CN104669062A - 一种基于雷尼绍探头的自动检测防错方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工技术领域，特别是涉及一种基于雷尼绍探头的自动检测防错方法。简易校刀装置，包括刀具检验块[1]、快换底座[2]、螺栓[3]、底座[4]。本发明对数控机床雷尼绍探头工作原理和控制系统的进行深入的研究，开发出空间距离，孔径，角度测量宏程序和设计出简易刀具几何参数验证块。采用加工→测量→判断→加工的自动防错方法。本方法可以有效避免数控铣削加工中因工件坐标原点，刀具几何参数，程序不正确等外界干扰因素而导致机床碰撞事故，产品报废等现象。且校刀具有多次重复使用，装夹简便，成本廉价，通用性好等特点。本发明的工艺方法通俗易懂，可操作性强，对数控操作员的依赖程度较低。

Description

一种基于雷尼绍探头的自动检测防错方法及其装置

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，特别是涉及一种基于雷尼绍探头的自动检测防错方法。

背景技术

随着数控技术在机械制造领域内的广泛应用，产品一次性加工合格率也得以大幅改善。与此同时，也暴露出一些问题，航空航天领域中贵重、难加工黑色金属而言（如：直升机旋翼系统中钛合金主桨中央件，主桨链接件，尾桨链接件等），而该类产品固有特性，难加工，贵重，加工周期长。在加工过程中，外界因素干扰较多，出现主轴刀具几何参数与程序所需几何参数不一致，加工程序与加工产品所需程序的不一致，从而引发一些连带问题，轻则导致质量问题，重则导致刀具与工件或者夹具碰撞事故，加速衰减机床加工精度，此外拉长产品生产周期，严重制约生产进度，给公司造成巨大经济损失。传统的防错方法是基于普通量具，肉眼观察，对人的技术依赖程度较大，侧重于经验，检测精度偏低，对于如今的高效数控加工时代，该方法显现出过于陈旧，难以满足现代化的数控加工节拍，因此迫切需要一种基于雷尼绍探头的自动检测防错方法及其装置，以此确保加工过程的安全性，产品质量的稳定性。

发明内容

发明目的：基于雷尼绍探头的探测功能，开发出空间点位，距离，角度，空间测量测量宏程序，同时结合一些简易装置和测量算法，在加工前能自动检测出因外界因素导致的数控加工过程中的潜在风险的一种加工工艺方法，从而实现数控设备的自动防错的目的。

发明方案：

如图1所示，一种基于雷尼绍探头的自动检测防错装置，包括对刀块1、底座2以及T型底座5，其中，对刀块1通过螺栓3紧固在底座2上，对刀块的外圆柱面与底座2内孔面符合过渡配合，底座2通过螺栓4和T型底座5固定在机床工作平台面6。

所述的对刀块1的工作部分为圆台，圆台前端带圆锥面，用于检测刀具底角半径；圆台外圆周面带平面，平面该为用于检测刀具直径基准面C；圆台的前端面，用于校对刀具的刀长。

上述装置中，可通过旋转对刀块1，加工不同的基准面C。

所述的底座2为固定件，始终与工作台面位置保持不变。

一种基于雷尼绍探头的自动检测防错方法，本方法包括以下步骤：

第一步、刀具防错装置的装配，将对刀块1、底座2以及T型底座5安装在机床工作平台面6上，记录对刀块1的几何参数。

第二步，在机床上，采用以下刀具移动轨迹，对刀具几何参数进行检测：首先，刀具底面以对刀块前端面在Z轴方向的高度，在XY面上，在对刀块前端面移动，校对刀长；其次，刀具底角弧面以对刀块圆锥面Z轴方向的高度H2,在XY面上，对刀块圆锥面移动半圆，检测刀具底角半径;最后，刀具圆柱面以对刀块基准面C在Y轴方向的高度，在XZ面上，在对刀块基准面C上移动，检测刀具直径；检测刀具底角半径时，刀具移动半圆的半径L的确定方法如下：

L=K1+TAN(90-B)*H2+K2/2-(K3-(1-COS(B))/SIN(B)*K3)

