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CN105474113A - 用于调整在加工管切割件端部时的两个工具能量消耗的方法 - Google Patents

用于调整在加工管切割件端部时的两个工具能量消耗的方法 Download PDF

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CN105474113A
CN105474113A CN201480046789.2A CN201480046789A CN105474113A CN 105474113 A CN105474113 A CN 105474113A CN 201480046789 A CN201480046789 A CN 201480046789A CN 105474113 A CN105474113 A CN 105474113A
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Abstract

本发明涉及一种用于加工具有实际长度(L1)和第一及第二端部(3、3’)的长型材切割件(1)的方法，通过借助第一或第二工具头(6、7)加工第一和第二端部(3、3’)，且在加工持续时间段，通过第一和第二旋转的工具头(6、7)连续切削材料；加工持续时间(t)被划分为时间增量(Δti)，通过时间增量(Δti)分别测量工具头(6、7)的扭矩(M(ti)、M’(ti))，且以每个时间增量(Δti)计算与在时间增量(Δti)时间段被切削的单次材料量相关的单次能量消耗(E(Δti)、E’(Δti))，且从单次能量消耗(E(Δti)、E’(Δti))中计算与被切削的总材料量相关的第一和第二工具头(6、7)的总能量消耗(E(t)、E’(t))。

Description

用于调整在加工管切割件端部时的两个工具能量消耗的方法
技术领域
本发明涉及一种用于加工工件的方法。
一种在现有技术中熟知的用于加工工件，特别是形如长型材切割件的方法。
背景技术
通常，作为管切割件的工件由管切削而成，且管切割件的两个端部在进一步加工中，如在洗涤、倒棱、电刷中受到制约。在已切削的管切割件的两个端部进行倒棱时，内-外倒棱及设计量(Planmaβ)在两个管端部上，通过每个工具头倒棱(aufgefast)。在倒棱过程中，管的总长度从实际长度缩减到加工长度。两个端部应分别具有一个完全光滑的设计量及相同的内-外倒棱。从设计量切削的材料量，设计加工余量部(Planaufmaβ)，应尽可能小，以便减少材料的浪费。
在倒棱期间，管切割件被旋转固定式地夹紧。通过在两个可彼此靠近和分开移动的工具头之间的距离精准确定加工长度。但问题是，一方面，在夹具中管切割件的准确位置在每个工作周期内是可以变化的，且另一方面，不同的管切割件的端部从不是完全相同的。因此，存在公差。根据现有技术，两个端部同时由两个工具头加工，通过将管切削为实际长度的管切割件，其相对于加工长度明显太长。将明显太长的管切割件夹紧，且工具头从两侧切削每个管端部多余的材料，直到两个工具头彼此之间距离达到加工距离。因此，实际长度太长使得上述的公差需进行补偿，然而，却耗费大量切削的材料。
在DE19637191A1中公开了一种方法，在加工工件时，每一时间单位可切削的工件材料是常量，通过控制走刀，使得在工件的每个位置的平均量出现既不会过多也不会过少的材料切削。
在DE3348159C2中公开了一种用于磨床的控制装置，其中，连续地控制加工功率等级，通过改变机器控制输入量，及通过以随时间变化的和最优的方式，根据在加工工艺的进展中待改变的加工参数来提供控制输入信号。
DE102004052790B3中公开了一种用于在数控编程计算机数控(CNC)机床中优化进给率的方法。
DE2208123A公开了一种针对磨床的控制装置，其提供有关最终实际的表面加工和圆度的改进控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于具有实际长度和两个端部的长型材切割件的加工方法，其目的是切削更少的材料。
本发明的目的将通过上述方法解决，在加工持续时间段内，用具有实际长度的和第一及第二端部的长型材切割件，通过第一或第二可旋转的工具头连续切削材料，优选地，直到长型材切割件达到预定的加工长度。此时，加工长度比实际长度要短。加工持续时间被划分为时间增量，且对于时间增量分别测量每个工具头的扭矩，对于每个时间增量计算出在所述时间增量中切削的单次材料量的相应的单次能量消耗，并从单次的能量消耗中计算出到一个时间点切削的材料总量的相应的总能量消耗。
时间增量可理解为时间间隔。时间间隔可非常短，即大约为0.001到0.01秒，优选为0.006±0.001秒。时间增量可相同，也可不同。
