CN106738097A - 一种自动仿形编程系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动仿形编程系统及控制方法，自动仿形编程系统包括控制系统、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、工作台、靠模定位装置、人机交互装置及位置检测器；X轴驱动装置、Y轴驱动装置、人机交互装置及位置检测器均与控制系统连接，X轴驱动装置用于驱动工作台或靠模定位装置沿X轴移动，Y轴驱动装置用于驱动工作台或靠模定位装置沿Y轴移动，位置检测器用于检测工作台或靠模定位装置的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统，人机交互装置用于向控制系统输入指令；控制系统通过控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台或靠模定位装置移动使工作台相对靠模定位装置移动。本发明操作简单，能实现木工的自动加工，降低工人劳动强度及安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及木工曲线加工技术领域，更具体地，涉及一种自动仿形编程系统及控制方法。
背景技术
现有的木工曲线加工主要依靠工人手动操作，操作过程中，使待加工工件与仿形模板固定在一起，再手动将待加工工件送至靠模轴承所在位置处，手动控制使仿形模板紧贴靠模轴承移动，以将待加工工件加工成仿形模板形状。这种操作方式存在如下缺陷：仿形模板易变形、磨损，需要经常更换仿形模板；加工工序比较繁琐，生产效率低；对工人的经验要求比较高；工人劳动强度大、安全隐患高，容易造成工人身体劳损及意外事故。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动仿形编程系统，该系统操作简单，能实现木工的自动加工，使用该系统加工木工工件时，对工人的经验要求低，能降低工人劳动强度及安全隐患，能减少仿形模板的使用，进而节省成本。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
提供一种自动仿形编程系统，包括控制系统、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、工作台、靠模定位装置、人机交互装置及位置检测器；X轴驱动装置、Y轴驱动装置、人机交互装置及位置检测器均与控制系统连接，X轴驱动装置用于驱动工作台或靠模定位装置沿X轴移动，Y轴驱动装置用于驱动工作台或靠模定位装置沿Y轴移动，位置检测器用于检测工作台或靠模定位装置的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统，人机交互装置用于向控制系统输入指令；控制系统通过控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台或靠模定位装置移动使工作台相对靠模定位装置移动。
上述方案中，当将仿形模板固定在工作台后，工人利用人机交互装置向控制系统发送指令使X轴驱动装置及Y轴驱动装置运动以使仿形模板紧贴靠模定位装置移动，控制系统根据位置检测器检测的工作台或靠模定位装置的位置信息建立工作台或靠模定位装置的移动轨迹曲线模型，然后将待加工工件安装在工作台上仿形模板所在的位置，控制系统根据已建立的工作台或靠模定位装置的移动轨迹曲线模型控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置运动，即可实现对待加工工件的自动加工。本发明一种自动仿形编程系统，操作简单，能实现木工的自动加工，使用该系统加工木工工件时，对工人的经验要求低，能降低工人劳动强度及安全隐患，能减少仿形模板的使用，进而节省成本。
优选地，所述位置检测器为光栅尺位移传感器、磁栅尺位移传感器或编码器。
优选地，所述靠模定位装置为靠模轴承或靠模定位柱。所述靠模轴承包括固定杆及轴承，轴承与固定杆转动连接，固定杆固定在某一位置不发生移动。
优选地，所述人机交互装置为操作盒。
优选地，X轴驱动装置包括X轴电机及X轴伺服驱动器，X轴电机与工作台连接，X轴伺服驱动器与控制系统连接用于驱动X轴电机转动进而驱动工作台沿X轴移动；Y轴驱动装置包括Y轴电机及Y轴伺服驱动器，Y轴电机与工作台连接，Y轴伺服驱动器与控制系统连接用于驱动Y轴电机转动进而驱动工作台沿Y轴移动。这样设置能精确控制工作台的位置，进而提高工件的加工精度。
