CN104325359B - 一种局部变形量的实时非接触测量与补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种局部变形量的实时非接触测量与补偿装置。该发明技术方案基于激光传感器和进给轴控制实现变形量的实时获取与位置补偿，包括：实时激光测量模块，用于周期性测量和采集铣削中工件的位置；进给轴位置补偿模块，用于获取目标进给轴的位置补偿量，快速、均匀调整目标进给轴的当前位置。该技术通过跟踪薄壁工件变形量实时计算刀尖相对工件表面的位置补偿量，调用数控系统内置坐标偏置模块实现加工中工件变形的自动补偿，具有无误差积累、响应速度快的特点，能有效降低工件变形对铣削质量的影响，可应用于薄壁工件数控铣削加工。

Description

一种局部变形量的实时非接触测量与补偿装置
技术领域
本发明属于机械数控加工技术领域，具体涉及一种薄壁工件铣削同步测量与补偿装置。
背景技术
研究表明，在薄壁工件铣削过程中，工件铣削背面需要浮动支撑提供铣削时的背面压紧力，工件铣削时刀具对工件有动态变化的铣削力，而薄壁工件在支撑前后、铣削前后由于受力不均、厚度变化产生动态变化的形变，对实际铣削质量有决定性影响。没有实时形变测量补偿控制功能的薄壁工件铣削存在严重问题：(1)当浮动支撑不撑紧时，由于刀具铣削力不能被平衡，工件退让让刀具落空形成欠切；(2)当浮动支撑撑紧时，工件向着进刀的反向凸起，刀具扎入过深形成过切；(3)铣削时刀尖与工件的接触情况不断变化导致工件形变波动，工件的厚度逐渐减小导致形变加剧，如以恒定补偿量补偿工件形变，容易造成铣削深度不一致。因此，加工中工件局部形变控制功能对于保证铣削深度有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是给薄壁工件铣削提供一种基于数控系统的、响应速度快、无积累误差的工件形变量实时测量补偿控制技术，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种局部变形量的实时非接触测量与补偿装置，括数控系统、实时激光测量模块和进给轴位置补偿模块；其中激光测量轴的正向与目标补偿轴的正向在同一轴线但互为反向；目标补偿轴为装有刀具的铣削轴；
(1)实时激光测量模块，包括激光位移传感器、计算机串口、数据解析模块；
通过激光位移传感器实时采样测量铣削过程中工件铣削点背面的位置，用计算机串口读取该位置数据，数据解析模块处理后得到工件铣削背面位置值，调用数控系统发送到指定的数控系统内部PLC地址，作为工件形变量的输入值；
(2)进给轴位置补偿模块
进给轴位置补偿模块通过数控系统中的PLC模块确定工件变形量：根据实时激光测量模块所得到的工件形变量的输入值确定工件背面位置，使用未发生变形时的工件参考位置减去工件背面位置得到工件变形量；
对工件变形量经过防抖处理，其取反后的值为目标补偿轴的进给位置补偿量；在补偿时把该补偿量设定为该轴机床坐标系偏移量，设定每个周期的补偿值，经过设定的周期后，完成目标轴位置补偿。
进一步的，如上所述的一种局部变形量的实时非接触测量与补偿装置，数据解析模块基于数控系统接口的独立可执行程序，不间断定时访问计算机串口从而获取激光位移传感器的采样数据，经过数据包排序、校验、解码、去噪、均值处理方法获得工件铣削背面位置值。
在现有的数控系统上，本发明具有如下的有益效果：该技术可实现局部工件变形实时测量补偿，无误差积累、响应速度快，能有效降低解决薄壁工件加工中局部形变对铣削效果的影响，可应用于薄壁工件数控铣削机床。
附图说明
图1为本发明装置模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，对本发明技术方案进行清楚、完整地描。
如图1所示，一种局部变形量的实时非接触测量与补偿装置，其特征在于：
包括数控系统、实时激光测量模块和进给轴位置补偿模块；其中激光测量轴的正向与目标补偿轴的正向在同一轴线但互为反向；目标补偿轴为装有刀具的铣削轴；
(1)实时激光测量模块，包括激光位移传感器、计算机串口、数据解析模块；
通过激光位移传感器实时采样测量铣削过程中工件铣削点背面的位置，用计算机串口读取该位置数据，数据解析模块处理后得到工件铣削背面位置值，调用数控系统发送到指定的数控系统内部PLC地址，作为工件形变量的输入值；
数据解析模块基于数控系统接口的独立可执行程序，不间断定时访问计算机串口从而获取激光位移传感器的采样数据，经过数据包排序、校验、解码、去噪、均值处理方法获得工件铣削背面位置值。
(2)进给轴位置补偿模块
进给轴位置补偿模块通过数控系统中的PLC模块确定工件变形量：根据实时激光测量模块所得到的工件形变量的输入值确定工件背面位置，使用未发生变形时的工件参考位置减去工件背面位置得到工件变形量；
对工件变形量经过防抖处理，其取反后的值为目标补偿轴的进给位置补偿量；在补偿时把该补偿量设定为该轴机床坐标系偏移量，设定每个周期的补偿值，经过设定的周期后，完成目标轴位置补偿。
在图1中测量进程通过串口不间断读取激光传感器采样的数据，最小周期是3.5ms，考虑XP系统的延时，可实现每10ms向数控系统更新一次当前的铣削工件(局部)背面位置。图1中数控系统的PLC处理速度大于1ms/千步，实际处理速度不大于4ms，考虑进给轴的最大加速度0.3G,设置其坐标偏置补偿运动安全处理速度为4ms/0.16mm(加速度0.24G)。可知本补偿技术的有效补偿周期约为10～20ms，则可实现最小0.8mm/20ms的补偿速度。实际加工中的下刀速度约为F300～F1000，Z轴下刀2～5mm耗时120～1000ms，对应的可补偿偏差为4.8～40mm，考虑实际偏差小于4.5mm，则F1000下刀2mm时亦可在下刀结束之前完成补偿。在加工过程中一般铣削速度F3000，进刀深度1mm，可实现0.16mm的实时补偿。
本技术发明无误差积累，响应速度快，能有效降低工件形变对铣削效果的影响，可应用于数控薄壁工件铣削机床。

