CN106938404B - 动态工件平面倾斜量测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动态工件平面倾斜量测方法，适用于一加工机台，该动态工件平面倾斜量测方法的步骤包含：(1)依据该加工机台的至少一加工条件与一对应的主轴负载，以建立一负载关系；(2)取得该加工机台的一主轴负载信号；(3)依据该负载关系与该主轴负载信号，取得一倾斜角度；以及(4)依据该倾斜角度对该加工机台进行一补偿。

Description

动态工件平面倾斜量测方法

技术领域

本发明涉及一种动态工件平面倾斜量测方法，尤其是涉及一种能够动态地量测主轴负载信号，并依据该主轴负载信号与先前所建立的负载关系，对一加工机台进行一补偿动作的方法。

背景技术

在当前的机械加工中，加工机台的平面精度甚为重要，但现有的检测方式使用了千分表或激光干涉仪，并以人力方式于静止的状态下，进行量测工件基准面的动作，用于确认工件表面加工后的精度。

但是上述的量测方式，仍充满许多不准确的因素，例如必须于停机状态及凭借经验人力方能完成，基准面的倾斜度或基转面是否于精度内均无法即时得知与补偿，所以现有的平面精度量测的方式仍有改善的空间。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种动态工件平面倾斜量测方法，其适用于一加工机台，该动态工件平面倾斜量测方法的步骤主要包含：

(1)依据该加工机台的至少一加工条件与一对应的主轴负载，以建立一负载关系；

(2)取得该加工机台的一主轴负载信号；

(3)依据该负载关系与该主轴负载信号，取得一倾斜角度；以及

(4)依据该倾斜角度对该加工机台进行一补偿。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种动态工件平面倾斜量测方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例的倾斜角度、切削路径与切削深度的几何关系示意图；

图3为本发明一实施例的五轴机台于未补偿时的示意图；

图4为本发明一实施例的五轴机台于补偿后的示意图。

符号说明

S1～S4 步骤

10 摇摆轴

11 旋转台

12 工件

120 基准面

θ 倾斜角度

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域中具有通常知识者可由本说明书所揭示的内容，轻易地了解本发明的其他优点与功效。

请配合参考图1所示，本发明是一种动态工件平面倾斜量测方法，广泛地适用于各型加工机台平面倾斜的即时量测，此平面举例为X-Y轴平面。首先本发明一实施例于进行量测之前，将一负载感测器，举例是电流感测器装设于一加工机台的主轴或主轴驱动马达上，此主轴举例为Z轴，而该感测器再电连接到该加工机的控制器，以感测主轴负载的变化并记录，此主轴负载的变化举例是主轴驱动马达电流的变化，或是，该控制器本身即已具备了感测主轴负载变化并可供撷取的功能，本发明均可应用于上述设备而无限制。

本发明一实施例的动态工件平面倾斜量测方法的步骤，举例包含有：

步骤S1，依据加工机台的至少一加工条件与一对应的主轴负载，以建立一负载关系：首先在一已完成平面倾斜校正的加工机台上，依据特定的加工作业，举例针对某特定的工件与刀具，加工条件包括：切深或切削深度、主轴或刀具转速、进给量等，先行对工件进行多次切削，在刀具、切削行程或路径、主轴转速与进给量固定下逐步增加切深，并记录其对应的主轴负载而得出如表一的负载关系，此负载关系将传送至控制器储存，主轴负载可能为一代表值或均值。除非工件材质或其他足以影响主轴负载产生变化的条件改变，每一加工机台的负载关系仅需建立一次即可。

表一，加工条件与主轴负载

步骤S2，取得该加工机台的一主轴负载信号：当一加工机台的负载关系建立完成并储存于控制器后，便可进行例行的切削作业，此作业的加工条件举例是接近或相同于该负载关系中所记载的条件，主轴的驱动马达与控制器之间具有适当的电子接口与转接板，以使马动或主轴负载的变化信号传递到控制器。

当主轴马达运转时，将产生一电流负载信号，此电流负载为一交流电负载信号，通过电子接口与转接板，将交流电负载信号转变为直流电负载信号，并传递至控制器供存取该直流电负载信号，依据该负载信号，以监控主轴负载的变化。

控制器能够依据主轴负载的信号，以判断加工机台对工件的加工动作。该主轴负载信号能够被视为一主轴负载量，若此时的主轴负载信号落于一预设的范围内时，表示加工机台目前平面倾斜程度合于容许范围，实施上将不进入下一步骤，但若超出范围则将进行步骤S3。