优选地，用于检测工作台X轴位置的位置检测器为X轴电机的编码器，X轴电机的编码器将检测到的工作台的X轴位置通过X轴伺服驱动器传送至控制系统保存；用于检测工作台Y轴位置的位置检测器为Y轴电机的编码器，Y轴电机的编码器将检测到的工作台的Y轴位置通过Y轴伺服驱动器传送至控制系统保存。X轴电机的编码器通过X轴电机的转数获取工作台的X轴位置，Y轴电机的编码器通过Y轴电机的转数获取工作台的Y轴位置。这样设置能够精确检测工作台的位置，进而提高工件的加工精度。
优选地，X轴伺服驱动器包括力矩控制模式及位置控制模式，力矩控制模式下控制系统通过X轴伺服驱动器指令控制X轴电机的输出扭矩，位置控制模式下控制系统通过X轴伺服驱动器指令控制X轴电机的位置输出；Y轴伺服驱动器包括力矩控制模式及位置控制模式，力矩控制模式下控制系统通过Y轴伺服驱动器指令控制Y轴电机的输出扭矩，位置控制模式下控制系统通过Y轴伺服驱动器指令控制Y轴电机的位置输出。力矩控制模式下，便于建立工作台移动轨迹的曲线模型，位置控制模式下，便于实现待加工工件的自动加工，以降低人手参与程度及提高加工时的安全性；另外，这样设置便于精确控制工作台的位置，进而进一步提高待加工工件的加工精度。
优选地，人机交互装置上设有手摇杆及控制按键，手摇杆通过控制系统控制X轴驱动装置驱动工作台或靠模定位装置沿X轴移动，手摇杆通过控制系统控制Y轴驱动装置驱动工作台或靠模定位装置沿Y轴移动，控制按键用于切换控制系统的工作方式。这样设置，便于工人操作控制系统。
优选地，控制系统的工作方式包括轨迹采集工作方式及自动加工工作方式。
本发明的另一个目的是提供一种自动仿形控制方法，包括如下步骤：
S1.建立移动轨迹的曲线模型：将仿形模板安装在工作台上，通过控制工作台或靠模定位装置的移动使得靠模定位装置能够紧贴仿形模板相对移动，移动过程中位置检测器检测工作台或靠模定位装置的坐标位置并将其发送至控制系统，控制系统根据接收到的坐标位置建立移动轨迹的曲线模型；
S2.工件的自动加工：卸下仿形模板将待加工的工件安装在工作台上仿形模板所在的位置，通过控制系统控制工作台或靠模定位装置按照步骤S1所建立的移动轨迹的曲线模型移动。
本发明一种自动仿形控制方法，只需要使用一次仿形模板建立工作台或靠模定位装置的移动轨迹曲线模型，即可实现木工工件的批量自动加工，加工木工工件时，对工人的经验要求低，能提高工件的加工效率，降低工人劳动强度及安全隐患。
优选地，步骤S1中，人机交互装置将控制系统切换至轨迹采集工作方式，控制系统通过控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台移动使仿形模板紧贴靠模定位装置移动，移动过程中位置检测器用于检测工作台的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统保存，控制系统根据接收到的工作台的X轴位置与Y轴位置建立工作台移动轨迹的曲线模型。
优选地，步骤S2中，卸下靠模定位装置并将与靠模定位装置尺寸相同的刀具安装在靠模定位装置所在的位置处，通过人机交互装置将控制系统切换至自动加工工作方式，控制系统根据已建立的工作台移动轨迹的曲线模型控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台沿X轴及Y轴移动，以完成刀具对待加工工件的自动加工。
优选地，步骤S1中建立工作台移动轨迹的曲线模型的方式为手动建立方式：利用人机交互装置向控制系统实时输入力矩指令，使控制系统通过X轴伺服驱动器指令X轴电机以输入的力矩值驱动工作台沿X轴移动，通过Y轴伺服驱动器指令Y轴电机以输入的力矩值驱动工作台沿Y轴移动，以使仿形模板紧贴靠模定位装置移动，移动过程中X轴电机的编码器及Y轴电机的编码器分别检测工作台的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统保存，控制系统根据接收到的工作台的X轴位置与Y轴位置建立工作台移动轨迹的曲线模型。
