程序指令设定钻孔安全高度位置值R，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围根据用户工件加工需要设定，单位：毫米；若在指令中R值未设定或设定值为0时，会触发***警报，终止机床加工。

5.根据权利要求2所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：G码程序指令设定钻孔刀具每转进给量Q值，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围根据用户工件加工需要设定，单位：毫米；Q值可根据使用钻孔刀具标定的技术参数推荐值设定，若在指令中Q值未设定或设定值为0时，会触发***警报，终止机床加工。

6.根据权利要求2所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：G码程序指令设定钻孔断屑深度倍数值E，数值存储在对应的变量寄存器中，数值范围推荐为：1-30，若在指令中E值未设定或设定值为0时，自动默认初始赋予值为5。

7.根据权利要求1所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：断屑钻孔主轴转速值S，单位：RPM/min，即转/分；数值存储在对应的变量寄存器中，该值参与钻孔进给速度值F的运算。

8.根据权利要求7所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：所述的钻孔进给速度值F，单位：mm/min，即毫米/分；运算公式为F＝主轴转速值S×刀具每转进给量值Q，且运算的结果值取整数处理，钻孔自动断屑进给过程均以此运算值F作为轴向切削速度。

9.根据权利要求1所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：钻孔断屑深度变量A，单位：毫米，运算公式为A＝刀具每转进给量Q×断屑深度倍数值E；钻孔断屑深度值A会参与目标钻孔深度位置值C的计算，断屑深度倍数值E的大小，决定了钻孔自动断屑的切屑长度，当设定倍数值E越大，断屑后产生的切屑长度越长，反之倍数值E越小，断屑后产生的切屑长度越短，用户可根据工件材料材质、刀具规格参数，确定和调整断屑深度倍数E值的大小。

10.根据权利要求1所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：钻孔进给瞬停时间变量B，单位：秒，运算公式为B＝60.0÷主轴转速值S×n，根据钻孔加工所需的不同主轴运行转速值，精准计算出主轴运转n圈时所需的时间值，n值根据不同材料断屑工艺验证确定；通过控制钻孔进给瞬停时间变量B，利用主轴的瞬时空切达到对切屑的切断效果目的。

11.根据权利要求1所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：目标钻孔深度位置值C，单位：毫米，运算公式为C＝当前钻孔深度位置值z1-钻孔断屑深度变量A；该运算值与钻孔的深度值Z做逻辑大小比较运算，作为是否继续执行轴向断屑进给切削的判断条件和依据，当C值小于Z值时，判定为未达到设定钻孔深度位置，执行一次断屑增量切削进给动作，进给速度为运算值F；当执行完一次断屑切削后，再次判别比较目标C值是否大于Z值，若小于Z值，则反复循环执行断屑增量进给切削动作，直至运算结果目标C值大于设定Z值时，则切换为绝对位置模式并控制轴向进给切削至Z值，此时即完成一个孔位的断屑加工循环。

12.根据权利要求1所述的机床智能钻孔自动断屑的方法，其特征在于：钻孔自动断屑控制关闭识别值P，数值存储在对应的变量寄存器中，当需要关闭钻孔自动断屑控制时，需在孔位X/Y坐标指令后加入P0指令，在执行完当前孔位加工后会对P值进行判别运算，若P值为0时，则会关闭当前断屑控制，并且将本次加工相关参与运算的寄存器内数值初始化清零。