CN104907633A - 基于数控系统实现切割刀具z轴位置自动校正的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其中包括：所述的数控系统判断工件的厚度和所述的工件放在工作台上的倾斜程度；所述的数控系统根据判断结果选择不同的测高点；所述的数控系统在各个测高点对所述的工件进行机械坐标的测量；所述的数控系统在所述的各个测高点校正所述的切割刀具在Z轴的位置。采用本发明的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，通过自动校正工件原点的方法用以校正Z轴竖直方向切割刀具与切割材料表面距离，以求达到最佳的切割效果，提高了工件加工效率，改进了水切割加工效果，具有广泛的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，尤其涉及数控加工自动校正技术领域，具体是指一种基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法。
背景技术
目前现状，随着中国制造业的发展和电子技术的发展，数控机床技术的发展也越来越迅速。而水切割因为它的一系列优点，如能成型各种复杂图案、不产生热变形或热效应、可加工各种高硬度的材料、切口光滑无熔渣、可一次完成钻孔，切割，成型工作、生产成本低、自动化程度高、24小时连续工作等，也构成了数控切割领域不可或缺的重要一部分。市场对水切割的需求日渐增大，对水切割的切割效果要求和工艺要求也是越来越高。
而在水切割的切割工艺中，加工过程中Z轴在距离工件表面多高位置设置工件坐标零点很讲究。针对不同厚度，不同种类的切割材料，加工过程中用到的切割压力，切割速度都是不同的，Z轴水刀头距离工件表面的位置也需要定位到一个合适的高度，且在整个加工过程中一直保存这个高度，若是Z轴水刀头距离工件表面的位置偏高，可能会导致切割工件切不透、有毛刺等，导致了水切割产品的次品率增加，加工效率降低。水刀头距离工件表面的Z轴位置偏低，可能会导致水切割刀头碰到工件而导致水刀头损坏的危险。
目前，常见以下三种情况导致在水切割过程中水切割刀头距离工件表面的距离不准确：(1)待加工工件放到工作台后，用户需手动测量工件表面到水切割刀头的距离，手动测量高度可能不准确；(2)一套水切割机床，随着使用时间的增长，水切割工作台表面的栅格由于高压水的长期冲刷，可能本身工作台表面就不是平整的，所以导致放到工作台上放置的待加工工件本来就歪掉了，歪掉的工件上每一点到水切割喷嘴的Z轴距离都是不一样的；(3)无论工作台表面是否平整，若待加工工件厚度不一，不平整，表面凹凸不平，那么工件上每一点到水切割喷嘴的Z轴距离也是不固定的。
上面几种无法准自动且准确量工件表面到水切割刀头的距离的情况，就会导致工件在Z轴的原点坐标不精确，导致加工工件达不到理想效果。目前，水切割机器制造厂商已经针对手动测量Z轴工件零点的不准确的问题提出一种改进方案，发明了一种测高仪器装置，这种水切割测高仪器能够支持从Z轴向下弹出，且检测到工件表面的时候会发出信号。目前这种测高仪器解决了手动测量Z轴工件原点不准的问题，但依旧没办法实现设置工件原点的自动化，且当工作台面上的工件放置倾斜的话，也没有办法动态的校正工件在Z轴的原点坐标，依旧无法解决上面提到的三种导致在水切割过程中水切割刀头距离工件表面的距离不准确的状况。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，针对切割材料的材质不同导致的厚度不同，和放置在水切割工作台面上的倾斜程度不同，提供了一种自动完成确定工件在Z轴的原点坐标，并在加工过程中根据工件的倾斜程度自动调整工件在Z轴的原点坐标的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法。
为了实现上述目的，本发明的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法具有如下构成：
该基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的数控系统判断工件的厚度和所述的工件放在工作台上的倾斜程度；
(2)所述的数控系统根据判断结果选择不同的测高点；
(3)(3)所述的数控系统在各个测高点对所述的工件进行机械坐标的测量；
(4)所述的数控系统在所述的各个测高点校正所述的切割刀具在Z轴的位置。
进一步地，所述的数控系统检测工件的厚度和所述的工件放在工作台上的倾斜程度，包括以下步骤：
(1.1)所述的数控系统判断所述的工件的厚度是否一致；
(1.2)如果判断结果为所述的工件的厚度不一致，则继续步骤(1.3)，否则继续步骤(2)；
(1.3)所述的数控系统判断所述的工件放在工作台上的倾斜程度。