步骤S3，依据该负载关系与该主轴负载信号，求得一倾斜角度：举例当于工件上进行切削时，是以一固定周期记录切削路径上主轴负载信号的变化。其中固定周期能够为一设定值，例如若干毫秒检查平面倾斜一次。

由开始切削到完成离开之间的主轴负载信号变化量若不同于一预定值时，则进行一偏差量的计算。请参阅图2所示。偏差量的计算公式如下：

θ＝tan^-1(L/P)

θ为倾斜角度(angle of deviation)；P为切削路径(cutting path)，单位为mm；L为切削深度(cutting depth)，单位为mm。

举例而言，该倾斜角度的取样方式为：

所谓负载满足点为一当主轴负载达到一预定值，例如转速时称之，而切削深度负载量则为当刀具切削工件达到一预定值时称之。

更进一步说明，任意选取一切削路径中的两负载满足点，分别为一第一点与一第二点，第一点为达到切削深度负载量的下一个点，且小于切削负载量的点，第二点为达到负载关系中一切削深度前一级距切深的主轴负载量的下一点，且小于前一级距切深主轴负载量的点，或同一个切削深度级距时，以切削路径中最后一个最接近且小于第一点负载量的点，该点即为取样点。第一点至第二点坐标值的差即为切削路径P，而此二点的对应切深的差则为切削深度L。

当取得二取样点的坐标值后，再利用上述的计算公式可得出一倾斜角度。举例而言，在工件上进行转速3000，进给量1000，深度4mm的切削并取二点负载满足点，分别为A点(X轴位置-19.333，负载量35.56424)、B点(X轴位置-60.733，负载量35.36833)，由表一中换算A点负载35.56424落在切深3mm～4mm之间，依比例关系换算(A点负载量-切深3mm负载量)/(切深4mm负载量-切深3mm负载量)，(35.56424-35.42784)/(35.59341-35.42784)＝0.828321，对应到的实际切深则为(3+0.82831)，即3.823821mm，而B点负载35.36833落在切深2mm～3mm之间，比例换算(B点负载量-切深2mm负载量)/(切深3mm负载量-切深2mm负载量)，(35.36833-35.07572)/(35.42784-35.07572)＝0.830995，对应到的实际切深则为(2+0.830995)，即2.830995mm，再依上述偏差量公式可求出倾斜角度为1.373764°：

tan^-1[|(3.823821-2.830995)|/(|-19.333-(-60.733)|)]＝1.373764°。

步骤S4，依据该倾斜角度对该加工机台进行补偿：于一切削路径，判断倾斜角度是哪一轴所引起，并进行该轴的补偿，控制器能够于进行补偿之前或当中发出一警示信号，该警示信号为一亮光、一警示音或一文字信息。控制器依据该倾斜角度，而使加工机台进行一补偿动作。

举例而言，若加工机台为三轴机台，该三轴为X轴、Y轴与Z轴，并于X轴进行上述非成型区域的切削。

举例若于切削时，侦测到倾斜角度为1°，即上述的θ为1°，并且进行一倾斜高度换算，即上述的切削深度，所以倾斜高度为tan 1°＝0.0174。

如上所述，若得出倾斜高度，可将原有加工坐标值加上倾斜补偿坐标值，即得得出新的加工坐标值。其坐标值表示如下：

X_new＝X_old+X_{title_cmp}(0)

Y_new＝Y_old+Y_{title_cmp}(0)

Z_new＝Z_old+Z_{title_cmp}(0.0174)

其中X_new为X轴的新的加工坐标值；X_old为X轴的原有的加工坐标值；X_{title_cmp}(0)为X轴的倾斜补偿坐标值，于此假设该倾斜补偿坐标值为0，即不补偿X轴向的倾斜。

同理Y_new为Y轴的新的加工坐标值；Y_old为Y轴的原有的加工坐标值；Y_{title_cmp}(0)为Y轴的倾斜补偿坐标值，于此假设该倾斜补偿坐标值为0，即不补偿Y轴向的倾斜。

而Z_new为Z轴的新的加工坐标值；Z_old为Z轴的原有的加工坐标值；Z_{title_cmp}(0.0174)为Z轴的倾斜补偿坐标值，于此假设该切斜补偿坐标值为0.0174，即补偿Z轴向的倾斜。