作为另一可替代方案，步骤S1中建立工作台移动轨迹的曲线模型的方式为手动加自动建立方式：利用人机交互装置向控制系统实时输入力矩指令，使控制系统通过X轴伺服驱动器指令X轴电机以输入的力矩值驱动工作台沿X轴移动，通过Y轴伺服驱动器指令Y轴电机以输入的力矩值驱动工作台沿Y轴移动，以使仿形模板紧贴靠模定位装置移动一定距离以产生第一段前导轨迹段，移动过程中X轴电机的编码器及Y轴电机的编码器分别检测工作台的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统保存以得到手动建立的工作台移动轨迹的曲线模型；利用人机交互装置指令控制系统打开力矩自动控制功能，控制系统根据采集到的工作台第一段前导轨迹段的曲线数据计算出第一段前导轨迹段终点位置处靠模定位装置施加给仿形模板的法向力矩与切向力矩，控制系统将该法向力矩与切向力矩转换为X轴伺服驱动器及Y轴伺服驱动器指令给X轴电机及Y轴电机的扭矩，X轴电机及Y轴电机根据该扭矩驱动工作台沿X轴及Y轴移动使仿形模板紧贴靠模定位装置继续移动，移动过程中X轴电机的编码器及Y轴电机的编码器分别检测工作台的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统保存以得到自动建立的工作台移动轨迹的曲线模型，并作为后一段的前导轨迹，以此形成连续曲线模型；具体实施中，根据曲线渐变原理，控制系统根据前一段前导轨迹段的曲线数据计算出前导轨迹段终点位置处靠模定位装置施加给仿形模板的法向力矩与切向力矩，作为该自动仿形编程系统后续驱动之依据，迭代计算，使仿形模板紧贴靠模定位装置持续移动，移动过程中X轴电机的编码器及Y轴电机的编码器分别检测工作台的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统保存以得到自动建立的工作台移动轨迹的连续曲线模型；控制系统将手动建立的工作台移动轨迹的曲线模型与自动建立的工作台移动轨迹的连续曲线模型组合起来以建立工作台移动轨迹的完整曲线模型。
作为又一种可替代方案，步骤S1中建立工作台移动轨迹的曲线模型的方式为完全自动建立方式：利用人机交互装置指令控制系统打开力矩自动控制功能，通过人机交互装置向控制系统输入一个初始的力矩指令，使控制系统通过X轴伺服驱动器指令X轴电机以初始的力矩值驱动工作台沿X轴移动，通过Y轴伺服驱动器指令Y轴电机以初始的力矩值驱动工作台沿Y轴移动，以使仿形模板紧贴靠模定位装置移动，移动过程中X轴电机的编码器及Y轴电机的编码器分别检测工作台的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统保存以得到完全自动建立的工作台移动轨迹的曲线模型。这三种方式均可实现工作台移动轨迹的曲线模型的建立，曲线模型建立后，卸下靠模定位装置并将与靠模定位装置尺寸相同的刀具安装在靠模定位装置所在的位置处，将待加工工件安装在工作台上仿形模板所在的位置，控制系统根据已建立的工作台移动轨迹的曲线模型控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台沿X轴及Y轴移动，即可实现待加工工件的自动加工。
优选地，所述第一段前导轨迹段不小于1㎜。这样设置便于控制系统准确确定前导轨迹段终点位置处需要施加给X轴电机及Y轴电机的扭矩，使得控制系统自动控制工作台移动时能保证仿形模板与靠模定位装置始终紧贴，提高建立的工作台移动轨迹的曲线模型的精度。
优选地，利用人机交互装置向控制系统实时输入力矩指令时，控制系统根据人机交互装置上的手摇杆输入信号的方向大小控制X轴电机及Y轴电机驱动工作台沿X轴及Y轴移动。这样设置便于工人手动操作控制系统控制工作台的移动方向及位置。
优选地，通过点击人机交互装置上相应的控制按键以将控制系统切换至轨迹采集工作方式或自动加工工作方式。控制按键的控制方式便于工人切换控制系统的工作方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种自动仿形编程系统，当将仿形模板固定在工作台后，工人利用人机交互装置向控制系统发送指令使X轴驱动装置及Y轴驱动装置运动以使仿形模板紧贴靠模定位装置移动，控制系统根据位置检测器检测的工作台或靠模定位装置的位置信息建立工作台或靠模定位装置的移动轨迹曲线模型，然后将待加工工件安装在工作台上仿形模板所在的位置，控制系统根据已建立的工作台或靠模定位装置的移动轨迹曲线模型控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置运动，即可实现对待加工工件的自动加工，该自动仿形编程系统操作简单，能实现木工的自动加工，使用该系统加工木工工件时，对工人的经验要求低，能降低工人劳动强度及安全隐患，能减少仿形模板的使用，进而节省成本；本发明一种自动仿形控制方法，只需要使用一次仿形模板建立工作台的移动轨迹曲线模型，即可实现木工工件的批量自动加工，加工木工工件时，对工人的经验要求低，能提高工件的加工效率，降低工人劳动强度及安全隐患。