K1：对刀块前端面的直径；

K2：刀具直径；

K3：刀具底角半径；

B：对刀块圆锥面的角度；

然后，采用雷尼绍探头对对刀块的几何参数进行测量，如果与第一步中的记录值不符，则判定为刀具错误；如果与第一步中的记录值符合，则进入第三步；

第三步、通过雷尼绍探头对机床上待加工零件的特征进行测量，将测量值与加工程序的理论值进行对比，如果与理论值不符，则判定为加工程序调用错误；如果与理论值符合，则进入第四步；

第四步、通过雷尼绍探头对机床上待加工零件的位置进行测量，确定待加工零件的实际工件坐标原点，将其与加工程序中的工件坐标原点进行对比，如果与二者不符，则判定为加工程序中的工件坐标原点错误；如果与理论值符合，则进入第五步；

第五步，雷尼绍探头在无干涉区域进行安全移动，如果移动过程中，碰到障碍物，则判定为待加工零件装夹错误，如果移动过程中，没有碰到障碍物，则调用加工程序对待加工零件进行加工。

有益效果：本发明适合各种控制系统的雷尼绍探头，不受机床影响，装夹简便（2件/分钟），刀具块材料无特殊要求，成本低，生产过程中产生的边角废料即可，只需调整初始参数可实现对刀块的多次使用。整个检查过程实现自动化，无需人工干预，检测时间短（0.5件/分钟），准确率高（98%），大幅度降低加工过程中的潜在风险。

附图说明

图1为刀具检验装置示意图；

图2为对刀块示意图；

图3为底座示意图；

图4为刀具检验装置轴测图；

图5为底角测量示意图。

具体实施方式

本发明适用任何带探测功能的三轴或者多轴机床，刀具验证装置不涉及多种机床的算法，但需对控制系统及插补指令的用法及探头的工作原理有一定的了解，能够运用变量编写测量宏程序，若开发多轴机床特征特征，需深入的研究机床运动学原理，本发明方法对使用者无需做任何研究。

下面结合实例进一步阐述：

一种基于雷尼绍探头的自动检测防错装置，一种基于雷尼绍探头的自动检测防错装置，包括对刀块1、底座2以及T型底座5，其中，对刀块1通过螺栓3紧固在底座2上，对刀块的外圆柱面与底座2内孔面符合过渡配合，底座2通过螺栓4和T型底座5固定在机床工作平台面6。

（1）对刀块

对刀块锥面角度为45°+15′/-15'，圆台面直径为50+0/-0.02mm、高度为30+0.015/-0.015mm、装配圆柱面直径为20+0/-0.015mm，刀块前端面与基准面A的平行度控制在0.015mm、对刀块总长为45+0/-0.5mm、刀块前端面直径为30+0.015/-0.015mm，如图2所示。

（2）底座

底座内孔直径为20+0.015/-0mm，内孔深度为15+0.5/-0，基准面B的平面度为0.015mm、底座端面与基准面B的垂直度控制在0.015mm、如附图3所示。

（3）刀具

选用整体硬质合金铣刀，直径20mm，刀长150mm、底角半径3mm。

（4）数控设备

选用HTM-63H四轴加工中心，探头为雷尼绍机械触发式探头，控制系统：西门子840D、带自动跟踪功能。

（5）数控程序

将已编制好的刀具几何参数校验测量，孔径测量，角度测量，距离测量，空间点位测量宏程序考入到该机床，并加载作为测量子程序。被执行程序内容做如下修改：

测试步骤如下：

第一步、刀具防错装置的装配，将对刀块1、底座2以及T型底座5安装在机床工作平台面6上，对刀块1的前端面Z坐标为30，对刀块基准面C坐标为22，刀块圆锥面点坐标为（19.276,0）。

第二步，在机床上，采用以下刀具移动轨迹，对刀具几何参数进行检测：首先，刀具底面以对刀块前端面在Z轴方向的高度，在XY面上，在对刀块前端面移动；其次，刀具底角弧面以对刀块圆锥面Z轴方向的高度3mm,在XY面上，对刀块圆锥面移动半圆;最后，刀具圆柱面以对刀块基准面C在Y轴方向的高度，在XZ面上，在对刀块基准面C上移动；检测刀具底角半径时，刀具移动半圆的半径L的确定方法如下：

