本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种智能化金属切削装备。
背景技术：
金属切削加工是用刀具从工件上切除多余材料，从而获得形状、尺寸精度及表面质量等合乎要求的零件的加工过程。金属切削装备是用切削、磨削或特种加工方法加工各种金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的装备。但是现有的金属切削装备在工作时，由于切削工具和金属材料之间产生较大的冲击力而经常出现装备抖动的情况，还有在切削装备工作时会有铁屑产生，有时会对现场环境造成一定的污染和损害，同时金属切削装备对工作温度的要求较高，现有的金属切削装备都要受温度的限制，如何对金属切削装备及金属工件及时降温，等等，这些都是需要解决的问题。此外，现有的金属切削装备多采用切削装置在x轴和y轴方向上运动而金属工件固定的方式，这种方式在切削过程中使得装备的整体震动较大，切削过程中的准确度和精密度不高。并且这种切削装备在配备刀库系统时，需要将切削装置移动至特定位置才能进行刀具的更换，动作缓慢且操作复杂，导致切削装备的整体性能不尽理想。
技术实现要素：
有鉴于此，有必要针对现有技术存在的问题，提供一种智能化金属切削装备。本发明的技术方案为：
一种智能化金属切削装备，包括：装备本体，所述装备本体上安装有人字形立柱，所述人字形立柱上设有切削装置，所述切削装置包括主轴和与所述主轴相连的切削电机，所述主轴下方可拆卸连接切削刀具；所述切削装置可以沿所述人字形立柱上下运动；所述切削装置正下方为设置在所述装备本体上的工作台，所述工作台可沿所述装备本体的上平面前后左右运动；所述切削装置一侧设有冷却装置，所述冷却装置用于对切削区域进行快速降温；
所述切削装备还包括控制柜，所述控制柜内设有plc控制器，所述plc控制器用于接收来自上位机的数据信息和控制指令，并根据所述数据信息和控制指令向切削装备的各个驱动机构发送动作指令以加工形成所需要的金属工件。
优选的，所述人字形立柱的张开角度为45～90°。
进一步的，所述人字形立柱上安装有z轴滚珠丝杠，所述z轴滚珠丝杠连接用于驱动所述z轴滚珠丝杠运动的电机，所述z轴滚珠丝杠和所述切削装置相连，所述z轴滚珠丝杠用于驱动所述切削装置沿设置在所述人字形立柱上的z轴导轨上下运动。
进一步的，所述工作台底部设有滑轮，所述滑轮下方设有安装板，所述安装板上设有x轴导轨，所述工作台连接x轴滚珠丝杠，所述x轴滚珠丝杠连接用于驱动所述x轴滚珠丝杠运动的电机，所述x轴滚珠丝杠用于驱动所述工作台沿设置在所述安装板上的x轴导轨前后运动。
进一步的，所述安装板底部设有滑轮，所述安装板连接y轴滚珠丝杠，所述y轴滚珠丝杠连接用于驱动所述y轴滚珠丝杠运动的电机，所述y轴滚珠丝杠用于驱动所述安装板沿设置在所述装备本体上平面的y轴导轨左右运动。
优选的，所述冷却装置包括并排设置的两个水冷喷头和一个气冷喷头，所述水冷喷头和所述气冷喷头分别通过管道连接水源和气源，并且水冷和气冷管道上都设有电磁阀，所述电磁阀均和所述plc控制器相连。
进一步的，所述水冷喷头和所述气冷喷头均为万向喷头。
可选的，所述工作台上设有多条t型槽，所述t型槽用于固定金属工件。
优选的，所述工作台上按照矩阵排列方式均布有相同尺寸的插孔，所述插孔用于固定金属工件，以增强切削过程的稳定性和金属工件切削的准确度、精密度。
可选的，所述人字形立柱顶部设有电缆线保护拖链。
进一步的，所述人字形立柱上位于所述切削装置另一侧还设有刀库系统，所述刀库系统包括圆盘刀库和设置在所述圆盘刀库底部的自动换刀系统，所述圆盘刀库和所述自动换刀系统均与所述plc控制器相连。