更进一步地，所述的数控系统根据判断结果选择不同的测高点，包括以下步骤：
(2.1)如果所述的判断结果为所述的工件的厚度不一致，则继续步骤(2.2)，否则继续步骤(2.3)；
(2.2)所述的数控系统设置一采样参数，并以所述的工件的加工文件的起始点作为起点和所述的采样参数为距离取有限个测高点，以及返回上述步骤(3)；
(2.3)如果所述的判断结果为所述的工件放在所述的工作台上无倾斜，则继续步骤(2.4)，否则继续步骤(2.5)；
(2.4)所述的数控系统取所述的加工文件的起始点作为所述的测高点；
(2.5)所述的数控系统在所述的工件上大范围取有限个点作为测高点。
再进一步地，所述的数控系统在所述的工件上大范围取有限个点作为测高点，具体为：
所述的数控系统在所述的工件上大范围取三个点作为测高点，选取的三个点中任意两点不重合且三个点不在同一条直线上。
进一步地，所述的数控系统在所述的各个测高点校正所述的切割刀具在Z轴的位置，包括以下步骤：
(4.1)所述的数控系统计算所述的切割刀具在所述的各个测高点关于Z轴方向的高度差；
(4.2)所述的数控系统根据高度差校正所述的切割刀具在所述的各个测高点关于Z轴方向的位置。
更进一步地，所述的数控系统根据高度差校正所述的切割刀具在所述的各个测高点关于Z轴方向的位置，具体为：
所述的数控系统在所述的各个测高点将所对应工件机械坐标与所述的高度差进行相加，并根据相加结果重新确定工件原点的Z轴坐标值。
更进一步地，所述的步骤(1)之前，包括以下步骤：
(0.1)所述的数控系统确定所述的工件的原点坐标。
更进一步地，所述的步骤(0.1)之后，还包括以下步骤：
(0.2)所述的数控系统确定所述的切割刀具在Z轴方向距离所述的工件表面的理想距离。
更进一步地，所述的高度差为所述的理想距离与所述的切割刀具在测高点关于Z轴方向距离所述的工件表面的实际距离的差值。
采用了本发明的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，通过自动校正工件原点的方法用以校正Z轴竖直方向切割刀具与切割材料表面距离，以求达到最佳的切割效果，在水切割技术领域，主要具有以下进步：
1、解决了水切割系统加工过程中无法自动化和准确设置工件在Z轴的原点坐标的问题；
2、解决了水切割系统加工过程中工件厚度不同，或者放置到工作台面上Z轴倾斜程度不同时无法自动校正工件在Z轴的原点坐标的问题；
3、提高了工件加工效率，改进了切割加工效果；
此外，该方法不仅可以应用于水切割技术领域，也可以扩展到其他切割技术领域，移植性强，具有更广泛的应用范围。
附图说明
图1为本发明的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法的流程图。
图2为本发明应用于水切割技术的整体流程图。
图3为本发明应用于水切割技术的测高仪测高流程图。
图4为本发明应用于水切割技术的部分流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
请参阅图1，在一种实施方式中，本发明的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法包括以下步骤：
(1)所述的数控系统判断工件的厚度和所述的工件放在工作台上的倾斜程度；
(2)所述的数控系统根据判断结果选择不同的测高点；
(3)所述的数控系统在各个测高点对所述的工件进行机械坐标的测量；
(4)所述的数控系统在所述的各个测高点校正所述的切割刀具在Z轴的位置。
在一种优选的实施方式中，所述的数控系统检测工件的厚度和所述的工件放在工作台上的倾斜程度，包括以下步骤：
(1.1)所述的数控系统判断所述的工件的厚度是否一致；
(1.2)如果判断结果为所述的工件的厚度不一致，则继续步骤(1.3)，否则继续步骤(2)；
(1.3)所述的数控系统判断所述的工件放在工作台上的倾斜程度。
在一种更优选的实施方式中，所述的数控系统根据判断结果选择不同的测高点，包括以下步骤：
(2.1)如果所述的判断结果为所述的工件的厚度不一致，则继续步骤(2.2)，否则继续步骤(2.3)；
(2.2)所述的数控系统设置一采样参数，并以所述的工件的加工文件的起始点作为起点和所述的采样参数为距离取有限个测高点，以及返回上述步骤(3)；
(2.3)如果所述的判断结果为所述的工件放在所述的工作台上无倾斜，则继续步骤(2.4)，否则继续步骤(2.5)；
(2.4)所述的数控系统取所述的加工文件的起始点作为所述的测高点；
(2.5)所述的数控系统在所述的工件上大范围取有限个点作为测高点。
在一种优选的实施方式中，所述的数控系统在所述的各个测高点校正所述的切割刀具在Z轴的位置，包括以下步骤：
(4.1)所述的数控系统计算所述的切割刀具在所述的各个测高点关于Z轴方向的高度差；
