双头深孔枪钻控制模型研究.pdf

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数控加工技术现代制造工程(ModemManufacturingEn舀neering)2016年第3期双头深孔枪钻控制模型研究+胡东红1，刘景源1，张玲1，王平江2(1湖北大学计算机与信息工程学院，武汉430062；2华中科技大学国家数控中心，武汉430074)摘要：根据工件所需钻孔的总排数、每一排的总孔数以及相邻排之间的距离，按照最优的加工模式，自动确定双头钻之间距离，自动确定钻孔模式，并自动生成G代码加工程序。提高钻孔加工效率，而且避免用户繁杂的G代码程序编写和调试过程。关键词：双头钻；深孔枪钻；钻床；数控中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1671—3133(2016)03--0037--04DOI：10．16731／i．cnki．1671—3133．2016．03．008ControlmodelresearchofdoubledeepholegundrillsHuDonghon91，LiuJingyuanl，ZhangLin91，WangPingjian92(1SchoolofComputerScienceandInformationEngineering，HubeiUniversity，Wuhan430062，China；2NumericalControlCenter，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)Abstrad：Accordingtotheworkpiece’stotallOWS，holesineachrowandthedistanceofadjacentroWS，thedistancebetweenthetwogun&illsiscomputed．Drillingpaternaledeterminedinoptimalprocessingmethod．Gcodeprocessingprogramisgeneratedautomatically．InadditiontoimprovingtheefficiencyofdrillprocessingefficiencyisimprovedandthecomplicatedGcodepro·gramminganddebuggingprocessisavoided．Keywords：doubledrills；deepholegun&ill；drillingmachine；CNC0引言钻削直径较小、深度较大的孔，尤其是在钢件材料上钻深孔、小孔时，通常存在钻屑排除困难、刀具冷却困难以及钻孔轴线易歪斜等问题¨J。能否妥善解决这些问题，直接关系到深孔、小孔加工的质量、生产效率、加工精度和刀具热变形等，若处理不当，甚至可能使加工无法正常进行口引。对此类深孔、小孔问题，枪钻是一个非常有效的解决方法H剖，其主要特点是钻头中空细长，高压钻削油通过钻头中空管向钻头高速喷出，从而携带钻屑从枪钻的排屑槽向外喷出。深孔枪钻无需通过反复拔出钻头的方式进行排屑，相对于麻花钻有着无可比拟的优势∞j，从而提高了加工工效。此外，深孔枪钻还采用钻头保护套，避免钻头歪斜。目前深孔枪钻广泛应用于汽车、模具、印刷机械、包装机械、食品机械和航空航天等装备制造领域的机械Jjn工咩,E11。此外，一些较复杂的工件排孑L数很多，往往有几万个孔需要钻削，如果采用单头深孔枪钻，加工一个工件往往需要昼夜24小时连续加工半个月左右。双头深孔枪钻的优势在于可以用两个钻头同时对工件进行钻削加工，理论上讲，可以节省加工时间、提高加工工效近50％。但是，双头深孔枪钻编程较为复杂，需要确定钻孔模式。如果工件类型改变，排孑L数发生变化，则需要重新进行编程、调试。用户使用起来较为麻烦，因此，本文提出了双头深孔枪钻的最优加工模式，可以根据工件的总排数、每排的孔数以及排间距等相关参数自动生成最优加工模式的G代码程序。从而极大地简化用户的编程和调试。·国家科技重大专项课题资助项目(2012ZX04001-022)；湖北省科技计划资助项目(2012BAA05006)；武汉市科技计划资助项目(20140101010014)；湖北省科技计划资助项目(2014BAA080)37 2016年第3期现代制造工程(ModemManufacturingEn画neenng)1问题描述1．1双头深孔枪钻钻床的主要结构数控双头深孔枪钻主要部件结构示意图如图1所示。左钻头和右钻头之间的距离可以通过手工调节后，保持固定。当左右钻头同时沿x轴方向移动时，可以分别同时对准圆筒工件上的两排孑L；当工件绕c轴旋转时，左右钻头可以分别对准圆筒工件上位于同一列的两排孑L；当左右钻头同时沿z轴移动时，左右钻头可以对圆筒工件上位于同一列的两排孔进行钻孑L。