若加工机台为三轴的机台，当侦测到倾斜时，能够即时动态地对Z轴进行补偿，通常是通过修正Z轴坐标值或其高度以进行平面倾斜的补偿，但并不以此为限。

请配合参考图3与图4所示，若加工机台为五轴的机台时，该机台具有一旋转台11(其旋转轴向上，未绘出)与一摇摆台(未标号，其摇摆轴标号为10)。旋转台11设于摇摆台之上。工件12则置于旋转台11之上，工件顶部具有一基准面120。

举例而言，加工机台的五轴分别为X轴、Y轴、Z轴、B轴与C轴，B轴为摇摆轴，C轴为旋转轴，并于X轴进行上述非成型区域的切削。

对X轴进行切削时，侦测到倾斜角度为1°。如上所述，可将原有加工坐标值加上倾斜补偿坐标值，即得得出新的加工坐标值。其坐标值表示如下：

X_new＝X_old+X_{title_cmp}(0)

Y_new＝Y_old+Y_{title_cmp}(0)

Z_new＝Z_old+Z_{title_cmp}(0)

B_new＝B_old+B_{title_cmp}(1)

C_new＝C_old+C_{title_cmp}(0)

如同前例所述，均不补偿X轴向、Y轴向与Z轴向的倾斜。

B_new为B轴的新的加工坐标值；B_old为B轴的原有的加工坐标值；B_{title_cmp}(1)为B轴的倾斜补偿坐标值，于此假设该倾斜补偿坐标值为1，即补偿B轴向的倾斜。

而C_new为C轴的新的加工坐标值；C_old为C轴的原有的加工坐标值；C_{title_cmp}(0)为C轴的倾斜补偿坐标值，于此假设该倾斜补偿坐标值为0，即不补偿C轴向的倾斜。

加工机台若为五轴机台时，当侦测到倾斜时，能够对Z轴进行补偿，或者使用摇摆轴10、旋转轴11或摇摆轴10与旋转轴11的组合进行一倾斜角度的补偿。

综合上述，本发明先对工件进行一切削动作，用于取得一主轴负载信号，该主轴负载信号能够进一步得出一倾斜补偿坐标值，而使加工机台能够依据该倾斜补偿坐标值进行一补偿动作。由于主轴负载信号可即时取得，当主轴开始动作时，主轴负载信号立即传送至控制器，所以加工机台能够即时做出补偿动作，用于提升工件的加工精度。

以上所述的具体实施例，仅用于例释本发明的特点及功效，而非用于限定本发明的可实施范畴，在未脱离本发明上揭的精神与技术范畴下，任何运用本发明所揭示内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为附上的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种动态工件平面倾斜量测方法，适用于一加工机台，该动态工件平面倾斜量测方法的步骤包含：

(1)依据该加工机台的至少一加工条件与一对应的主轴负载，以建立一负载关系；

(2)取得该加工机台的一主轴负载信号；

(3)依据该负载关系与该主轴负载信号，求得一倾斜角度，其中是依据二取样点的坐标值，以计算出该倾斜角度，其中以该取样点的主轴负载信号于该负载关系中，依比例关系求出该坐标值；以及

(4)依据该倾斜角度对该加工机台进行一补偿。

2.如权利要求1所述的动态工件平面倾斜量测方法，其中该加工条件包含一切深、一主轴转速与一进给量。

3.如权利要求1所述的动态工件平面倾斜量测方法，其中该步骤(2)是以一固定周期取得该主轴负载信号。

4.如权利要求1所述的动态工件平面倾斜量测方法，其中该步骤(2)的该主轴负载信号若不落于一预设范围时，则进行该步骤(3)。

5.如权利要求1所述的动态工件平面倾斜量测方法，其中该步骤(4)是指对该加工机台的Z轴、一摇摆轴或其组合进行该补偿。

6.如权利要求5所述的动态工件平面倾斜量测方法，其中该补偿是指一角度补偿、一高度补偿或其组合。

7.如权利要求1所述的动态工件平面倾斜量测方法，其中该二取样点是于一切削路径中的一第一点与一第二点，该第一点为达到一切削深度负载量的下一个点，且小于该切削深度负载量的点，该第二点为达到该负载关系中一切削深度前一级距切深的主轴负载量的下一点，且小于该前一级距切深的主轴负载量的点。

8.如权利要求7所述的动态工件平面倾斜量测方法，其中该第二点若位于该级距切深时，以该切削路径中最后一个最接近且小于该第一点负载量的点。