附图说明
图1为本实施例一种自动仿形编程系统的示意图。
图2为图1中人机交互装置的结构示意图。
图3为基于前导轨迹段确认靠模定位装置施加给仿形模板的法向力矩与切向力矩的示意图。
图4为使用该自动仿形编程系统加工木工工件的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
本发明一种自动仿形编程系统的示意图如图1所示，包括控制系统1、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、工作台6、靠模定位装置8、人机交互装置9及位置检测器；X轴驱动装置、Y轴驱动装置、人机交互装置9及位置检测器均与控制系统1连接，X轴驱动装置用于驱动工作台6或靠模定位装置8沿X轴移动，Y轴驱动装置用于驱动工作台6或靠模定位装置8沿Y轴移动，位置检测器用于检测工作台6或靠模定位装置8的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统1，人机交互装置9用于向控制系统1输入指令；控制系统1通过控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台6或靠模定位装置8移动使工作台6相对靠模定位装置8移动。
当工作台6移动时，可将位置检测器设于工作台6上；当靠模定位装置8移动时，可将位置检测器设于靠模定位装置8上。本实施例中，X轴驱动装置用于驱动工作台6沿X轴移动，Y轴驱动装置用于驱动工作台6沿Y轴移动，工作台6下方设有导轨使得工作台6能沿导轨滑动，具体可参照CN201520496532.9；位置检测器用于检测工作台6的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统1。
使用该自动仿形编程系统加工木工工件时，将仿形模板7固定在工作台6上，工人利用人机交互装置9向控制系统1发送指令使X轴驱动装置及Y轴驱动装置分别驱动工作台6沿X轴及Y轴移动，工作台6运动带动仿形模板7运动，工作台6运动时使仿形模板7紧贴靠模轴承8移动，工作台6运动过程中，位置检测器实时检测工作台6的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统1，控制系统1根据接收到的位置检测器检测的工作台6的位置信息建立工作台6的移动轨迹曲线模型，然后卸下仿形模板7将待加工工件安装在工作台6上仿形模板7所在的位置，再次利用人机交互装置9向控制系统1输入指令，控制系统1根据已建立的工作台6的移动轨迹曲线模型控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台6沿X轴及Y轴移动，以完成工件的自动加工。本发明一种自动仿形编程系统，该系统操作简单，能实现木工的自动加工，使用该系统加工木工工件时，对工人的经验要求低，能降低工人劳动强度及安全隐患，能减少仿形模板7的使用，进而节省成本。该自动仿形编程系统加工木工工件时的示意图如图4所示。
其中，所述位置检测器为光栅尺位移传感器、磁栅尺位移传感器或编码器；本实施例中，位置检测器为编码器。
另外，所述靠模定位装置8为靠模轴承或靠模定位柱。所述靠模轴承包括固定杆及轴承，轴承与固定杆转动连接，固定杆固定在某一位置不发生移动。
其中，所述人机交互装置9为操作盒。
另外，X轴驱动装置包括X轴电机2及X轴伺服驱动器4，X轴电机2与工作台6连接，X轴伺服驱动器4与控制系统1连接用于驱动X轴电机2转动进而驱动工作台6沿X轴移动；Y轴驱动装置包括Y轴电机3及Y轴伺服驱动器5，Y轴电机3与工作台6连接，Y轴伺服驱动器5与控制系统1连接用于驱动Y轴电机3转动进而驱动工作台6沿Y轴移动。这样设置能精确控制工作台6的位置，进而提高工件的加工精度。
其中，用于检测工作台6的X轴位置的位置检测器为X轴电机2的编码器，X轴电机2的编码器将检测到的工作台6的X轴位置通过X轴伺服驱动器4传送至控制系统1保存；用于检测工作台6的Y轴位置的位置检测器为Y轴电机3的编码器，Y轴电机3的编码器将检测到的工作台6的Y轴位置通过Y轴驱动器5传送至控制系统1保存，如图1所示。X轴电机2的编码器通过X轴电机2的转数获取工作台6的X轴位置，Y轴电机3的编码器通过Y轴电机3的转数获取工作台6的Y轴位置。这样设置能够精确检测工作台6的位置，进而提高工件的加工精度。