Z件图1双头深孔枪钻主要部件结构不意图1．2最优化钻孔模式要求最优的双头深孔枪钻钻孔模式应该是：尽量采用双钻模式进行钻孔，即左右钻头同时钻孔，以提高加工效率。若实在无法采用双钻模式钻孑L的孑L位，采用单钻模式钻孔，即只用左钻头或只用右钻头钻孔，因此，如何根据工件的总排数、每一排的总孔数以及排间距，自动确定左右钻头之间的距离，确定哪些排孔采用双钻模式，哪些排孔采用单钻模式，是双头深孔枪钻实现自动最优化钻孔模式的关键所在。2双头深孔枪钻最优钻孔模式分析一个圆筒工件及其展开后的排序号和孔序号示意图如图2所示。由于奇数排的孑L和偶数排的孔沿x轴线方向不在一条直线上，且相互错位半个孔间距，因此，左钻头和右钻头无法分别钻奇数排的孔和偶数排的孑L。左钻头和右钻头只能同时钻奇数排的孔，或者同时钻偶数排的孔。如图3所示为工件总排数为8排时的钻孔模式。如果工件的总排数为8排，显然，最合理的钻孔模式是左钻头和右钻头的间距为孔的排间距的4倍最为合理。这样，左钻头对准第1排时，右钻头对准第5排。在左右钻头同时完成对第1排和第5排的全部钻孔之后，左右钻头分别对准第2排和第6排，同时完成第2排和第6排的全部钻孔。同理，左右钻头可以同时完38成第3、7排，第4、8排的全部钻孔。可以将该过程描述为：用双钻模式，第1轮完成对第1、5排的钻孑L；第2轮完成对第2、6排的钻孔；第3轮完成对第3、7排的钻孔；第4轮完成对第4、8排的钻孔。一共进行4轮钻孔，所花时间相当于钻4排孔的时间。列序号编号：轴线图2圆筒工件展开后的排序号和孑L序号示意图图3工件总排数为8排时的钻孔模式如果工件的总排数为9排时，显然，最合理的钻孔模式是：按照总排数为8排的模式，完成对8排孔的钻孑L之后，拆掉一个钻头，用剩下的一个钻头进行第5轮钻孔，完成对第9排全部孔的钻孔。一共进行5轮钻孔，所花时间相当于钻5排孔的时间。如果工件的总排数为10排，显然，最合理的钻孔模式是：按照总排数为8排的模式，完成对8排孔的钻孔之后，拆掉一个钻头，用剩下的一个钻头进行第5轮、第6轮钻孔，完成对第9、10排全部孔的钻孔。一共进行6轮钻孔，所花时间相当于钻6排孔的时间。但是，当工件的总排数为11排时，如果仍然按照总排数为8排的模式，完成对8排孔的钻孔之后，拆掉一个钻头，用剩下的一个钻头进行第5、6、7轮钻孔，完成对第9、10、11排全部孔的钻孔。这样一共进行7轮钻孔，所花时间相当于钻7排孔的时间。事实上，当工件的总排数为11排时，最合理的钻孔模式是：左右钻头的间距设定为孔的排间距的6倍，图4所示为工件总排数为1l排时的最优钻孔模式。这样，左钻头对准第1排时，右钻头对准第7排。钻孑L过程可以描述为：用双钻模式，第1轮完成对第1、7排钻孑L；第2轮完成对第2、8排钻孔；第3轮完成对第3、9排钻孔；第4轮蕊㈣氯溅●_=2¨o¨6”8 胡东红，等：双头深孔枪钻控制模型研究2016年第3期完成对第4、10排钻孔；第5轮完成对第5、11排钻孔；第6轮拆掉一个钻头，用一个钻头采用单钻模式完成对第6排的钻孔。这样一共进行6轮钻孔，所花时间相当于钻6丰I[E：fL的时间。zn，--zn，--苎凳总萋篙备鸳霉言茎h，2“至圣磊。二磊0吴葚2n¨．1至圣再2。赫钻簇姜2n+22右双茹孔⋯⋯⋯一工件总排数为4的整数倍余1，即4n+1，(n=1，2，3，⋯)时，左右钻头的间距应该为排间距的2凡倍，钻孑L的轮次数2几+1轮次。其中2凡轮次为双钻模式，1轮次为单钻模式，总排数为4n+1时的最优钻孔模式如表2所示。表2总排数为4一十l时的最优钻孔模式工件总排数为4的整数倍余2，即4n+2，(凡=1，2，3，⋯)时，左右钻头的间距应该为排间距的2n倍，钻孔的轮次数2n+2轮次。其中2n轮次为双钻模式，2轮次单钻模式。总排数为4n+2时的最优钻孔模式如表3所示。表3总排数为4刀+2时的最优钻孔模式当工件总排数为4的整数倍余3，即4n+3，(n=1，2，⋯)时，左右钻头的间距应为排间距的2n+1倍，钻孔的轮次数2凡+2轮次。其中(2n+1)轮次为双钻模式，1轮次为单钻模式。总排数为4凡+3时的最优钻孔模式如表4所示。表4总排数为4n+3时的最优钻孔模式3结语根据上述双头深孔枪钻最优钻孔模式算法，在华中21型数控系统平台上进行二次开发，实现了本方案的应用。用户只需输入工件的总排数、每排的孑L数、排间距和钻孑L时的速度等相关参数，数控系统即可自动生成最后的钻孔加工程序，从而极大地简化了用户的编程和调试。(下转第48页)39●p2¨o”6n8"m小 2016年第3期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)加工后尺寸精度难以把控的特点，创新性地提出了运用五轴联动数控砂带磨床对其表面进行高效高精度打磨，机床的工艺灵活性与加工适应性均得到了较高程度的提升。