进一步的，所述切削装备还包括防护罩，所述防护罩围绕所述装备本体设置，并且所述防护罩的高度高于所述切削装置的最大上升高度；所述防护罩正对所述切削装置的一面设有对开的平移式防护门，所述防护门上设有开关控制器，所述开关控制器和所述plc控制器连接，以实现所述防护门的自动控制开关；所述防护罩上还设有观察窗。
本发明还提供一种智能化金属切削方法，是采用上述切削装备，包括以下步骤：
将金属工件固定在工作台上；
调整切削装置的高度以及工作台的位置；
开启切削装置对金属工件进行切削操作，切削过程中开启冷却装置对切削区域进行快速降温；
切削完毕，取出金属工件。
本发明的技术效果为：本发明的切削装备通过plc控制器可以实现切削装备的自动加工过程，比如：操作人员通过图形设计软件设计好金属加工图形并通过上位机转换成识别码，通过有线网络发送给plc控制器，plc控制器将识别码编译成识别语言通过以太网分别发送至上下、左右、前后驱动电机来控制金属工件的位置，切削电机控制切削头对金属工件的特定部位进行切削，进而实现金属工件加工的智能化控制过程。本发明还通过设置冷却装置和人字形立柱，其中冷却装置可以对切削区域进行快速降温，人字形立柱可以提升装备整体的刚性，进而提升装备在大量切削过程中的整体稳定性，此外，人字形立柱的设置，较比现有的一字形立柱，在同样切深的情况下，装备的震动更小。总之，本发明能够实现金属工件的自动化精密加工，提高了工作效率，减少了出错的机率。
附图说明
图1为本发明的智能化金属切削装备的结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为图1的右视图。
图4为图1的主视图。
图5为图1的后视图。
图6为本发明的切削装备的孔系工作台的结构示意图。
图7为本发明的切削装备的t型槽工作台的结构示意图。
图8为t型槽工作台配合一种常规夹具的结构示意图。
图9为图8的俯视图。
图10为图6的工作台固定金属工件的模拟实物图。
图11为本发明实施例2中获得的产品实物图。
图12为本发明实施例2中现有市售金属切削装备获得的同一产品实物图。
图13为本发明实施例2中现有市售金属切削装备与本发明的切削装备加工的产品对比图，其中(1)为现有切削装备加工；(2)为本发明加工。
图1～10中，1-装备本体，2-人字形立柱，3-主轴，4-切削电机，5-刀具，6-孔系工作台，7-控制柜，8-y轴滚珠丝杠，9-y轴滚珠丝杠电机，10-y轴导轨，11-安装板，12-x轴滚珠丝杠，13-x轴滚珠丝杠电机，14-z轴滚珠丝杠，15-z轴滚珠丝杠电机，16-z轴导轨，17-水冷喷头，18-气冷喷头，19-孔系工作台插孔，20-电缆线保护拖链，21-刀库系统，22-圆盘刀库，23-自动换刀系统，24-防护罩，25-防护门，26-观察窗，27-切削装置连接座，28-t型槽工作台，29-x轴导轨，30-t型槽，31-压板，32-键块，33-等高块，34-螺杆，35-螺母，36-刀库电机，37-t型槽工作台底部滑轮。
具体实施方式
本发明具体实施例中采用的夹具、压板购自北京蓝新特公司。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语‘上’、‘下’、‘左’、‘右’、‘前’、‘后’等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语‘安装’、‘相连’、‘连接’应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
如图1～5所示，本发明具体实施例提供一种智能化金属切削装备的结构示意图，包括：装备本体1，所述装备本体1上安装有人字形立柱2，所述人字形立柱2上设有切削装置，所述切削装置正下方为设置在所述装备本体1上的孔系工作台6。所述切削装置一侧设有冷却装置，所述冷却装置用于对切削区域进行快速降温。所述冷却装置随着所述切削装置移动，以保证对切削刀具及切削区域的降温效果。所述切削装置另一侧设有刀库系统21。
