CN101758377A - 加工检测一体化复合型数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一类集零件加工检测功能为一体的复合型数控机床。主要结构包括数控机床机械本体、数控加工系统、复合型加工/检测软件系统、和复合型刀架测具系统(用于安装刀具和测具)。通过改造传统的数控机床机械机构并结合自动测量系统机构使得该复合型数控机床具有数控加工和在线检测的功能，真正实现计算机辅助制造(CAM)和计算机辅助检测(CAI)于一体的新型现代制造技术。本发明的优点在于通过对传统数加工控机床的主体结构的重新设计，使之实现加工/在线检测一体化的功能，从而既减小了配置检测设备的投入成本，又实现了一次装夹即可完成零件加工和检测的全套工序，并且极大地提高了产品生产和检测的效率，对产品质量的保证更可靠稳定。

Description

加工检测一体化复合型数控机床

(1)技术领域：

本发明涉及一类集加工检测为一体的复合型数控机床。本机床在功能上有别于其他加工类的复合机床，主要实现了加工和检测两个不同领域的复合，而目前的复合型机床一般是指加工工艺的复合如铣削和镗削等。该技术横跨机械零件加工和零件尺寸检验领域，该技术的普及应用将极大地改善数控机床的零件加工精度、效率，降低零件的加工成本，并确保产品的检验质量。

(2)技术背景：

目前数控加工机床在对零件的在机检测方面尚处于空白，零件的加工和检测采用不同的数控机床，加工和检测工艺处于分离的状态。要实现对零件的质量检测则必须将零件放置于专用的检测仪器上进行，而这种方法一方面需要对零件进行二次装夹，这样不仅增加了加工和检测之间的零件装卡工作量，降低或影响零件的测量精度；另一方面检测机床又需要制作专用的夹具以便于测量。另外，测量设备价格也比较高昂，甚至是加工机床的几倍。在这种背景下，我们提出将加工和检测功能集成到一台数控机床中，在仅增加少量成本投入的情况下即可实现零件的加工/在机检测两种功能。

(3)发明内容：

本发明旨在解决现有各类数控加工机床无法实现在机检测的问题。通过将各种数控加工机床增加在机检测手段，实现对零件加工/检测一体化的复合功能。

本发明是这样实现的：首先通过改造数控加工机床的检测元件，在一些关键部位加上高精度的位置检测元件。一方面提高加工过程中刀具或零件运动的定位精度，另一方面可作为零件检测的参考尺度。其次对刀架进行改造或重新设计，以满足安装测具的需要，对于不同的机床需要不同刀架系统，有些刀架系统甚至还需配置驱动装置以驱动测具进行检测。最后对数控加工机床的控制系统进行改造，即在原有的控制系统中加入检测系统，通过对刀具的控制的同时实现对测具的控制。该机床的加工检测流程是，第一步导入CAD模型启动加工程序，完成零件加工，第二步启动测量软件并导入CAD模型和DMIS测量程序，根据DMIS程序生成CAM和测量的合并代码以驱动测具进行测量。第三步返回测量数据到测量软件中进行数据处理和公差分析，生成数据报表。

本发明的优点在于利用数控加工机床原有的机械结构，进行适当的系统改进后使得机床本身同时具有加工/检测两种功能。该机床不仅能够提高加工精度，而且能够在机检测出零件的尺寸误差，以判定被加工的零件精度是否复合设计要求。既节省了购置测量设备的费用，又节约了因零件装卸、运输、保管等人力资源的开支。

(4)附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明设备的结构框图。

(5)具体实施方式：

对于本发明之工作原理和结构以及加工/检测一体化复合型数控机床的实施方式，下面以铣削/检测和车削/检测为例并结合图1进行详细说明：

1.车削/检测复合型数控机床：目前的数控车床的主要部件是主轴系统，进给系统和控制系统等，数控车床之所以能够实现数控，主要是依赖于数字运动控制和位置反馈。然而作为加工机床其位置反馈系统的精度显然达不到测量设备的要求，因此在本发明中首先要对反馈系统进行改进，使其达到检测设备的要求，并让整个进給系统和主轴系统形成全闭环运动以满足检测要求。