(4.2)所述的数控系统根据高度差校正所述的切割刀具在所述的各个测高点关于Z轴方向的位置。
在一种更优选的实施方式中，所述的数控系统根据高度差校正所述的切割刀具在所述的各个测高点关于Z轴方向的位置，具体为：
所述的数控系统在所述的各个测高点将所对应工件机械坐标与所述的高度差进行相加，并根据相加结果重新确定工件原点的Z轴坐标值。
在一种更优选的实施方式中，所述的步骤(1)之前，包括以下步骤：
(0.1)所述的数控系统确定所述的工件的原点坐标。
在一种更优选的实施方式中，所述的步骤(0.1)之后，还包括以下步骤：
(0.2)所述的数控系统确定所述的切割刀具在Z轴方向距离所述的工件表面的理想距离。
在一种更优选的实施方式中，所述的高度差为所述的理想距离与所述的切割刀具在测高点关于Z轴方向距离所述的工件表面的实际距离的差值。
以水切割技术为例，举例说明本发明提供的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法的应用，该方法建立在用户的水切割机床配备测高仪器的前提下，对配备了测高仪器的水切割机床提供一种自动校正工件原点的方法，该方法实现用户只要把工件放置到工作台之后，点击开始加工，便自动完成确定工件在Z轴的原点坐标，并在加工过程中根据工件的倾斜程度自动调整工件在Z轴的原点坐标以达到自动校正工件在Z轴的位置，结合图2，该方法的步骤如下：
1)先将工件放置到工作台面上；
2)工件在X，Y，Z轴上先回机械原点，确定工件在X，Y轴上的原点坐标；
3)确定测高仪器关于测高头距离水切割喷嘴处的X轴偏置值和Y轴偏置值，以及确定水切割正常加工时水切割喷嘴应该距离工件表面的Z轴理想距离；
其中，测高仪器的测高头距离水切割喷嘴处X轴偏置值和Y轴偏置值，客户根据自身需要确定水切割正常加工时水切割喷嘴应该距离工件表面的Z轴理想距离；
4)开始加工；
5)根据工件的厚度和放置到工作台平面上的倾斜程度情况，选择不同的测高方式，从而采用不同确定Z轴工件原点的方式，在加工开始的位置或者加工过程中重新确定Z轴的工件原点坐标；
其中，具体步骤如图4所示，包括：
5.1)确定工件放置到工作台平面上的倾斜程度情况是如下5.1.1)，5.1.2)和5.1.3)的哪一种：
5.1.1)工件厚度一致，工件放置到工作台平面后，Z轴方向无倾斜；
5.1.2)工件厚度一致，工件放置到工作台平面后，Z轴方向有倾斜；
5.1.3)工件厚度不一致，工件表面凹凸不平，无论工作台表面是否平整，工件放置到工作台表面的时候，Z轴方向总是有倾斜；
5.2)根据不同的倾斜状况选择在加工开始和加工过程中不同的测高采点方式：
5.2.1)若上一个步骤工件倾斜和工作台倾斜情况为5.1.1)，则选取的测高点是：文件起始点；
5.2.2)若上一个步骤工件倾斜和工作台倾斜情况为5.1.2)，则选取的测高点是：工件上大范围获取3点，选取的3点中任意2点不重合且3点不在同一条直线上，为的是根据3点能确定工作台面上工件的整个倾斜程度，从而达到自动校正Z轴原点坐标的效果；
5.2.3)若上一个步骤工件倾斜和工作台倾斜情况为5.1.3)，则选取的测高点是：文件开始的位置采取一次测高点，之后每隔一段固定的距离采取一点来测高，这个每隔一段固定距离是可以人为设置的；
5.3)根据上一步骤采点方式5.2.1)，5.2.2)和5.2.3)，对采样的不同的测高点进行测高，测高的细节步骤如图3所示，包括：
步骤1：测高仪仪器关闭，这是因为测高仪器在测高之前，必须先移动到测高的开始点，若是这时候测高仪器是打开的状态，测高仪器有可能会碰触工作台表面，若工作台上加工材料本身放置倾斜，测高仪移动到测高的开始点时可能会撞击到加工材料，导致测高仪器损坏，所以测高仪器关闭先要确认关闭，确保测高仪器初始化到一个正确的状态；
步骤2：在一段延时时间内检测测高仪仪器关闭到位信号，若是没有检测到，测高失败，否则进行步骤3；
步骤3：将测高仪器的刀头移到采样点，即文件头开始位置；
步骤4：测高仪器弹出；
步骤5：在一段延时时间内检测测高仪器弹出到位信号，没检测到，测高失败，否则进行步骤6；
步骤6：测高仪沿着Z轴方向向下移动；
步骤7：在一段延时时间内测高仪器检测到测高信号，即接触到工件表面的信号后，进行步骤8，否则测高失败。
步骤8：确定测高仪器测量水切割喷嘴距离工件表面的Z轴实际距离，从而得到：
高度差＝理想距离-实际距离；
步骤9：记录测高仪器到工件表面时候的机械坐标值A；
步骤10：测高仪器收回；
步骤11：在一段延时时间内检测测高仪器收回到位信号，检测到了，进行步骤11，否则测高失败；
步骤12：在步骤9中记录的机械坐标加上高度差，从而重新确定工件在Z轴的原点坐标的位置。
6)判断工件在测高点是否都校正完毕，校正完毕后加工结束。
此外，对于水切割机床台面放置工件进行加工时，若是切换不同批次的材料，每批次的材料厚度不同时，也可以使用本发明提供的方法，从而能够确保加工工件时水切割刀头距离工件表面距离。