单次能量消耗作为与单次切削的材料量相应的单次值。工具头的单次能量消耗与在时间增量中通过工具头切削下的材料量相关。存在一种成比例的，优选为线性的关系。所述关系可凭经验计算。
优选地，在每个时间增量中测量工具头的角速度，及通过角速度和扭矩及时间增量的持续时间相乘，计算出在所述时间增量中的单次能量消耗。
能量消耗非常依赖于每次作用的扭矩，角速度在整个加工过程中基本上保持稳定或轻微的变化。然而，也可料到角速度会大幅度改变。
在本发明的一个优选的实施例中，累加工具头的单次能量消耗，确定工具头的总能量消耗。总能量消耗可以确定通过单个工具头切削的材料量的准确值。通过单个工具头确定切削材料量的值，比较工件的两个端部被切削的材料量，可以由两个工具头完成加工，特别是尽可能少的切削材料。
总能量消耗理解为在到达确定的时间点的总的能量消耗。
长型材切割件特别是完全由金属构成的长型材切割件，尤其是实心型材或管材。
优选地，将具有两个端部的实际长度的长型材切割件作为工件，且通过根据本发明的方法进一步加工，特别是倒棱。每个端部分别由一个工具头加工。在加工过程中，计算每个工具头的总能量消耗。至此，所述长型材切割件缩短到加工长度。当能量消耗的差值确定时，相互调整所述两个能量消耗。优选地，当两个总能量消耗的差值超过临界值时，才进行调整。
因此可设定，两个工具头从一个端部和另一个端部切削材料，且在后续的工作周期中，两个材料量的比例保持相同，优选地，完全相等或控制稳定。特别地可设定，长型材切割件的两个端部，在后续的工作周期，优选地，在每个工作周期中，被切削一样多的材料。特别是这种情况，当长型材的两个端部的设计加工余量部和内-外倒棱被设计为相同时，且在后续的工作周期中构造也保持相同。当长型材的两个端部具有不同的内-外倒棱时，则两个端部的材料切削是不同的，且包括所述材料量的比例。在后续的工作周期过之间，两次被切削的材料量的比例被控制稳定，为此，两次能量消耗具有稳定比例，或被控制为稳定的比例。
优选地，对加工的两个工具头进行如此调整，使得在两个端部切削最少的设计加工余量部。为此，在两个工具头之间这样加工长型材切割件，使得两个工具头的加工路径最小，所述加工路径为在加工时间段工具头被重置的路径长度。
优选地，所述方法是在长型材切割件的两个端部进行对称加工。这样操作两个工具头，使得当其中一个工具头的总能量消耗大于另一个工具头的总能量消耗时，另一个工具头的走刀与这个工具头相比要增大。以所述方式，在加工长型材切割件过程中，在工作周期内，已经进行了长型材切割件的两个端部的对称加工。
优选地，完整地实施长型材切割件的加工，比较两个工具头的总能量，且使用比较结果用于改变控制，特别是在加工下一个长型材切割件时，在下一个优选为紧随其后的工作周期内，修正两个工具头的走刀。
两个端部借助每个工具头进行加工，且工件缩短到加工长度，所述加工长度由两个工具头彼此之间对应的距离确定。
优选地，长型材切割件涉及管切割件，且在两个端部，分别磨出内倒棱和/或外倒棱和/或设计加工余量部。
附图说明
本发明将基于实施例在三幅图中进行描述。其中，示出了：
图1为管切割件和两个倒棱的侧视原理图，
图2为当角速度为常量时，随倒棱持续时间(Anfasdauer)变化的扭矩的图表，
图3为当角速度为常量时，随倒棱持续时间变化的能量的图表。
具体实施方式
图1示出了在未描述的夹具中夹紧的管切割件1。管切割件1以通过侧视图外部的矩形边界示出的具有实际长度为L1的形状被夹紧，和在实施加工方法过程中，图1中被切屑的用剖面线示出的区域2，及将管切割件1缩短到加工长度L2。
用管切割机将管切割为管切割件1。通过切割，管切割件1在其管切割件端部3和另一个管切割件端部3’具有尖锐的棱。通过切割管，形成实际长度L1的管切割件1，特别是锯开或者切开。在纵向L上，实际长度L1与管切割件1在其矩形轮廓的纵向延伸相匹配。在切割后，借助两个工具头(6、7)加工管切割件1，所述两个工具头同时且相反地围绕相同的旋转轴R旋转。每个工具头(6、7)将在每个管切割件端部(3、3’)加工出外倒棱(8、8’)、内倒棱(9、9’)和设计加工余量部(10、10’)。通过借助工具头(6、7)加工两个管切割件端部(3、3’)，使实际长度L1缩短至期望的并相对于实际长度L1较短的加工长度L2。通过预设工具头(6、7)之间的距离，在结束加工两个管切割件端部(3、3’)后，可达到所述加工长度L2。每个工具头(6、7)包括三个切板(11、12、13)或(11’、12’、13’)，其对应图1，通过工具头(6、7)的旋转运动，其对应在两个管端部(3、3’)上相应的外倒棱8、8’、内倒棱(9、9’)和设计加工余量部(10、10’)进行倒棱，且由此，从两个管切割件端部(3、3’)切削材料。