另外，X轴伺服驱动器4包括力矩控制模式及位置控制模式，力矩控制模式下控制系统1通过X轴伺服驱动器4指令控制X轴电机2的输出扭矩，位置控制模式下控制系统1通过X轴伺服驱动器4指令控制X轴电机2的位置输出；Y轴伺服驱动器5包括力矩控制模式及位置控制模式，力矩控制模式下控制系统1通过Y轴伺服驱动器5指令控制Y轴电机3的输出扭矩，位置控制模式下控制系统1通过Y轴伺服驱动器5指令控制Y轴电机3的位置输出。力矩控制模式下，便于建立工作台6移动轨迹的曲线模型，位置控制模式下，便于实现待加工工件的自动加工，以降低人手参与程度及提高加工时的安全性；另外，这样设置便于精确控制工作台6的位置，进而进一步提高工件的加工精度。
其中，人机交互装置9上设有手摇杆及控制按键，手摇杆通过控制系统1控制X轴驱动装置驱动工作台6或靠模定位装置8沿X轴移动，手摇杆通过控制系统1控制Y轴驱动装置驱动工作台6或靠模定位装置8沿Y轴移动，控制按键用于切换控制系统1的工作方式，如图2所示为本实施例中人机交互装置9的结构示意图。本实施例中，工人用手操作手摇杆，以使控制系统1控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台6分别沿X轴与Y轴移动，这样设置，便于工人操作控制系统1。
另外，控制系统1的工作方式包括轨迹采集工作方式及自动加工工作方式。
本实施例还提供一种自动仿形控制方法，包括如下步骤：
S1.建立移动轨迹的曲线模型：将仿形模板7安装在工作台6上，通过控制工作台6或靠模定位装置8的移动使得靠模定位装置8能够紧贴仿形模板7相对移动，移动过程中位置检测器检测工作台6或靠模定位装置8的坐标位置并将其发送至控制系统1，控制系统1根据接收到的坐标位置建立移动轨迹的曲线模型；
S2.工件的自动加工：卸下仿形模板7将待加工的工件安装在工作台6上仿形模板7所在的位置，通过控制系统1控制工作台6或靠模定位装置8按照步骤S1所建立的移动轨迹的曲线模型移动。
其中，步骤S1中，人机交互装置9将控制系统1切换至轨迹采集工作方式，控制系统1通过控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台6移动使仿形模板7紧贴靠模定位装置8移动，移动过程中位置检测器用于检测工作台6的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统1保存，控制系统1根据接收到的工作台6的X轴位置与Y轴位置建立工作台6移动轨迹的曲线模型。
另外，步骤S2中，卸下靠模定位装置8并将与靠模定位装置8尺寸相同的刀具安装在靠模定位装置8所在的位置处，通过人机交互装置9将控制系统1切换至自动加工工作方式，控制系统1根据已建立的工作台6移动轨迹的曲线模型控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台6沿X轴及Y轴移动，以完成刀具对待加工工件的自动加工。
本发明一种自动仿形控制方法，只需要使用一次仿形模板7建立工作台6的移动轨迹曲线模型，即可实现木工工件的批量自动加工，加工木工工件时，对工人的经验要求低，能提高工件的加工效率，降低工人劳动强度及安全隐患。
其中，步骤S1中建立工作台6移动轨迹的曲线模型的方式共有以下三种：第一种为手动建立方式，第二种为手动加自动建立方式，第三种为完全自动建立方式。
具体地，第一种手动建立方式：利用人机交互装置9向控制系统1实时输入力矩指令，使控制系统1通过X轴伺服驱动器4指令X轴电机2以输入的力矩值驱动工作台6沿X轴移动，通过Y轴伺服驱动器5指令Y轴电机3以输入的力矩值驱动工作台6沿Y轴移动，以使仿形模板7紧贴靠模定位装置8移动，移动过程中X轴电机2的编码器及Y轴电机3的编码器分别检测工作台6的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统1保存，控制系统1根据接收到的工作台6的X轴位置与Y轴位置建立工作台6移动轨迹的曲线模型。
