CN103941640B - 五轴机床实现加工轨迹连续的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机加工领域，尤其是一种五轴机床实现加工轨迹连续的方法。该方法包括首次对刀、确定工件的加工基准、数控编程加、根据所加工工件表面的形状对刀并及时调整数控编程指令等步骤。本方法对双摆头的定位精度没有要求，使用对刀块对刀，使得刀具在转动前后，刀具刀心在工件上的同一个位置，就可实现转动前后刀具轨迹的连续性，保证加工的光顺性。使用这种方式时，双摆头的作用仅仅是改变刀具的方向，从不同的方向加工同一个工件，而对它的定位精度和安装精度没有要求。
Description
技术领域
本发明涉及机加工领域，尤其是一种五轴机床实现加工轨迹连续的方法。
背景技术
五轴数控机床由XYZ三个直线轴和双摆头组成，双摆头包含两个转轴，如图1所示，通常定义为C轴和A轴。五轴机床的加工精度是靠机床本身的形位公差来保证的，凡是要得到高精度的工件，都要求机床有高的制造精度。五轴联动时对XYZ三个直线轴有很高的精度要求，同时要求双摆头自身具有很高的定位精度，以及相对于三个直线轴有很高的安装精度。因此现有的高精度五轴机床具有很高的制造成本，价格昂贵。
五轴机床加工过程中，刀具的方向变化通常的连续的，如图1，当由A点加工到B点时，通过双摆头的转动和直线轴的运动使刀具从了方向D1变化到方向Dn,这是根据双摆头和三个直线轴的位置关系，利用严格的数学计算方法来得到刀具的位置，刀具方向变化后不需要重新对刀，不需要重新确定刀心位置。但是传统的五轴加工方式对三个直线轴和双摆头都具有很高的精度要求，如果精度达不到要求就会出现加工轨迹不连续的情况，如图2所示，B点离开被加工表面。
发明内容
为了解决传统高精度五轴机床制造成本高，低精度五轴机床刀具方向变化后加工轨迹不连续的问题，本发明提出了一种五轴机床实现加工轨迹连续的方法。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种五轴机床实现加工轨迹连续的方法，包括以下步骤：
（1）首次对刀：使刀具向左运动与X向的左刀具测量装置接触，记录机床的X向坐标为XL，然后再使刀具向右运动，与右刀具测量装置接触，记录X向坐标为XR；以同样的方法确定Y轴两端和Z轴下端的坐标；
（2）确定工件的加工基准：使刀具与工件上的点a接触，记录X坐标为Xa,然后从右侧与工件上的b点接触，记录X坐标为Xb,则工件上中间点c的坐标为Xc=（Xa+Xb）/2；Xc与XR之间的距离为Lx=XR-Xc，然后，用同样的方法确定c点的Y坐标Yc；最后将刀具移动至（Xc,Yc）处，沿Z轴向下运动，当球刀与c点接触时，得到c点的Z坐标Zc；
（3）数控编程加工：利用数控加工软件对工件进行数控编程时将坐标原点建立在工件的中心位置，即c点，使用G54指令：G54Xc,Yc,Zc，机床可自动实现以c点为坐标原点，按数控编程的代码进行数控加工；
（4）根据所加工工件表面的形状对刀并及时调整数控编程指令：当刀具的加工方向发生改变时，使双摆头转动，锁紧并再进行对刀，使刀具与右刀具测量装置接触，记录X轴的坐标为XR2，此时c点在机床坐标系下的X坐标为Xc2=XR2-Lx，以同样的方法确定双摆头转动后刀心在机床坐标系下的Y的坐标和Z的坐标，再使用G54指令：G54Xc2,Yc2,Zc2，机床在刀具转动后仍然以c点为坐标原点，按数控编程的代码进行数控加工，直至工件加工成型，通过对刀实现刀具转动前后加工轨迹的连续。
本发明中，所述机床上XYZ系统中在X轴正负远端、Y轴正负远端、Z轴平台上设置与机床机械坐标系相关的刀具测量装置。
所述的刀具测量装置可以采用对刀块。
所述的刀具可以采用球刀或锥度球刀。
所述的机床可以采用XYZ轴龙门带有CA和CB的机床、XYZ轴龙门带有AB和BA的机床，立式结构且带有CA和CB的机床或者立式结构且带有AB和BA的机床。
本发明的有益效果是：本方法对双摆头的定位精度没有要求，使用对刀块对刀，使得刀具在转动前后，刀具的刀心在工件上的同一个位置，就可实现转动前后刀具轨迹的连续性，保证加工的光顺性。使用这种方式时，双摆头的作用仅仅是改变刀具的方向，从不同的方向加工同一个工件，而对它的定位精度和安装精度没有要求。
附图说明
图1是现有五轴数控机床的工作状态示意图；
图2是现有五轴数控机床工作结束时的误差状态示意图；
图3是本发明中首次对刀的结构示意图；
图4是本发明中双摆头转动后再次对刀的结构示意图。
图中：1双摆头；2机床Z轴；3被加工的工件；4X轴左对刀块；5X轴右对刀块；6Z轴对刀块；11球刀；12双摆头C轴；13双摆头的A轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明所述的五轴机床实现加工轨迹连续的方法包括以下步骤：
第一步，对刀：如图3所示，所述机床上XYZ系统中在X轴正负远端、Y轴正负远端、Z轴平台上分别设置与机床机械坐标系相关的X轴右对刀块5、X轴左对刀块4、Y轴右对刀块、Y轴左对刀块和Z轴对刀块6。使球刀11向左运动与X轴的左对刀块4接触，记录机床的X向坐标为XL，然后再使球刀向右运动，与右对刀块5接触，记录X向坐标为XR。以同样的方法确定Y轴两端和Z轴下端的坐标。