通过驱动每个工具头(6、7)，将在管切割件3或者另一管切割件3’上产生扭矩M(t)和另一扭矩M’(t)。参见图2，首先，当对应的工具头6与管切割件端部3之间没有接触时，作用在管切割件端部3上的扭矩M(t)为零。只有在时间点ta当工具头6与管切割件端部3开始接触时，扭矩M(t)在工具头6上发生作用。工具头6穿透进入管切割件端部3的材料越深，在三个切板(11、12、13)加工的管切割件端部3的表面越大，且相应地参见图2，作用的扭矩M(t)基本上呈线性增长。在时间点tb，通过倒棱，当管切割件端部3达到其期望的外轮廓时，即内-外倒棱(9、8)和设计加工余量部10达到期望的大小，扭矩M(t)不再改变。在时间点tb之后的进一步加工时间段中，通过工具头6加工的表面具有相同的大小，以至于从时间点tb开始，参见图2，扭矩M(t)保持恒定。从时间点tb开始，只是管切割件1的长度在缩短。
同样，适用于另一管切割件端部3’。上述描述相应地适用于另一扭矩M’(t)、另一内倒棱9’、另一外倒棱8’和另一设计加工余量部10’，其通过切板(11’、12’、13’)从另一管切割件端部3’切削材料进行加工。
问题是，要保持尽可能少切削材料。在外轮廓到达时间点tb之后，两个扭矩(M(t)、M’(t))不能提供参考点(Anhaltspunkt)，在纵向L或者在于纵向L的反向上，需要将工具头(6、7)推进各自的管切割件端部(3、3’)多深。
根据本发明，为了加工管切割件端部3，在到达加工时间点t时，计算总能量消耗E(t)。在图3中示出总能量消耗E(t)。其在整个加工时间段上持续改变，单调地上升。在到达加工时间点t时，总能量消耗E(t)与在到达加工时间点t时的切削的材料相关联。因为，同时对两个管切割件端部(3、3’)进行加工，计算到达加工时间点t时的总能量消耗E(t)和另一总能量消耗E’(t)。对比两个能量消耗(E(t)、E’(t))存在一个原则，即两个管切割件端部(3、3’)对称加工到何种程度，即从管切割件端部(3、3’)切削的材料相同的程度。目标是，在加工时间段结束时，尽可能从两个管切割件端部(3、3’)中切削相等的材料。
通过工具头6的范例，说明总能量E(t)的计算。类似地，所述计算可通过替换相应的在另一工具头7上的标记完成。
在不同的时间增量Δti，i＝1,…,n中，计算单次能量消耗E(Δti)。时间增量Δti可具有相同的长度或不同的长度。在同一实施例中，时间增量Δti具有相同的长度，Δti＝0.006秒。在时间增量Δti时间段，确定单次能量消耗E(Δti)，通过在此时间增量Δti时间段内，计算工具头6的扭矩M(ti)。在非常短的时间增量Δti时间段内，测量在时间点ti时的扭矩M(ti)。在时间增量Δti时间段扭矩M(ti)基本为常量。此外，对于扭矩M(ti)确定在时间增量Δti时间段内的在时间点ti的角速度ω(ti)。有关角速度ω(ti)还适用于，其在时间测量Δti时间段内基本为常量，且在时间点ti，在此还可随意地在短的时间增量Δti时间段内选择。
扭矩M(ti)可在发动机中或借助于在旋转的工具头6处的扭矩仪进行计算，由在各自时间点ti时的扭矩M(ti)及在时间点ti时的角速度ω(ti)，根据E(Δti)＝M(ti)*ω(ti)*Δti，计算在时间增量Δti时间段的单次能量消耗E(Δti)。
在时间点t时的总能量消耗E(t)，将通过单次能量消耗E(Δti)，根据求和得到，其中，即n次测量的扭矩M(ti)及角速度ω(ti)。因此，在到时间点t时需要的总能量消耗E(t)，与从管切割件端部3切削的材料量相关联。在总能量消耗E(t)与切削的材料量之间的关系可凭经验和/或通过数值分析确定。
同时，以类似的方式计算另一工具头7’的总能量消耗E’(t)。两个总能量消耗(E(t)、E’(t))相比较，且在彼此存在偏差时，相对于消耗更少总能量(E(t)、E’(t))的工具头(6、7)，减少消耗更多总能量(E(t)、E’(t))的工具头(6、7)的走刀，直到总能量消耗(E(t)、E’(t))再次均衡。为此，需要对两个工具头(6、7)进行电子监控，其与总能量消耗(E(t)、E’(t))的分析单元相关。
总切削的材料使得管切割件1由实际长度L1缩短到加工长度L2。
附图标记说明
1：管切割件
2：区域
3：管切割件端部
3’：管切割件端部
6：工具头
7：另一工具头
8：外倒棱
8’：另一外倒棱
9：内倒棱
9’：另一内倒棱
10：设计加工余量部
10’：另一设计加工余量部
11：切板
12：另一切板
13：切板
11’：另一切板
12’：另一切板
E(t)：总能量消耗
E(Δti)：单次能量消耗
E'(t)：另一总能量消耗
E'(Δti)：另一单次能量消耗
L：纵向
L1：实际长度
L2：加工长度
M(t)：扭矩
M'(t)：另一扭矩
M(ti)：在时间点ti时的扭矩
M'(ti)：在时间点ti时的另一扭矩
ω(ti)：在时间点ti时的角速度
ω'(ti)：在时间点ti时的另一角速度
R：旋转轴
t：时间点
ta：时间点
tb：时间点
ti：时间点
Δti：时间增量