第二种手动加自动建立方式：利用人机交互装置9向控制系统1实时输入力矩指令，使控制系统1通过X轴伺服驱动器4指令X轴电机2以输入的力矩值驱动工作台6沿X轴移动，通过Y轴伺服驱动器5指令Y轴电机3以输入的力矩值驱动工作台6沿Y轴移动，以使仿形模板7紧贴靠模定位装置8移动一定距离以产生第一段前导轨迹段，移动过程中X轴电机2的编码器及Y轴电机3的编码器分别检测工作台6的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统1保存以得到手动建立的工作台6移动轨迹的曲线模型；利用人机交互装置9指令控制系统1打开力矩自动控制功能，控制系统1根据采集到的工作台6第一段前导轨迹段的曲线数据计算出第一段前导轨迹段终点位置处靠模定位装置8施加给仿形模板7的法向力矩与切向力矩，如图3所示，控制系统1将该法向力矩与切向力矩转换为X轴伺服驱动器4及Y轴伺服驱动器5指令给X轴电机2及Y轴电机3的扭矩，X轴电机2及Y轴电机3根据该扭矩驱动工作台6沿X轴及Y轴移动使仿形模板7紧贴靠模定位装置8继续移动，移动过程中X轴电机2的编码器及Y轴电机3的编码器分别检测工作台6的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统1保存以得到自动建立的工作台6移动轨迹的曲线模型，并作为后一段的前导轨迹，以此形成连续曲线模型；具体地，根据曲线渐变原理，控制系统1根据前一段前导轨迹段的曲线数据计算出前导轨迹段终点位置处靠模定位装置8施加给仿形模板7的法向力矩与切向力矩，作为该自动仿形编程系统后续驱动之依据，迭代计算，使仿形模板7紧贴靠模定位装置8持续移动，移动过程中X轴电机2的编码器及Y轴电机3的编码器分别检测工作台6的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统1保存以得到自动建立的工作台6移动轨迹的连续曲线模型；控制系统1将手动建立的工作台移动轨迹的曲线模型与自动建立的工作台移动轨迹的连续曲线模型组合起来以建立工作台移动轨迹的完整曲线模型。
第三种完全自动建立方式：利用人机交互装置9指令控制系统1打开力矩自动控制功能，通过人机交互装置9向控制系统1输入一个初始的力矩指令，使控制系统1通过X轴伺服驱动器4指令X轴电机2以初始的力矩值驱动工作台6沿X轴移动，通过Y轴伺服驱动器5指令Y轴电机3以初始的力矩值驱动工作台6沿Y轴移动，以使仿形模板7紧贴靠模定位装置8移动，移动过程中X轴电机2的编码器及Y轴电机3的编码器分别检测工作台6的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统1保存以得到完全自动建立的工作台6移动轨迹的曲线模型。
以上三种方式均可实现工作台6移动轨迹的曲线模型的建立，本实施例使用第二种，即手动加自动建立方式；工作台6移动轨迹的曲线模型建立后，卸下靠模定位装置8并将与靠模定位装置8尺寸相同的刀具安装在靠模定位装置8所在的位置处，将待加工工件安装在工作台6上仿形模板7所在的位置，控制系统1根据已建立的工作台6移动轨迹的曲线模型控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台6沿X轴及Y轴移动，即可实现待加工工件的自动加工。
另外，所述第一段前导轨迹段不小于1㎜。这样设置便于控制系统1准确确定前导轨迹段终点位置处需要施加给X轴电机2及Y轴电机3的扭矩，使得控制系统1自动控制工作台6移动时能保证仿形模板7与靠模定位装置8始终紧贴，提高建立的工作台6移动轨迹的曲线模型的精度。
其中，利用人机交互装置9向控制系统1实时输入力矩指令时，控制系统1根据人机交互装置9上的手摇杆输入信号的方向大小控制X轴电机2及Y轴电机3驱动工作台6沿X轴及Y轴移动。这样设置便于工人手动操作控制系统1控制工作台6的移动方向及位置。
另外，通过点击人机交互装置9上相应的控制按键以将控制系统1切换至轨迹采集工作方式或自动加工工作方式。控制按键的控制方式便于工人切换控制系统的工作方式。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种自动仿形编程系统，其特征在于，包括控制系统（1）、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、工作台（6）、靠模定位装置（8）、人机交互装置（9）及位置检测器；X轴驱动装置、Y轴驱动装置、人机交互装置（9）及位置检测器均与控制系统（1）连接，X轴驱动装置用于驱动工作台（6）或靠模定位装置（8）沿X轴移动，Y轴驱动装置用于驱动工作台（6）或靠模定位装置（8）沿Y轴移动，位置检测器用于检测工作台（6）或靠模定位装置（8）的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统（1），人机交互装置（9）用于向控制系统（1）输入指令；控制系统（1）通过控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台（6）或靠模定位装置（8）移动使工作台（6）相对靠模定位装置（8）移动。
