[发明专利]一种金属切削中自动断屑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及是机械加工行业，具体为一种金属切削中自动断屑的方法，它可以在金属切削过程中进行强制断屑控制。

背景技术

在金属切削，尤其是韧性材料的车削时，通常会产生连续的切屑。这种长条带状切屑会缠绕在工件或刀具上，易刮伤工件，引发刀具破损，甚至危害工人安全。对于数控机床等自动化加工机床，连续的切屑会在切削过程中引发阻塞，进而阻碍机床系统的自动化加工。因此刀具断屑可靠与否对正常生产与操作者安全都有重要影响，能在金属切削过程中产生不连续切屑的断屑技术非常重要。现有常用的断屑技术有利用断屑槽，利用断屑器以及选择刀具和调整切削用量。以上方法只有在某些给定加工条件下，即保证刀具与切削用量的匹配，才能达到断屑效果，不能保证断屑的可靠性。此外以上方法还增加了刀具的种类和数量，从而增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属切削中自动断屑的方法，该方法较好地解决了自动加工中断屑困难的问题。

本发明提供的一种金属切削中自动断屑的方法，其特征在于，该方法是在正常主轴转速上叠加一个激励，使得主轴速度产生周期性的振荡，并实现自动断屑。

上述技术方案可以采用下述一种或几种方式进行改进：(1)在每个周期t内给主轴转速上叠加一个激励，其中，V_f为进给速度，单位毫米/分钟，f_max为刀具最大进给量，n为主轴转速，单位为转/分钟，D_c为加工直径，单位毫米；(2)主轴速度的振荡幅值范围为主轴转速的10％～30％；(3)叠加的激励为正弦波、三角波或者梯形波。

本发明是在正常主轴转速上叠加一个激励使之产生特定的振荡，如在正常转速上叠加正弦波、三角波或者梯形波。叠加特定激励后的主轴速度波形会产生周期性的振荡，并且主轴速度振荡的相关参数可以设置，即速度振荡的幅值和同期可以得到有效地控制，以保证在不同的切削情况下都能准确产生断屑。

具体实施方式

本发明的具体解决方案是：在自动加工过程中，通过改变正常主轴转速的大小，有效地控制加工时断屑的状态。控制主轴转速产生振荡，使得主轴速度的波动引起切削量变化，进而减少切屑厚度形成断屑。

下面结合原理和具体实施例子对本发明进行详细说明。

本发明让零件在切削过程中，切削速度进行周期性的变化，对切屑产生交变的弯曲和冲击载荷，以此达到断屑的目的。在正常主轴转速上叠加一个激励，使得主轴速度产生周期性的振荡。叠加的激励可以为正弦波、三角波或者梯形波。叠加激励后的主轴转速会形成周期性的速度波动，进而对切屑产生交变的弯曲和冲击载荷，达到断屑的目的。通过设置相关参数可以对主轴转速的振荡幅值和振荡周期进行调节，以适应不同的切削状况。振荡幅值和振荡周期这样加以调节。

主轴转速叠加的激励波形的振荡幅值可如下确定：调节叠加激励波形振荡幅值的大小能改变加工的断屑情况。根据变主轴转速断屑的加工实验结果，振荡幅值达到主轴转速10％时，变主轴转速能有效地产生断屑。随着振荡幅值的增大，自动断屑效果增强。由加工实验总结的最佳振荡幅值范围为主轴转速的10％～30％。

主轴转速叠加的激励波形的振荡周期可如下确定：确定刀具的切削速度V_c和最佳进给量f后，可以确定刀具最大进给量f_max，f_max进给量下满足切屑不缠绕刀具、工件及其相邻工具和装备，此时给主轴转速叠加激励进行断屑。由公式可算得叠加激励的周期t，V_f为进给速度，单位mm/min，n为主轴转速，单位r/min，D_c为加工直径，单位mm。

通过扩展G代码、PLC控制两种方式实现上面的过程。

方式一：数控系统通过扩展G代码编程实现加工零件强制断屑。

方式二：使用PLC控制实现加工零件强制断屑。

实施例：

实施例1：扩展G代码

扩展G代码指令指定叠加在原始主轴速度上的激励波形类型以及激励波形的振幅和周期。通过数控系统对主轴转速控制，使主轴转速产生周期性的振荡，达到断屑目的。数控系统根据G代码指令值调整主轴转速周期性振荡的幅值和周期，达到在不同切削状况下都能准确断屑的目的。

扩展G代码格式：

1)叠加波形为正弦波：

G101S(主轴基本转速，单位转/分钟)A(叠加波形振幅，单位转/分钟)T(叠加波形振荡周期，单位毫秒)；

2)叠加波形为三角波：