CN102922369B - 多z轴数控机床的z向主轴轮动驱动配置方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法，该方法的步骤主要包括：通过多轴数控控制卡驱动与基准轴相对应的主轴换刀气缸使该基准轴低速下降，并采用固定对刀仪对该基准轴进行对刀，记录该基准轴上的刀具刀尖触发对刀到位信号时的Z向对刀机械坐标值jZ1及此时基准轴对应的X向机械坐标值jX1和Y向机械坐标值jY1，将jX1、jY1和jZ1作为该基准轴的工件原点值，通过多轴数控控制卡驱动与基准轴相对应的主轴换刀气缸使该基准轴回退至刀具固定安全点。本发明可实现多个Z向主轴在一个工件上轮流加工，完成同一工件的不同工序，节省换刀时间，从而提高加工的精度和效率。

Description

多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法及其系统

技术领域

 本发明涉及一种多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法及其系统，属于数控机床多轴加工技术领域。

背景技术

目前，在现有数控技术中，最常用的是XYZ三轴联动数控系统，对于某些工件，比如工艺木门，往往需要一次装夹，采用多把成型刀具轮动加工完成，每工序只用其中一把刀具加工，需要分别对每把刀具进行对刀，非常麻烦，对数控机床的加工精度和效率都有一定影响，因此，需要设计一种多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法及其系统，以提高其加工的精度和效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可实现多个Z向主轴在一个工件上轮流加工，完成同一工件的不同工序，节省换刀时间，从而提高加工的精度和效率的多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法。

为了解决上述技术问题，本发明的多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法的技术方案是：一种多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法，该方法的步骤如下：

1）以其中一个Z向主轴作为基准轴，测量其他Z向主轴上刀具刀尖在X向上相对基准轴的偏置距离hX2，hX3……hXn以及在Y向上相对基准轴的偏置距离hY2，hY3……hYn；

2）进行机械回零操作，机械坐标自动置零；

3）设定刀具固定安全点，通过多轴数控控制卡驱动各主轴换刀气缸控制Z向主轴到达刀具固定安全点；

4）通过多轴数控控制卡驱动与基准轴相对应的主轴换刀气缸使该基准轴低速下降，并采用固定对刀仪对该基准轴进行对刀，记录该基准轴上的刀具刀尖触发对刀到位信号时的Z向对刀机械坐标值jZ1及此时基准轴对应的X向机械坐标值jX1和Y向机械坐标值jY1，将jX1、jY1和jZ1作为该基准轴的工件原点值，通过多轴数控控制卡驱动与基准轴相对应的主轴换刀气缸使该基准轴回退至刀具固定安全点；

5）根据步骤1）中测量的其他Z向主轴在X向上相对基准轴的偏置距离hX2，hX3……hXn以及在Y向上相对基准轴的偏置距离hY2，hY3……hYn，通过多轴数控控制卡移动主轴支撑元件和工件装夹元件，分别使其他Z向主轴上刀具刀尖的X向机械坐标值为jX1和Y向机械坐标值为jY1，并分别对其他Z向主轴采用步骤4）的方式，记录其他Z向主轴的Z向对刀机械坐标值jZ2，jZ3……jZn，将jXm、jYm和jZm作为其他Z向主轴的工件原点值，其中，其他Z向主轴的工件原点值jXm、jYm是根据基准轴的工件原点jX1、jY1值以及其他Z向主轴相对基准轴在X、Y向上的偏置距离hXn、hYn自动计算获取，jZm为该Z向主轴对应的Z向对刀机械坐标值jZ2，jZ3……jZn，对刀完毕。

本发明还提供了一种多Z轴数控机床的轮动驱动系统，该轮动驱动系统的技术方案是：一种多Z轴数控机床的轮动驱动系统，包括用于支撑工件的工件装夹元件；驱动工件装夹元件Y向移动的Y向驱动元件；多个用于装设刀具的Z向主轴；用于支撑各Z向主轴的主轴支撑元件；用于驱动主轴支撑元件X向移动的X向驱动元件，还包括：