2.根据权利要求1所述的一种自动仿形编程系统，其特征在于，所述位置检测器为光栅尺位移传感器、磁栅尺位移传感器或编码器。
3.根据权利要求1所述的一种自动仿形编程系统，其特征在于，所述靠模定位装置（8）为靠模轴承或靠模定位柱。
4.根据权利要求1所述的一种自动仿形编程系统，其特征在于，所述人机交互装置（9）为操作盒。
5.根据权利要求1所述的一种自动仿形编程系统，其特征在于，X轴驱动装置包括X轴电机（2）及X轴伺服驱动器（4），X轴电机（2）与工作台（6）连接，X轴伺服驱动器（4）与控制系统（1）连接用于驱动X轴电机（2）转动进而驱动工作台（6）沿X轴移动；Y轴驱动装置包括Y轴电机（3）及Y轴伺服驱动器（5），Y轴电机（3）与工作台（6）连接，Y轴伺服驱动器（5）与控制系统（1）连接用于驱动Y轴电机（3）转动进而驱动工作台（6）沿Y轴移动。
6.根据权利要求5所述的一种自动仿形编程系统，其特征在于，用于检测工作台（6）X轴位置的位置检测器为X轴电机（2）的编码器，X轴电机（2）的编码器将检测到的工作台（6）的X轴位置通过X轴伺服驱动器（4）传送至控制系统（1）保存；用于检测工作台（6）Y轴位置的位置检测器为Y轴电机（3）的编码器，Y轴电机（3）的编码器将检测到的工作台（6）的Y轴位置通过Y轴伺服驱动器（5）传送至控制系统（1）保存。
7.根据权利要求5所述的一种自动仿形编程系统，其特征在于，X轴伺服驱动器（4）包括力矩控制模式及位置控制模式，力矩控制模式下控制系统（1）通过X轴伺服驱动器（4）指令控制X轴电机（2）的输出扭矩，位置控制模式下控制系统（1）通过X轴伺服驱动器（4）指令控制X轴电机（2）的位置输出；Y轴伺服驱动器（5）包括力矩控制模式及位置控制模式，力矩控制模式下控制系统（1）通过Y轴伺服驱动器（5）指令控制Y轴电机（3）的输出扭矩，位置控制模式下控制系统（1）通过Y轴伺服驱动器（5）指令控制Y轴电机（3）的位置输出。
8.根据权利要求1所述的一种自动仿形编程系统，其特征在于，人机交互装置（9）上设有手摇杆及控制按键，手摇杆通过控制系统（1）控制X轴驱动装置驱动工作台（6）或靠模定位装置（8）沿X轴移动，手摇杆通过控制系统（1）控制Y轴驱动装置驱动工作台（6）或靠模定位装置（8）沿Y轴移动，控制按键用于切换控制系统（1）的工作方式。
9.根据权利要求8所述的一种自动仿形编程系统，其特征在于，控制系统（1）的工作方式包括轨迹采集工作方式及自动加工工作方式。
10.一种自动仿形控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.建立移动轨迹的曲线模型：将仿形模板（7）安装在工作台（6）上，通过控制工作台（6）或靠模定位装置（8）的移动使得靠模定位装置（8）能够紧贴仿形模板（7）相对移动，移动过程中位置检测器检测工作台（6）或靠模定位装置（8）的坐标位置并将其发送至控制系统（1），控制系统（1）根据接收到的坐标位置建立移动轨迹的曲线模型；
S2.工件的自动加工：卸下仿形模板（7）将待加工的工件安装在工作台（6）上仿形模板（7）所在的位置，通过控制系统（1）控制工作台（6）或靠模定位装置（8）按照步骤S1所建立的移动轨迹的曲线模型移动。
11.根据权利要求10所述的一种自动仿形控制方法，其特征在于，步骤S1中，人机交互装置（9）将控制系统（1）切换至轨迹采集工作方式，控制系统（1）通过控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台（6）移动使仿形模板（7）紧贴靠模定位装置（8）移动，移动过程中位置检测器用于检测工作台（6）的X轴位置及Y轴位置并将其发送至控制系统（1）保存，控制系统（1）根据接收到的工作台（6）的X轴位置与Y轴位置建立工作台（6）移动轨迹的曲线模型。
12.根据权利要求11所述的一种自动仿形控制方法，其特征在于，步骤S2中，卸下靠模定位装置（8）并将与靠模定位装置（8）尺寸相同的刀具安装在靠模定位装置（8）所在的位置处，通过人机交互装置（9）将控制系统（1）切换至自动加工工作方式，控制系统（1）根据已建立的工作台（6）移动轨迹的曲线模型控制X轴驱动装置及Y轴驱动装置驱动工作台（6）沿X轴及Y轴移动，以完成刀具对待加工工件的自动加工。