第二步，确定工件3的加工基准：使球刀11与工件3上的点a接触，记录X坐标为Xa,然后从右侧与工件3上的b点接触，记录X坐标为Xb,则工件上中间点c的坐标为Xc=（Xa+Xb）/2；Xc与XR之间的距离为Lx=XR-Xc。然后，用同样的方法确定c点的Y坐标Yc；最后将球刀移动至（Xc,Yc）处，沿Z轴向下运动，当球刀与c点接触时，得到c点的Z坐标Zc。
第三步，数控编程加工：利用数控加工软件对工件进行数控编程时将坐标原点建立在工件的中心位置，即c点，使用G54指令：G54Xc,Yc,Zc，机床可自动实现以c点为坐标原点，按数控编程的代码进行数控加工。
第四步，再次对刀：当需要改变球刀的加工方向时，使双摆头转动到如图4所示的角度，然后锁紧并再进行对刀，使球刀与对刀块5接触，记录X轴的坐标为XR2，此时a,b,c三点可能不存在了。但此时c点在机床坐标系下的X坐标为Xc2=XR2-Lx。以同样的方法确定双摆头转动后刀心在机床坐标系下的Y的坐标和Z的坐标，再使用G54指令：G54Xc2,Yc2,Zc2，机床在刀具转动后仍然可实现以c点为坐标原点，按数控编程的代码进行数控加工。
在加工过程中，需要根据所加工工件表面的形状随时改变球刀的加工方向，当球刀加工方向发生改变时，通过上述方法重新确定双摆头转动后刀心在机床坐标系下X、Y和Z的坐标，并使用G54指令：G54Xcn,Ycn,Zcn，机床在刀具转动后仍然可实现以c点为坐标原点，按数控编程的代码进行数控加工，直至整个工件加工成型。通过对刀实现刀具转动前后加工轨迹的连续，而不是依赖双摆头的精度。
使用该方式时，机床上XYZ系统中需要在X轴正负远端，Y轴正负远端，z轴平台上加装和机床机械坐标系相关的刀具测量装置，比如对刀块，以实现能自动对刀并依靠机床控制器自动修改相应变量的功能。本方法所使用的刀具除了为球刀外，还可以采用锥度球刀有效。此方法所采用的机床可以为XYZ轴龙门带有CA和CB的机床、XYZ轴龙门带有AB和BA的机床，立式结构且带有CA和CB的机床或者立式结构且带有AB和BA的机床。
本方法对双摆头的定位精度没有要求，使用对刀块对刀，使得球刀在转动前后，球刀刀心在工件上的同一个位置，就可实现转动前后球刀轨迹的连续性，保证加工的光顺性。使用这种方式时，双摆头的作用仅仅是改变球刀的方向，从不同的方向加工同一个工件，而对它的定位精度和安装精度没有要求。
利用该方法，只要求机床的XYZ轴的制造精度足够高。传统的双摆头需要高精度制造，并且安装的时候需要极其高精度的形位公差，以保证刀具的姿态在XYZ坐标系中的绝对准确。而此方法对双摆头自身的定位精度和双摆头与三个直线轴的位置关系没有特殊要求。
Claims (5)
1.一种五轴机床实现加工轨迹连续的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)首次对刀：使刀具向左运动与X向的左刀具测量装置接触，记录机床的X向坐标为XL，然后再使刀具向右运动，与右刀具测量装置接触，记录X向坐标为XR；以同样的方法确定Y轴两端和Z轴下端的坐标；
(2)确定工件的加工基准：使刀具与工件上的点a接触，记录X坐标为Xa，然后从右侧与工件上的b点接触，记录X坐标为Xb,则工件上中间点c的坐标为Xc＝(Xa+Xb)/2；Xc与XR之间的距离为Lx＝XR-Xc，然后，用同样的方法确定c点的Y坐标Yc；最后将刀具移动至(Xc,Yc)处，沿Z轴向下运动，当球刀与c点接触时，得到c点的Z坐标Zc；
(3)数控编程加工：利用数控加工软件对工件进行数控编程时将坐标原点建立在工件的中心位置，即c点，使用G54指令：G54Xc,Yc,Zc，机床可自动实现以c点为坐标原点，按数控编程的代码进行数控加工；
(4)根据所加工工件表面的形状对刀并及时调整数控编程指令：当刀具的加工方向发生改变时，使双摆头转动，锁紧并再进行对刀，使刀具与右刀具测量装置接触，记录X轴的坐标为XR2，此时c点在机床坐标系下的X坐标为Xc2＝XR2-Lx，以同样的方法确定双摆头转动后刀心在机床坐标系下的Y的坐标和Z的坐标，再使用G54指令：G54Xc2,Yc2,Zc2，机床在刀具转动后仍然以c点为坐标原点，按数控编程的代码进行数控加工，直至工件加工成型，通过对刀实现刀具转动前后加工轨迹的连续。
2.根据权利要求1所述的五轴机床实现加工轨迹连续的方法，其特征在于：所述机床上XYZ系统中在X轴正负远端、Y轴正负远端、Z轴平台上设置与机床机械坐标系相关的刀具测量装置。
3.根据权利要求2所述的五轴机床实现加工轨迹连续的方法，其特征在于：所述的刀具测量装置为对刀块。
4.根据权利要求1所述的五轴机床实现加工轨迹连续的方法，其特征在于：所述的刀具为球刀或锥度球刀。
5.根据权利要求1或2所述的五轴机床实现加工轨迹连续的方法，其特征在于：所述的机床是XYZ轴龙门带有CA和CB的机床、XYZ轴龙门带有AB和BA的机床、立式结构且带有CA和CB的机床或者立式结构且带有AB和BA的机床。
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