所述切削装备还包括控制柜7，所述控制柜7内设有plc控制器，所述plc控制器用于接收来自上位机的数据信息和控制指令，并根据所述数据信息和控制指令向切削装备的各个驱动机构发送动作指令以加工形成所需要的金属工件。所述上位机安装有图形设计软件，所述数据信息主要为金属工件的图形数据。plc控制器和上位机通过有限网络连接。
所述人字形立柱2的张开角度为45～90°，在本实施例中，人字形立柱2的张开角度具体为45°。现有切削机床基本都是一字形立柱，本实施例将立柱设计成人字形结构，使得切削装备整体的刚性提高，更加稳固，在实际运作过程中，主轴箱在承受侧向进给时受力更加稳定，装备整体震动也大幅度降低。
所述切削装置包括主轴和与所述主轴相连的切削电机4，所述主轴下方可拆卸连接切削刀具5，在切削过程中如果涉及到更换切削刀具5的情况，通过plc控制器控制刀库系统21实现刀具5的自动更换过程。所述切削装置可以沿所述人字形立柱2上下运动，具体为：所述人字形立柱2上安装有z轴滚珠丝杠14，所述z轴滚珠丝杠14连接用于驱动所述z轴滚珠丝杠14运动的电机15，所述z轴滚珠丝杠14和所述切削装置通过连接座27相连，即所述切削装置的主轴箱固定在所述连接座27上，所述主轴箱内设置主轴3，所述主轴3上端连接切削电机4，下端连接刀具5，所述切削电机4固定在主轴箱上；所述连接座27与所述z轴滚珠丝杠14连接，并且所述连接座27可在z轴滚珠丝杠14的驱动下沿着设置在人字形立柱2上的z轴导轨16上下运动。
如图6所示，在本实施例中，所述孔系工作台6的尺寸为1m×0.5m，其上按照矩阵排列方式均布有相同尺寸的插孔19，底部设有滑轮，所述插孔19配合平口钳(如虎钳)、压板、夹具进行金属工件的紧固，可以满足任意形状零部件的点、线、面、孔、弧、圆的定位要求，调整环节少，保持性好，进一步增强切削过程的稳定性和金属工件切削的准确度、精密度。本实施例的孔系工作台在使用时：先通过夹具定位在工作台上，可根据金属工件的形状调整夹具摆放位置，在确定大概位置后，再夹紧工件，或通过压板固定工件。整个装夹时间更短，更便捷，多种类工件在使用该孔系工作台后更加高效。对各种形状的零件都能起到更好的稳固作用，大大缩短了各种异性零件的装夹要求。图10为采用该智能化金属切削装备实际生产的一系列金属工件的模拟实物图，采用的都是孔系工作台6。
此外，还可选用如图7～9所示的t型槽工作台28，所述t型槽工作台28上设有多条t型槽30，底部设有滑轮，图8和9中还显示一种可以和t型槽工作台配合使用的夹具，包括压板31、键块32、等高块33以及螺杆34和螺母35。这种工作台及其夹具一般是针对结构比较规整的待加工工件，将构件放在工作台上，用等高块压33紧后，再将等高块通过压板31、键块32、螺杆34、螺母35固定在工作台28上即可实现工件的紧固，通过键块32和螺杆34在t型槽中的定位就能决定金属工件在工作台上的准确位置。但这种t型槽工作台对于一些异形零件的装夹存在难度，可以适用于结构相对简单的金属工件固定。
孔系工作台6或者t型槽工作台28均可沿所述装备本体1的上平面前后左右运动，具体为：在安装工作台到装备本体1上时，在工作台的底部先设置安装板11，所述安装板11上设有x轴导轨29，所述工作台连接x轴滚珠丝杠12，所述x轴滚珠丝杠12连接用于驱动所述x轴滚珠丝杠12运动的电机13，所述x轴滚珠丝杠12连接所述工作台6，所述x轴滚珠丝杠12用于驱动所述工作台6沿设置在所述安装板11上的x轴导轨29前后运动。并且，所述装备本体1上设有y轴滚珠丝杠8，所述y轴滚珠丝杠8连接用于驱动所述y轴滚珠丝杠8运动的电机9，所述y轴滚珠丝杠8连接所述安装板11，所述安装板11底部设有滑轮，所述y轴滚珠丝杠8用于驱动所述安装板11沿设置在所述装备本体1上平面的y轴导轨10左右运动。