Claims (2)

1.一种局部变形量的实时非接触测量与补偿装置，其特征在于：
包括数控系统、实时激光测量模块和进给轴位置补偿模块；其中激光测量轴的正向与目标补偿轴的正向在同一轴线但互为反向；目标补偿轴为装有刀具的铣削轴；
(1)实时激光测量模块，包括激光位移传感器、计算机串口、数据解析模块；
通过激光位移传感器实时采样测量铣削过程中工件铣削点背面的位置，用计算机串口读取该位置数据，数据解析模块处理后得到工件铣削点背面位置值，调用数控系统发送到指定的数控系统内部PLC地址，作为工件形变量的输入值；
(2)进给轴位置补偿模块
进给轴位置补偿模块通过数控系统中的PLC模块确定工件变形量：根据实时激光测量模块所得到的工件形变量的输入值确定工件背面位置，使用未发生变形时的工件参考位置减去工件背面位置得到工件变形量；
对工件变形量经过防抖处理，其取反后的值为目标补偿轴的进给位置补偿量；在补偿时把该补偿量设定为该轴机床坐标系偏移量，设定每个周期的补偿值，经过设定的周期后，完成目标轴位置补偿。
2.如权利要求1所述的一种局部变形量的实时非接触测量与补偿装置，其特征在于：数据解析模块基于数控系统接口的独立可执行程序，不间断定时访问计算机串口从而获取激光位移传感器的采样数据，经过数据包排序、校验、解码、去噪、均值处理方法获得工件铣削点背面位置值。
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