Claims (9)

1.一种用于加工具有实际长度(L1)和第一及第二端部(3、3’)的长型材切割件(1)的方法，通过借助于第一或第二工具头(6、7)加工第一和第二端部(3、3’)，且在加工持续时间段，通过第一和第二旋转的工具头(6、7)连续切削材料，加工持续时间(t)划分为时间增量(Δti)，对于时间增量(Δti)分别测量工具头(6、7)的扭矩(M(ti)、M’(ti))，且以每个时间增量(Δti)计算与在时间增量(Δti)时间段被切削的单次材料量相关的单次能量消耗(E(Δti)、E’(Δti))，且从单次能量消耗(E(Δti)、E’(Δti))中计算与被切削的总材料量相关的第一和第二工具头(6、7)的总能量消耗(E(t)、E’(t))。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，所述两个总能量消耗(E(ti)、E’(ti))被调整为设定的比例。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，在每个时间增量Δti的时间段，测量所述工具头(6、7)的角速度(ω(ti)、ω‘(ti))，且由所述角速度(ω(ti)、ω‘(ti))和所述扭矩(M(ti)、M’(ti))及所述时间增量(Δti)的持续，计算在时间增量(Δti)的时间段内所述单次能量消耗(E(Δti)、E’(Δti))。
4.根据权利要求2或3所述的方法，
其特征在于，将每个所述工具头(6、7)的所述单次能量消耗(E(Δti)、E’(Δti))累加，确定每个工具头(6、7)的总能量消耗(E(t)、E’(t))。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，所述两个总能量消耗(E(t)、E’(t))被调整为相同。
6.根据权利要求1至5所述的方法，
其特征在于，在所述长型材切割件(1)的两个端部(3、3’)进行对称加工。
7.根据权利要求1至6所述的方法，
其特征在于，持续地确定所述第一和第二端部(3、3’)的被切削的材料量，且控制所述两个工具头(6、7)，使得当工具头(6)的总能量消耗E(t)大于另一工具头(7)的总能量消耗E’(t)时，另一工具头(7)的走刀与所述工具头(6)相比要增大。
8.根据权利要求1至7所述的方法，
其特征在于，分别确定所述每个工具头(6、7)在工作周期内的所述总能量消耗(E(t)、E’(t))，且在两个总能量消耗(E(t)、E’(t))彼此存在偏差的时候，在考虑所述工作周期的总能量消耗(E(t)、E’(t))的情况下，加工下一个工作周期的长型材切割件(1)，且减小总能量消耗(E(t)、E’(t))的差异。
9.根据权利要求1至8所述的方法，
其特征在于，所述长型材切割件为管切割件(1)，且在所述两个端部(3、3’)上分别切削出内倒棱(9、9’)和/或外倒棱(8、8’)和/或设计加工余量部(10、10’)。
CN201480046789.2A 2013-08-29 2014-08-27 用于调整在加工管切割件端部时的两个工具能量消耗的方法 Active CN105474113B (zh)

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