与机械回零位置相对应的零点开关；驱动主轴支撑元件Z向移动的Z向驱动元件；驱动各Z向主轴Z向移动的主轴换刀气缸，并且每个Z向主轴对应一个主轴换刀气缸，各主轴换刀气缸也安装在主轴支撑元件上；用于对各Z向主轴上刀具对刀的固定对刀仪；

多轴数控控制卡，多轴数控控制卡分别与X向驱动元件和Y向驱动元件连接，多个主轴换刀气缸分别通过气缸升降开关与多轴数控控制卡连接；用于对多轴数控控制卡人机操作的计算机。

采用了上述技术方案后，可以实现多Z轴在一个工件上的轮动加工，完成同一工件的不同工序加工，节省换刀时间，从而提高加工的精度和效率，因换工序换刀后，可以保证刀具加工点处于同一个位置，也就是切换后的刀具在其自身工件坐标系中工件坐标值不变，这样能在同一工件上完成不同工序的加工，轮动驱动换刀时只需移动后续工序刀具到前序刀具加工点，省略常规的换刀夹持操作，节省换刀时间，从而提高加工的精度和效率。

附图说明

图1为本发明的多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法的换刀步骤流程图；

图2为本发明的多Z轴数控机床的轮动驱动系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，

如图1所示，一种多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法，该方法的步骤如下：

1）以其中一个Z向主轴3作为基准轴，测量其他Z向主轴3上刀具刀尖在X向上相对基准轴的偏置距离hX2，hX3……hXn以及在Y向上相对基准轴的偏置距离hY2，hY3……hYn；

2）进行机械回零操作，机械坐标自动置零；

3）设定刀具固定安全点，通过多轴数控控制卡8驱动各主轴换刀气缸7控制Z向主轴3到达刀具固定安全点；

4）通过多轴数控控制卡8驱动与基准轴相对应的主轴换刀气缸7使该基准轴低速下降，并采用固定对刀仪对该基准轴进行对刀，记录该基准轴上的刀具刀尖触发对刀到位信号时的Z向对刀机械坐标值jZ1及此时基准轴对应的X向机械坐标值jX1和Y向机械坐标值jY1，将jX1、jY1和jZ1作为该基准轴的工件原点值，通过多轴数控控制卡8驱动与基准轴相对应的主轴换刀气缸7使该基准轴回退至刀具固定安全点；

5）根据步骤1）中测量的其他Z向主轴3在X向上相对基准轴的偏置距离hX2，hX3……hXn以及在Y向上相对基准轴的偏置距离hY2，hY3……hYn，通过多轴数控控制卡8移动主轴支撑元件4和工件装夹元件1，分别使其他Z向主轴3上刀具刀尖的X向机械坐标值为jX1和Y向机械坐标值为jY1，并分别对其他Z向主轴采用步骤4）的方式，记录其他Z向主轴3的Z向对刀机械坐标值jZ2，jZ3……jZn，将jXm、jYm和jZm作为其他Z向主轴3的工件原点值，其中，其他Z向主轴3的工件原点值jXm、jYm是根据基准轴的工件原点jX1、jY1值以及其他Z向主轴3相对基准轴在X、Y向上的偏置距离hXn、hYn自动计算获取，jZm为该Z向主轴3对应的Z向对刀机械坐标值jZ2，jZ3……jZn，对刀完毕。

如图2所示，一种多Z轴数控机床的轮动驱动系统，包括用于支撑工件的工件装夹元件1；驱动工件装夹元件1Y向移动的Y向驱动元件2；多个用于装设刀具的Z向主轴3；用于支撑各Z向主轴3的主轴支撑元件4；用于驱动主轴支撑元件4X向移动的X向驱动元件5，还包括：与机械回零位置相对应的零点开关；驱动主轴支撑元件4Z向移动的Z向驱动元件6；驱动各Z向主轴3Z向移动的主轴换刀气缸7，并且每个Z向主轴3对应一个主轴换刀气缸7，各主轴换刀气缸7也安装在主轴支撑元件4上；用于对各Z向主轴3上刀具对刀的固定对刀仪；多轴数控控制卡8，多轴数控控制卡8分别与X向驱动元件5和Y向驱动元件2连接，多个主轴换刀气缸7分别通过气缸升降开关9与多轴数控控制卡8连接；用于对多轴数控控制卡8人机操作的计算机10。