L=K1+TAN(90-B)*H2+K2/2-(K3-(1-COS(B))/SIN(B)*K3)=19.276mm

K1：对刀块前端面的直径；

K2：刀具直径；

K3：刀具底角半径；

B：对刀块圆锥面的角度；

然后，采用雷尼绍探头对对刀块的几何参数进行测量，与第一步中的记录值相符合，则进入第三步；

第三步、通过雷尼绍探头对机床上待加工零件的特征进行测量，将测量值与加工程序的理论值进行对比，与理论值相符，则进入第四步；

第四步、通过雷尼绍探头对机床上待加工零件的位置进行测量，确定待加工零件的实际工件坐标原点，将其与加工程序中的工件坐标原点进行对比，二者相符则进入第五步；

第五步，雷尼绍探头在无干涉区域进行安全移动，移动过程中，没有碰到障碍物则调用加工程序对待加工零件进行加工。

通过大量试验，证明雷尼绍探头的自动检测防错方法及其装置可以有效的避免数控加工过程中因外界因素而导致的加工潜在风险，同时还可以指导操作者找出错误出处，对机床起到保护作用，同时提高产品加工合格率。该刀具几何参数验证装置，装夹简便，检测准确率高，可以满足快换要求，同时可以实现重复利用。

因此，本发明的工艺方法是可行的，并且极大的提高生产效率，及加工过程中的机床的安全性得以大幅度提升，且为后续雷尼绍探头功能的深入开发指明了方向。本发明适用于所有具备探测功能的三轴和多轴机床。

Claims (4)

1.一种基于雷尼绍探头的自动检测防错装置，其特征是，包括对刀块（1）、底座（2）以及T型底座（5），其中，对刀块（1）通过螺栓（3）紧固在底座（2）上，对刀块的外圆柱面与底座（2）内孔面符合过渡配合，底座（2）通过螺栓（4）和T型底座（5）固定在机床工作平台面（6）；

所述的对刀块（1）的工作部分为圆台，圆台前端带圆锥面，用于检测刀具底角半径；圆台外圆周面带平面，平面该为用于检测刀具直径基准面C；圆台的前端面，用于校对刀具的刀长。

2.如权利要求1所述的一种基于雷尼绍探头的自动检测防错装置，其特征是，上述装置中，可通过旋转对刀块（1），加工不同的基准面C。

3.如权利要求1所述的一种基于雷尼绍探头的自动检测防错装置，其特征是，所述的底座（2）为固定件，始终与工作台面位置保持不变。

4.一种基于雷尼绍探头的自动检测防错方法，本方法包括以下步骤：

第一步、刀具防错装置的装配，将对刀块（1）、底座（2）以及T型底座（5）安装在机床工作平台面（6）上，记录对刀块（1）的几何参数；

第二步，在机床上，采用以下刀具移动轨迹，对刀具几何参数进行检测：首先，刀具底面以对刀块前端面在Z轴方向的高度，在XY面上，在对刀块前端面移动，校对刀长；其次，刀具底角弧面以对刀块圆锥面Z轴方向的高度H2,在XY面上，对刀块圆锥面移动半圆，检测刀具底角半径;最后，刀具圆柱面以对刀块基准面C在Y轴方向的高度，在XZ面上，在对刀块基准面C上移动，检测刀具直径；检测刀具底角半径时，刀具移动半圆的半径L的确定方法如下：

L=K1+TAN(90-B)*H2+K2/2-(K3-(1-COS(B))/SIN(B)*K3)

K1：对刀块前端面的直径；

K2：刀具直径；

K3：刀具底角半径；

B：对刀块圆锥面的角度；

然后，采用雷尼绍探头对对刀块的几何参数进行测量，如果与第一步中的记录值不符，则判定为刀具错误；如果与第一步中的记录值符合，则进入第三步；

第三步、通过雷尼绍探头对机床上待加工零件的特征进行测量，将测量值与加工程序的理论值进行对比，如果与理论值不符，则判定为加工程序调用错误；如果与理论值符合，则进入第四步；

第四步、通过雷尼绍探头对机床上待加工零件的位置进行测量，确定待加工零件的实际工件坐标原点，将其与加工程序中的工件坐标原点进行对比，如果与二者不符，则判定为加工程序中的工件坐标原点错误；如果与理论值符合，则进入第五步；

第五步，雷尼绍探头在无干涉区域进行安全移动，如果移动过程中，碰到障碍物，则判定为待加工零件装夹错误，如果移动过程中，没有碰到障碍物，则调用加工程序对待加工零件进行加工。