在本实施例中，所述冷却装置包括并排设置的两个水冷喷头17和一个气冷喷头18，所述水冷喷头17和所述气冷喷头18均为万向喷头，气冷喷头18位于两个水冷喷头17之间，并且所述水冷喷头17和所述气冷喷头18与刀具的水平距离在5cm内，三个喷头与刀具刀尖的垂直距离在5cm内，以充分保证对刀尖区域的冷却效果，所述水冷喷头17和所述气冷喷头18分别通过管道连接水源和气源(图中未显示)。所述水冷和气冷管道上都设有电磁阀(图中未显示)，所述电磁阀均和所述plc控制器相连，通过plc控制器实现金属工件切削过程中对切削区域的自动降温，通过在plc控制器上进行参数设定，可以实现水冷和气冷的单独启闭、交替启闭等多个控制程序。
在本实施例中，采用的刀库系统21包括圆盘式刀库22、刀库电机36、设置在所述圆盘式刀库22底部的自动换刀系统23，所述圆盘式刀库22和所述自动换刀系统23均与所述plc控制器相连，其中自动换刀系统23采用的为电气式凸轮机构。由于圆盘式刀库22和自动换刀系统23均为本领域的常规结构，这里不做详细描述。在本实施例中，是通过组装方式将圆盘式刀库22和自动换刀系统23组装到切削装备上，并且所述刀库系统21固定在所述主轴箱3一侧，可以随着所述切削装置一起上下运动，灵活、快速且准确实现金属工件切削过程中刀具更换程序。
在本实施例中，为了更好的收纳各种电缆线，所述人字形立柱2顶部设有倒“u”型结构的电缆线保护拖链20，所述拖链20包括多个单元链接组成，并且每个单元可以拆卸，便于电缆线的维护，该拖链能够对切削装备的各种电机电缆、装备主电缆等起到牵引和保护作用。
此外，所述切削装备还包括矩形防护罩24，如图1～5中灰色线条表示的部分，所述矩形防护罩24围绕所述装备本体1设置，并且所述防护罩24的高度高于所述切削装置的最大上升高度；所述防护罩24正对所述切削装置的一面设有对开的平移式防护门25，所述防护门25上设有开关控制器，所述开关控制器和所述plc控制器连接，以实现防护门的自动控制开关；所述防护罩24上还设有观察窗26，以方便对金属工件加工过程的人工实时观察。当然，也可以在切削装备的工作区域装设监控设备，监控设备和所述plc控制器连接，从而实现监控视频实时传送到上位机中，来提升实时观察效率。
实施例2
采用实施例1的切削装备将一长方体结构的金属工件切削成如图11所示的结构，具体切削过程包括：
(1)用夹具或虎钳将工件夹住，通过百分表或千分表装置对工件进行三个方向的找正，找正后通过夹具或虎钳对工件进行锁紧。
(2)对切削刀具、切削刀具距离切削加工面等参数进行设置，并在系统内相对应的多个刀具进行补偿。
(3)通过上位机将加工代码导入plc控制器，校核代码正误，无误后可试切，在切削过程中必须保证冷却液充足，时刻对刀尖部位进行冷却，以确保加工表面质量。
(4)调整切削装置的高度以及工作台的位置，开启切削装置对金属工件进行切削操作，切削过程中开启冷却装置对切削区域进行快速降温；切削完毕，取出金属工件。所获得的金属工件的实物如图11所示。
在设计本发明的金属切削装备之前，采用的是市售型号为vdm850e，的传统金属切削装备，获得的同一产品的实物如图12所示，从图12中可以看出，传统金属切削装备获得的工件上出现一系列明暗纹，这些明暗纹垂直于刀具路径方向。此外，图13还给出采用现有金属切削装备和本发明的切削装备对图11中i处的刀纹测试结果，现有装备获得的工件上刀纹模糊且不规整，并且有明显的表面灼伤，相比之下，本发明获得的工件上刀纹清楚而规整。很显然，本发明的技术切削装备使得工件的切削准确度和精密度大大提升，加工完毕的金属工件质量更好。