多轴数控控制卡8是通过各气缸升降开关9的通断来控制主轴换刀气缸7的启停，从而控制各Z向主轴3的运转。

主轴支撑元件4可在Z向上上下移动，只用一个Z向驱动元件6运动，通过主轴换刀气缸7选择其中一个Z向主轴3进行加工，在某一时刻只有一个Z向主轴3加工，这样可以实现多Z向主轴3在一个工件上的轮动加工，即使同一工件不同工序，机床加工代码也是以同一套工件坐标为编程基准，换刀后，必须保证刀具加工点处于同一个位置，即XYZ必须处于同一点，也就是切换后的刀具在其自身工件坐标系中工件坐标值不变，这样才能在同一工件上完成不同工序的加工，轮流驱动换刀时只需移动后续工序刀具到前序刀具加工点，省略常规的换刀夹持操作，节省换刀时间，换刀结构简单。

机械回零操作是通过多轴数控控制卡8驱动X向驱动元件5、Y向驱动元件2和Z向驱动元件6来实现的。

根据加工代码进行轮流加工的换刀步骤如下：

1）识别当前加工代码所表示的刀具，系统切换到相应刀具，比如代码T0代表主轴刀具Z1，T1代表主轴刀具Z2，T2代表主轴刀具Z3。

2）根据当前刀具号和所需切换的刀具号，执行切换刀具动作，切换刀具动作步骤：

a、记录当前刀具在其工件坐标系统中的工件坐标值。

b、当前刀具回退至刀具固定安全点，关闭对应的主轴换刀气缸7使当前刀具回缩到位。

c、使能需切换的刀具的主轴换刀气缸7使对应刀具下压到位，根据事先设置的当前刀具以及需切换的刀具相对Z1在X、Y向上的偏置距离，计算换刀偏置移动距离，移动整个主轴支撑元件4，目的是使需切换的刀具刀尖对准原来刀具刀尖所在的XY位置。

d、取新的工件坐标系，根据记录的换刀前刀具在其工件坐标系统中的工件坐标值，计算新的刀具需移动的距离，最终使切换后的刀具到达换刀前的刀尖点，工件坐标值保持一致。

e、按照新的工件坐标系进行数控加工，因加工代码是以同一工件坐标系进行编程设计，因此，对于同一主轴支撑元件上并排的Z向主轴上刀具进行换刀偏置后，实际加工点将保持一致，完成同一工件的不同工序加工。

f、加工时刀具切换后，工件坐标系也更换了，使得实际的机械坐标产生偏移，如果以机械坐标作为加工轨迹显示，不同工序产生的图形将产生偏置。而工件上的实际的加工点是以同一工件坐标系为基准的，因此显示轨迹时，如果是非基准轴的轨迹，需要在XYZ三维图形上加一个反向的与工件原点相对应的偏置值，使不同工序的加工轨迹以基准轴的工件坐标加以显示，即与实际加工的工件图形保持一致。

假设该数控系统有三个Z向主轴，分别为Z1、Z2和Z3，当前正在加工的Z向主轴为Z2，需切换到Z3，Z2相对Z1在X、Y向上的偏置距离事先设置为X21、Y21，Z3相对Z1在X、Y向上的偏置距离事先设置为X31、Y31，记录的当前刀具Z2工件坐标为Xg2、Yg2、Zg2。首先当前刀具Z2回退到固定安全点，关闭对应的主轴换刀气缸使当前刀具回缩到位。然后使能Z3的主轴换刀气缸使Z3下压到位。计算需切换刀具与当前刀具XY向偏置距离：X向偏置距离为X31- X21，Y向偏置距离为Y31- Y21，如果结果为负，表明需负向偏置移动，如果结果为正，表明需正向偏置移动。经过XY偏置移动后，切换后的Z3刀的XY的实际位置将与换刀前的Z2刀的XY实际位置一致，在新的刀具工件坐标系里工件坐标XY与换刀前的工件坐标系里的工件坐标XY也将保持一致，即XY工件坐标为Xg2、Yg2。切换至换刀后Z3的工件坐标系，此时工件坐标还未切换为Zg2，移动Z3的Z向主轴，使工件坐标在新的工件坐标系里变为Zg2。然后按照新的工件坐标系进行数控加工，因加工代码是以同一工件坐标系进行编程设计，因此，对于同一主轴支撑元件上并排的Z向主轴上刀具进行换刀偏置后，实际加工点将保持一致，完成同一工件的不同工序加工。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多Z轴数控机床的Z向主轴轮动驱动配置方法，其特征在于该方法的步骤如下：