采用了本发明的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，通过自动校正工件原点的方法用以校正Z轴竖直方向水切割喷嘴与切割材料表面距离，以求达到最佳的水射流切割效果，主要具有以下进步：
1、解决了水切割系统加工过程中无法自动化和准确设置工件在Z轴的原点坐标的问题；
2、解决了水切割系统加工过程中工件厚度不同，或者放置到工作台面上Z轴倾斜程度不同时无法自动校正工件在Z轴的原点坐标的问题；
3、提高了工件加工效率，改进了水切割加工效果；
此外，该方法不仅可以应用于水切割技术领域，也可以扩展到其他切割技术领域，移植性强，具有更广泛的应用范围。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (9)
1.一种基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)所述的数控系统判断工件的厚度和所述的工件放在工作台上的倾斜程度；
(2)所述的数控系统根据判断结果选择不同的测高点；
(3)所述的数控系统在各个测高点对所述的工件进行机械坐标的测量；
(4)所述的数控系统在所述的各个测高点校正所述的切割刀具在Z轴的位置。
2.根据权利要求1所述的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其特征在于，所述的数控系统检测工件的厚度和所述的工件放在工作台上的倾斜程度，包括以下步骤：
(1.1)所述的数控系统判断所述的工件的厚度是否一致；
(1.2)如果判断结果为所述的工件的厚度不一致，则继续步骤(1.3)，否则继续步骤(2)；
(1.3)所述的数控系统判断所述的工件放在工作台上的倾斜程度。
3.根据权利要求2所述的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其特征在于，所述的数控系统根据判断结果选择不同的测高点，包括以下步骤：
(2.1)如果所述的判断结果为所述的工件的厚度不一致，则继续步骤(2.2)，否则继续步骤(2.3)；
(2.2)所述的数控系统设置一采样参数，并以所述的工件的加工文件的起始点作为起点和所述的采样参数为距离取有限个测高点，以及返回上述步骤(3)；
(2.3)如果所述的判断结果为所述的工件放在所述的工作台上无倾斜，则继续步骤(2.4)，否则继续步骤(2.5)；
(2.4)所述的数控系统取所述的加工文件的起始点作为所述的测高点；
(2.5)所述的数控系统在所述的工件上大范围取有限个点作为测高点。
4.根据权利要求3所述的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其特征在于，所述的数控系统在所述的工件上大范围取有限个点作为测高点，具体为：
所述的数控系统在所述的工件上大范围取三个点作为测高点，选取的三个点中任意两点不重合且三个点不在同一条直线上。
5.根据权利要求1所述的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其特征在于，所述的数控系统在所述的各个测高点校正所述的切割刀具在Z轴的位置，包括以下步骤：
(4.1)所述的数控系统计算所述的切割刀具在所述的各个测高点关于Z轴方向的高度差；
(4.2)所述的数控系统根据高度差校正所述的切割刀具在所述的各个测高点关于Z轴方向的位置。
6.根据权利要求5所述的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其特征在于，所述的数控系统根据高度差校正所述的切割刀具在所述的各个测高点关于Z轴方向的位置，具体为：
所述的数控系统在所述的各个测高点将所对应工件机械坐标与所述的高度差进行相加，并根据相加结果重新确定工件原点的Z轴坐标值。
7.根据权利要求6所述的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其特征在于，所述的步骤(1)之前，包括以下步骤：
(0.1)所述的数控系统确定所述的工件的原点坐标。
8.根据权利要求7所述的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其特征在于，所述的步骤(0.1)之后，还包括以下步骤：
(0.2)所述的数控系统确定所述的切割刀具在Z轴方向距离所述的工件表面的理想距离。
9.根据权利要求8所述的基于数控系统实现切割刀具Z轴位置自动校正的方法，其特征在于，所述的高度差为所述的理想距离与所述的切割刀具在测高点关于Z轴方向距离所述的工件表面的实际距离的差值。
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