最后进行了实际加工实验，结果证明叶片型面磨削效果与磨削效率远高于现阶段高强度且磨削质量难以管控的手工作业方式。2)本文在不牺牲数控砂带磨床原有加工效率的前提下优化了磨削工具进入叶根圆角难加工区域的位姿形态，使磨削工具的可达磨削区域得到了一定程度上的提升。参考文献：[1]黄智，黄云，张磊，等．高精度可调距螺旋桨强力数控砂带磨床的设计及应用[J]．重庆大学学报，2011，34(9)．[2]ALARCINF，EKINCIS，GULEZK．Controllablepitchpro-pellercontrolwithfastbackpropagationalgorithm[J]．Ma-fineTechnology，2007，44(3)：180—184．[3]吴建强，黄云．船用螺旋桨叶片四坐标砂带磨削的研究[J]．机械科学与技术，2011(8)：1226—1229．[4]李悦，王隆太，项余建．汽轮机叶片数控砂带磨床自动编程系统的开发研究[J]．现代制造工程，2009(12)．[5]吴建强．船用螺旋桨叶片四坐标数控砂带磨削自动编程技术的研究[D]．重庆：重庆大学，2011．[6]杨春强，黄云，吴建强．船用螺旋桨砂带磨削表面质量的试验研究[J]．中国机械工程，2011(14)：1659—1663．[7]Y1L，HUANGY，LIUGH．ExperimentalresearchontheelectrochemicalabrasivebeltgrindingOCrl7Ni4Cu4Nbstain·lesssteel[J]．MaterialsScienceForum，2009(626／627)．[8]张明德，王兴龙．大型叶片砂带磨削加工方法及工艺研究(英文)[J]．机床与液压，2014(24)：62—66．[9]崔一辉．基于砂带修形磨削的磨削量影响参数数学模型研究[J]．现代制造工程，2013(4)：96—100．[10]段继豪，史耀耀，张军锋，等．航空发动机叶片柔性抛光技术[J]．航空学报，2012(3)：573—578．作者简介：张明德，硕士．副教授。研究领域：复杂曲面零件智能化设计审l造及检测。至今在核心期刊发表论文十余篇，获得国家专利授权1项，获软件著作权登记6项。王加林，通讯作者，硕士研究生。研究领域：复杂曲面零件智能化制造与检测技术。E-mail：WJL890722@163．com收稿日期：2015-06-08(上接第39页)采用本方案的双头深孔枪钻，与通类型单头钻相比，当总排数为4n、4n+1、4n+2和4n+3时，其钻孔轮数之比分别为罂、马}、弓}和穹}。考虑到双钻模式与单钻模式进行切换时，拆装钻头所需的时间，双头深孔枪钻可以节省加工时间近50％，通过实际应用试验对比，加工时间缩短40％以上。考虑到加工一个工件往往需要昼夜连续加工一周左右，因此，在实际应用还开发了一些专门的功能，如：1)设置了当前加工排数、孔数的实时保存，一旦发生意外关机或断电，在重新开机后，即可从上次加工的孔位开始继续加工。2)无人值守的情况下，一旦发生意外断钻，可能会造成大片的区域未钻孔，为此，设置了断钻补钻功能。用户只需按下断钻补钻功能，面板会自动提示用户让钻头对准第1个断钻孔位，并按下确认按钮；然后提示用户对准最后一个断钻孔位，并按下确认按钮；然后系统会自动采用单钻的方式，从断钻的第1个孔位开始进行补钻，直至对最后一个断钻孔位完成补钻。采用本模型的双头深孔枪钻专用数控系统已经48在江苏某饲料机械厂安装运行9台套，效果良好。参考文献：[1]杨桂英．数控深孔钻床加工深孔的一种工艺组合[J]．装备制造技术，2007(12)，116—117．[2]杨忠麟．小孔深孔自动钻削技术探讨[J]．机床与液压．2001，29(5)：157—158．[3]LINz，CHANGJ．TheⅧdiIlgOfspindlethermaldisplace-meritmodel0fhiIshspeedmachinecenter[J]．InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology，2{}07，34(5—61：556—566．[4]KATSUKIA，SAKUMAK，ONIKURAH．Axialholedcvia．tionindeepdrilling--thei11nuenceoftheshapeofthecut—ringedge[J]．TransactionsoftheJapanSocietyofMechani-calEngineersC，1988，54(502)：1350—1356．[5]谢志鲁．高技术枪钻系列刀具的特点及应用[J]．工具技术，2003(11)：46—48．作者简介：胡东红，博士后，副教授，硕士生导师，研究方向为数控技术、模式识别与智能系统，已发表论文12篇。E—mail：1055908606@qq．corn收稿日期：2015-05-20