13.根据权利要求11所述的一种自动仿形控制方法，其特征在于，步骤S1中建立工作台（6）移动轨迹的曲线模型的方式为手动建立方式：利用人机交互装置（9）向控制系统（1）实时输入力矩指令，使控制系统（1）通过X轴伺服驱动器（4）指令X轴电机（2）以输入的力矩值驱动工作台（6）沿X轴移动，通过Y轴伺服驱动器（5）指令Y轴电机（3）以输入的力矩值驱动工作台（6）沿Y轴移动，以使仿形模板（7）紧贴靠模定位装置（8）移动，移动过程中X轴电机（2）的编码器及Y轴电机（3）的编码器分别检测工作台（6）的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统（1）保存，控制系统（1）根据接收到的工作台（6）的X轴位置与Y轴位置建立工作台（6）移动轨迹的曲线模型。
14.根据权利要求11所述的一种自动仿形控制方法，其特征在于，步骤S1中建立工作台（6）移动轨迹的曲线模型的方式为手动加自动建立方式：利用人机交互装置（9）向控制系统（1）实时输入力矩指令，使控制系统（1）通过X轴伺服驱动器（4）指令X轴电机（2）以输入的力矩值驱动工作台（6）沿X轴移动，通过Y轴伺服驱动器（5）指令Y轴电机（3）以输入的力矩值驱动工作台（6）沿Y轴移动，以使仿形模板（7）紧贴靠模定位装置（8）移动一定距离以产生第一段前导轨迹段，移动过程中X轴电机（2）的编码器及Y轴电机（3）的编码器分别检测工作台（6）的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统（1）保存以得到手动建立的工作台（6）移动轨迹的曲线模型；利用人机交互装置（9）指令控制系统（1）打开力矩自动控制功能，控制系统（1）根据采集到的工作台（6）第一段前导轨迹段的曲线数据计算出第一段前导轨迹段终点位置处靠模定位装置（8）施加给仿形模板（7）的法向力矩与切向力矩，控制系统（1）将该法向力矩与切向力矩转换为X轴伺服驱动器（4）及Y轴伺服驱动器（5）指令给X轴电机（2）及Y轴电机（3）的扭矩，X轴电机（2）及Y轴电机（3）根据该扭矩驱动工作台（6）沿X轴及Y轴移动使仿形模板（7）紧贴靠模定位装置（8）继续移动，移动过程中X轴电机（2）的编码器及Y轴电机（3）的编码器分别检测工作台（6）的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统（1）保存以得到自动建立的工作台（6）移动轨迹的曲线模型，并作为后一段的前导轨迹，以此形成连续曲线模型；控制系统（1）将手动建立的工作台（6）移动轨迹的曲线模型与自动建立的工作台（6）移动轨迹的连续曲线模型组合起来以建立工作台（6）移动轨迹的完整曲线模型。
15.根据权利要求11所述的一种自动仿形控制方法，其特征在于，步骤S1中建立工作台（6）移动轨迹的曲线模型的方式为完全自动建立方式：利用人机交互装置（9）指令控制系统（1）打开力矩自动控制功能，通过人机交互装置（9）向控制系统（1）输入一个初始的力矩指令，使控制系统（1）通过X轴伺服驱动器（4）指令X轴电机（2）以初始的力矩值驱动工作台（6）沿X轴移动，通过Y轴伺服驱动器（5）指令Y轴电机（3）以初始的力矩值驱动工作台（6）沿Y轴移动，以使仿形模板（7）紧贴靠模定位装置（8）移动，移动过程中X轴电机（2）的编码器及Y轴电机（3）的编码器分别检测工作台（6）的X轴位置及 Y轴位置并将其发送至控制系统（1）保存以得到完全自动建立的工作台（6）移动轨迹的曲线模型。
16.根据权利要求14所述的一种自动仿形控制方法，其特征在于，所述第一段前导轨迹段不小于1㎜。
17.根据权利要求13或14所述的一种自动仿形控制方法，其特征在于，利用人机交互装置（9）向控制系统（1）实时输入力矩指令时，控制系统（1）根据人机交互装置（9）上的手摇杆输入信号的方向大小控制X轴电机（2）及Y轴电机（3）驱动工作台（6）沿X轴及Y轴移动。
18.根据权利要求11或12所述的一种自动仿形控制方法，其特征在于，通过点击人机交互装置（9）上相应的控制按键以将控制系统（1）切换至轨迹采集工作方式或自动加工工作方式。
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