由于测量需要专用的测具，所以必须能够将测具装夹到刀架上，通过刀架的运动带动测具进行测量。同时在加工过程中为了避免测具受到冷却液(油)的污染和切屑的撞击，需要给测具加上保护装置，必要时需通过机器人将测具移至安全区域，因此复合型刀架系统也是本发明的重要组成部分。

加工检测一体化复合型数控机床的核心是其数控系统和测量软件部分，由于添加测量功能，所以致使本发明之机床的工作流程不同于一般的数控加工机床，其数控系统也不同于一般数控加工机床的数控系统，该机床之数控系统不仅要控制刀具和零件的运动，而且还能够控制测具的运动，并能根据测具的触发信号控制测具回退和规避碰撞等。其工作流程如图1所示，首先启动CAM加程序，导入零件模型生成的CAM加工代码并执行加工程序。在加工的同时可以启动测量软件，导入零件CAD模型，然后根据CAD模型针对指定的检测元素生成DMIS或非DMIS测量程序，然后将DMIS或非DMIS测量程序翻译或转换为数控机床可以执行的G代码，并与CAM软件生成的加工代码统一或合并，等零件加工完成后执行自动检测程序，返回测量数据并进行公差分析和数据处理，生成数据报表，从而判定被加工的零件是否检验合格。

2.铣削/检测复合型数控机床：由于铣床的结构特征与坐标测量机的结构特征非常的类似，因此加工/检测一体化复合型数控铣床的主体结构与传统的数控铣床没有太大的变化，但复合型铣削/检测的光栅尺及相关的精度系统采用高精度三坐标测量机使用的位置检测元器件。

铣削/检测复合型数控机床的刀架/测具系统与第一种实施方式类似，需要对刀架和测具系统进行重新设计。该系统设计的要点包括三个方面，一是要能够方便地安装测具，二要能够保护测具在加工和测量过程中不受到损坏，三要保证在测量过程中刀具不会与工件发生干涉。如有需要应通过机器人来切换刀具和测具，以便保护测具和防止刀具对测量的影响。

其数控加工和测量软件系统的实施方式与上述加工检测一体化复合型数控车床相似，工作流程也可参考图1。此处不再详述。

对于其他各类数控机床，也可仿照上述两种机床的实施方式，此处也不再赘述。

Claims (5)

1.加工检测一体化复合型数控机床，其特征在于将传统的相互独立的机械加工工艺(如车、铣、刨、磨、钻、镗等)和检测工艺集成到一台机床上，因此我们申请保护的范围是所有这类加工/检测一体化的复合型数控机床。

2.按权利要求1所述的复合型数控机床，其特征在于复合型的数控加工/检测一体化的机械结构系统。该机械结构系统包括对原有机床的传动结构的改进和机床定位系统的改进(如对原有开放型的运动部件加以精确定位和位置反馈)，以满足在检测过程中控制测具自动运行和对被加工零件进行精确定位。

3.按权利要求1所述的复合型数控机床，其特征在于多功能复合型计算机辅助加工/检测的软件系统。该软件系统包括计算机辅加工和检测两个方面的应用软件。计算机辅加工(CAM)软件一般是基于计算机辅助设计(CAD)模型，将零件的加工过程生成为数控加工机床可以执行的G代码。

基于计算机辅助设计(CAD)模型的DMIS(尺寸测量接口国际标准)或非DMIS测量软件系统，CAM代码生成系统，DMIS/CAM代码转换合并系统。在加工检测过程中，先按CAD模型生成CAM加工代码并执行加工程序；然后根据CAD模型针对指定的检测元素生成DMIS程序，再进行DMIS代码到CAM代码的转换合并，最后执行检测并获取零件的误差数据。

4.按权利要求1所述的复合型数控机床，其特征在于复合型刀架/测具系统(用于安装刀具和测具)，对于普通加工机床其刀架上一般只能安装用于加工用的刀具，却无法安装用于检测的测具。然而加工/检测一体化复合型数控机床要求机床不但能够实现加工功能而且还要具备检测功能，而检测又必须使用专用的测具，所以在这种要求下我们设计了能够安装刀具和测具的复合型刀架/测具系统。该系统可以根据CNC控制指令自动切换所需的刀具或测具，同时该刀架/测具系统还具备相应的自动运动控制功能。

5.按上述权利1，2，3，4方法或结构所做的任何组合所形成的新的加工/检测复合型数控机床，无论其名称如何改变，均属于本发明的权利保护范围之内。

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