CN103204027A - 雕刻机钻头定位新法 - Google Patents

Abstract

本发明是将两个点状激光器固定在雕刻机主轴电机座两侧，然后将主轴抬起至一定高度，并记下此高度Zj。再对激光器调焦，使其打到工件上的光斑最小(黑色背景直径＜0.2mm)。然后用小钻头在工件的任意位置钻一小孔，清零软件的x，y坐标值，再抬起主轴至上述高度Zj。调整XY轴使激光光斑完全落入小孔，记下此时的x，y的坐标值。此值即为光斑中心到钻(铣)头中心的偏移量。钻孔时先将光斑对准待钻孔中心，再根据偏移量反向移动XY轴即可使钻头对准待钻孔中心钻孔。本发明主要应用于雕刻机的钻头定位方面，可大大缩短定位的时间和提高定位精度。

Description

雕刻机钻头定位新法

一.技术领域

数控雕刻机因其可编程控制运行轨迹，能在XYZ三个方向做任意曲线运动，因而广泛应用刻字、钻孔、花纹雕刻、模型雕刻等方面。但雕刻对象相对于钻头(或铣头，下文所述钻头亦包含铣头)的定位却非易事。本发明采用激光定位的方法可以很好地解决这一问题。

二.背景技术

随着计算机技术的飞速发展，数控技术在机械加工等诸多领域获得了极其广泛的应用。数控的目标是轨迹控制，雕刻机的核心就是三维轨迹控制。当把一加工对象固定于加工平台上，然后把加工的目标写成代码(通常使用G代码)，或通过某种软件绘制加工轨迹然后通过设置相关参数由软件自动生成G代码，G代码最后要通过软件(如Mach3Mill)转换成XYZ三个方向的脉冲分别送给对应的电机(步进电机或伺服电机)驱动器来控制电机以一定的速度和方向旋转，通过丝杆变换成直线运动。主轴电机用来进行雕刻，其上装有钻头，通常将其固定在Z方向，它相对于加工平台做上下运动。现在的问题是钻头怎么才能定位到钻孔的中心呢？假设要在一塑料板上打一个小孔，这个孔的中心已经在板上做好了标记，现在把这块塑料板固定在加工平台上，怎样让钻头向下移动时正好钻在孔的中心？可能只能用试钻的方法，就是先移动XY轴让钻头大致对准孔的中心，再向下移动Z轴，当钻头贴近加工对象时，再慢慢移动Z轴使钻头使尽可能对准孔的中心，反复调整XYZ三个方向的位置，最后通过目测钻头基本位于孔的中心后开始下钻，但由于目测精度有限，这样钻出来的孔偏差较大。而且这种方法在对准过程中费时费力。我的发明就是通过激光定位的方法，就能很快找到孔的中心。并且可在钻头不接触加工对象时进行试加工。

三.发明内容

为了解决上述问题，可在主轴电机左右两侧固定两个点状激光器，点状激光采用可调焦的那种，聚集后的光点直径可小于0.2mm(黑色背景，实测结果)。市场上可以买到这种激光器：柱状，长3.5mm×直径1.2mm。将激光器固定在主轴电机座两侧，两个激光器的中心点连线尽可能通过钻头中心，由于机械部分的限制，激光器不可能太靠近钻头中心，假设其中一个激光器的中心距离钻头中心的偏移量为Xos，Yos，安装时尽可能使这两个值最小，并且尽可能使激光器的光线垂直于工件平台。当完全垂直的理想情况下，移动Z轴时，激光光点的中心位置是不会改变的，但光斑大小有改变。但由于安装时激光器不可能完全垂直平台，那么当只移动Z轴时，光点会轻微移动，可以调节激光器，使得Z轴在一小范围移动时(如移动距离＜2cmm)，光斑的中心基本不动，这是可以做到的。当移动范围很小时，光斑大小也不会有明显改变。

再来看一下怎样用激光定位的方法对塑料板上做了标记的孔的钻孔方法：固定好塑料板，将Z轴抬高到一定的高度，比如离塑料板5cm处。并对Z轴当前位置做个标记，记作Zj。调整激光使其聚焦到塑料板上的斑点直径尽可能的小。在主轴电机上安装一钻头(直径0.3mm)，打开电机，慢慢下移Z轴，在塑料板上随便找个位置钻个小孔，孔的深度在0.2mm左右即可。复位软件的x，y坐标值。上移Z轴至Zj位置，再移动XY轴，使得激光光点完全落入小孔，记下此时软件的x，y值，在此记作dx，dy。这个值就是激光中心到钻头中心的偏移量的精确值。下面将Z轴保持在Zj位置，移动XY轴，使激光光斑位于要钻的孔的中心(这是很容易做到的，目测即可)，然后，再将XY轴反向移动dx，dy。此时钻头中心正好位于孔的中心，下移Z轴即可精确钻孔了。测量激光中心到钻头中心不需要每次都测量，如果激光器性能稳定并且安装牢固，只需要测量一次即可。

另一个激光器的操作方法与此完全一样。之所心安装两个激光器，是为了在定位时能覆盖整个XY的移动区域。

本方法大大提高了雕刻机钻头定位精度，缩短了操作时间，减轻了操作人员的工作强度，而几乎没有增加设备成本。

四.附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1雕刻机主轴电机底部实物图；

图2光斑大小实测图；

图3激光光斑落入直径0.3mm孔中实物图；

图4钻头、激光器及待钻孔位置示意图。

五.具体实施方式

以钻孔为例：

步骤：

1.调整z轴至合适的高度，并标记此高度为Zj(使钻头距离工件大概5～10cm)；

2.在工件上确定各孔的中心点，并将工件固定在工作台上；

3.将钻头换成0.3mm或锥形钻头；

4.打开主轴，移动钻头到贴近工件表面的某个位置，并钻一深度为0.2mm左右的小孔；

5.将软件的x，y坐标值清零，上移Z轴至Zj位置；

6.移动XY轴，直到激光光斑落入小孔中，并记下x，y的坐标值(设为dx，dy)。

7.将光斑移动到要钻的孔的中心点，清除x，y计数；移动XY轴至(-dx，-dy)；

8.将x，y坐标值清零，并将该点作为基准点。

9.调入钻孔代码，换钻头进行钻孔。

只要严格按照上述步骤精心操作，钻头定位精度可达到0.1mm左右。这个精度可以满足大部分应用需求。

Claims (4)

1.本方法是一种利用点状激光实现快速钻头定位新法。采用将Z轴抬起至一相对固定的高度Zj后对点状激光器调焦使其光斑最小，再在工件的任意位置钻一小孔，然后再上移Z轴至高度Zj，然后移动XY轴使光斑落入小孔中，据此来求光斑中心到钻头中心的偏移量，将光斑对准孔的中心，根据偏移量大小反向移动XY轴即可使钻头对准待钻孔的中心。

2.根据权利要求1所述的雕刻机钻头激光定位新法，其特征是：将Z轴抬高至一相对固定高度后，再调焦，可以使光斑位置不因Z轴的高度而偏移，从而保证了定位的精度。

3.根据权利要求2所述的雕刻机钻头激光定位新法，其特征是：激光光斑大小不变，并能达到最小，进一步保证了精度；钻头定位时，只需要将光斑对准钻孔中心，简单直观，大大减轻了操作难度。

4.根据权利要求3所述的雕刻机钻头激光定位新法，其特征是：在对工件进行试加工，只需要观察光斑的运行轨迹是否正确即可，保证了加工的正确性。

Images