1）以其中一个Z向主轴（3）作为基准轴，测量其他Z向主轴（3）上刀具刀尖在X向上相对基准轴的偏置距离hX2，hX3……hXn以及在Y向上相对基准轴的偏置距离hY2，hY3……hYn；

2）进行机械回零操作，机械坐标自动置零；

3）设定刀具固定安全点，通过多轴数控控制卡（8）驱动各主轴换刀气缸（7）控制Z向主轴（3）到达刀具固定安全点；

4）通过多轴数控控制卡（8）驱动与基准轴相对应的主轴换刀气缸（7）使该基准轴低速下降，并采用固定对刀仪对该基准轴进行对刀，记录该基准轴上的刀具刀尖触发对刀到位信号时的Z向对刀机械坐标值jZ1及此时基准轴对应的X向机械坐标值jX1和Y向机械坐标值jY1，将jX1、jY1和jZ1作为该基准轴的工件原点值，通过多轴数控控制卡（8）驱动与基准轴相对应的主轴换刀气缸（7）使该基准轴回退至刀具固定安全点；

5）根据步骤1）中测量的其他Z向主轴（3）在X向上相对基准轴的偏置距离hX2，hX3……hXn以及在Y向上相对基准轴的偏置距离hY2，hY3……hYn，通过多轴数控控制卡（8）移动主轴支撑元件（4）和工件装夹元件（1），分别使其他Z向主轴（3）上刀具刀尖的X向机械坐标值为jX1和Y向机械坐标值为jY1，并分别对其他Z向主轴采用步骤4）的方式，记录其他Z向主轴（3）的Z向对刀机械坐标值jZ2，jZ3……jZn，将jXm、jYm和jZm作为其他Z向主轴（3）的工件原点值，其中，其他Z向主轴（3）的工件原点值jXm、jYm是根据基准轴的工件原点jX1、jY1值以及其他Z向主轴（3）相对基准轴在X、Y向上的偏置距离hXn、hYn自动计算获取，jZm为该Z向主轴（3）对应的Z向对刀机械坐标值jZ2，jZ3……jZn，对刀完毕。

2.一种如权利要求1所使用的多Z轴数控机床的轮动驱动系统，包括用于支撑工件的工件装夹元件（1）；驱动工件装夹元件（1）Y向移动的Y向驱动元件（2）；多个用于装设刀具的Z向主轴（3）；用于支撑各Z向主轴（3）的主轴支撑元件（4）；用于驱动主轴支撑元件（4）X向移动的X向驱动元件（5），其特征在于，还包括：

与机械回零位置相对应的零点开关；

驱动主轴支撑元件（4）Z向移动的Z向驱动元件（6）；

驱动各Z向主轴（3）Z向移动的主轴换刀气缸（7），并且每个Z向主轴（3）对应一个主轴换刀气缸（7），各主轴换刀气缸（7）也安装在主轴支撑元件（4）上；

用于对各Z向主轴（3）上刀具对刀的固定对刀仪；

多轴数控控制卡（8），多轴数控控制卡（8）分别与X向驱动元件（5）和Y向驱动元件（2）连接，多个主轴换刀气缸（7）分别通过气缸升降开关（9）与多轴数控控制卡（8）连接；

用于对多轴数控控制卡（8）人机操作的计算机（10）。