综上，本发明的切削装备通过plc控制器可以实现切削装备的智能化加工过程；通过设置冷却装置和人字形立柱，其中冷却装置可以对切削区域进行快速降温，人字形立柱还可以提升装备整体的刚性，进而提升装备在大量切削过程中的整体稳定性，此外，人字形立柱的设置，较比现有的一字形立柱，在同样切深的情况下，装备的震动更小，孔系工作台或者t型槽工作台的设计使得工件能够更紧密且稳固地固定在工作台上，较比现有的平板式工作台装夹稳固性大大提高。总之，本发明能够实现金属工件的自动化精密加工，提高了工作效率，减少了出错的机率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
1.一种智能化金属切削装备，其特征在于：包括：装备本体，所述装备本体上安装有人字形立柱，所述人字形立柱上设有切削装置，所述切削装置包括主轴和与所述主轴相连的切削电机，所述主轴下方可拆卸连接切削刀具；所述切削装置可以沿所述人字形立柱上下运动；所述切削装置正下方为设置在所述装备本体上的工作台，所述工作台可沿所述装备本体的上平面前后左右运动；所述切削装置一侧设有冷却装置，所述冷却装置用于对切削区域进行快速降温；
所述切削装备还包括控制柜，所述控制柜内设有plc控制器，所述plc控制器用于接收来自上位机的数据信息和控制指令，并根据所述数据信息和控制指令向切削装备的各个驱动机构发送动作指令以加工形成所需要的金属工件。
2.根据权利要求1所述的一种智能化金属切削装备，其特征在于：所述人字形立柱的张开角度为45～90°。
3.根据权利要求1所述的一种智能化金属切削装备，其特征在于：所述人字形立柱上安装有z轴滚珠丝杠，所述z轴滚珠丝杠连接用于驱动所述z轴滚珠丝杠运动的电机，所述z轴滚珠丝杠和所述切削装置相连，所述z轴滚珠丝杠用于驱动所述切削装置沿设置在所述人字形立柱上的z轴导轨上下运动。
4.根据权利要求1所述的一种智能化金属切削装备，其特征在于：所述工作台底部设有滑轮，所述滑轮下方设有安装板，所述安装板上设有x轴导轨，所述工作台连接x轴滚珠丝杠，所述x轴滚珠丝杠连接用于驱动所述x轴滚珠丝杠运动的电机，所述x轴滚珠丝杠用于驱动所述工作台沿设置在所述安装板上的x轴导轨前后运动。
5.根据权利要求4所述的一种智能化金属切削装备，其特征在于：所述安装板底部设有滑轮，所述安装板连接y轴滚珠丝杠，所述y轴滚珠丝杠连接用于驱动所述y轴滚珠丝杠运动的电机，所述y轴滚珠丝杠用于驱动所述安装板沿设置在所述装备本体上平面的y轴导轨左右运动。
6.根据权利要求1所述的一种智能化金属切削装备，其特征在于：所述冷却装置包括并排设置的两个水冷喷头和一个气冷喷头，所述水冷喷头和所述气冷喷头分别通过管道连接水源和气源，并且水冷和气冷管道上都设有电磁阀，所述电磁阀均和所述plc控制器相连。
7.根据权利要求1所述的一种智能化金属切削装备，其特征在于：所述工作台上按照矩阵排列方式均布有相同尺寸的插孔，所述插孔用于固定金属工件，以增强切削过程的稳定性和金属工件切削的准确度、精密度。
8.根据权利要求1所述的一种智能化金属切削装备，其特征在于：所述人字形立柱顶部设有电缆线保护拖链。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种智能化金属切削装备，其特征在于：所述切削装备还包括防护罩，所述防护罩围绕所述装备本体设置，并且所述防护罩的高度高于所述切削装置的最大上升高度；所述防护罩正对所述切削装置的一面设有对开的平移式防护门，所述防护门上设有开关控制器，所述开关控制器和所述plc控制器连接，以实现所述防护门的自动控制开关；所述防护罩上还设有观察窗。
10.一种智能化金属切削方法，其特征在于：是采用权利要求1～9任意一项所述的装备，该方法包括以下步骤：
将金属工件固定在工作台上；
调整切削装置的高度以及工作台的位置；
开启切削装置对金属工件进行切削操作，切削过程中开启冷却装置对切削区域进行快速降温；
切削完毕，取出金属工件。
技术总结