CN107442953A - 一种激光切管机加工偏差的补偿方法 - Google Patents

一种激光切管机加工偏差的补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光切管机加工偏差的补偿方法，该方法包括：装夹管材，调整所述管材夹持部分中心线与所述旋转中心轴重合；对所述管材切割截面的四个边上各取两个测量点，记录各测量点的坐标值；根据公式计算所述管材切割截面的中心坐标偏差值及角度偏差值；将计算获得的中心坐标偏差值及角度偏差值，录入到所述数控系统，进行偏差补偿。本发明能够解决因管材变形导致的加工偏差问题，保证管材的加工精度。

Description

一种激光切管机加工偏差的补偿方法
技术领域
本发明属于激光加工领域，具体涉及一种激光切管机加工偏差的补偿方法。
背景技术
现有 激光切管机通常是采用两个同步四爪数控气动旋转卡盘夹持工件，其中一个卡盘为动卡盘，实现对工件的进给动作，激光切割头及随动系统固定在Y轴上，实现对管材的切割。现有激光切管机加工产品的精度通常由以下三个方面的因素决定：1、管材夹持在卡盘上的位置偏差ΔX,Δy，如图1所示；2、管材夹持在卡盘上的角度偏差Δλ，如图2所示；3、激光切割头原点在X轴上与卡盘回转中心的偏差ΔX1，如图3所示。
针对管材夹持在卡盘上的位置偏差ΔX,Δy，现有技术通常是采用调整卡爪装夹位置的方式，来消除其偏差值；针对管材在卡盘上的角度偏差Δλ，通过在管材上方沿X轴移动激光切割头，利用激光切割头随动系统上的感应传感器，在管材上找两个点，如图4所示，并分别确定其坐标值 ，通过计算激光切割头移动的X距离和两点在Y轴上的差值Y，计算出管材的角度偏差Δλ，然后校正Δλ。针对激光切割头原点在X轴上与卡盘回转中心的偏差ΔX1，在校正Δλ后，激光切割头继续在X轴上移动，分别在找到管材两边界的时候，记录激光切割头的位置X1、X2,然后计算平均值得到激光切割头在管材中心时，激光切割头旋转中心位置X0,校正偏差值ΔX1，该项偏差为设备的机械装配偏差，在出厂前调试好之后无需额外调整。
以上的校正方法，在管材是理想的情况下是完全可行的，但是在实际生产中，遇到的情况通常是待加工的管材可能是弯曲变形的，在这种情况下，即使通过上面的调整方法校正，使卡盘夹紧处管材中心与卡盘旋转中心是重合状态，然而因为管材变形的原因，在激光切割头下方的管材切割截面中心与卡盘的旋转中心的偏差值仍然存在，若仍然按照原程序生成的加工轨迹进行切割，必然会产生加工偏差。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明一种激光切管机加工偏差的补偿方法，以解决上述技术问题。
一种激光切管机加工偏差的补偿方法，包括机座、四爪卡盘、激光切割头及数控系统，所述四爪卡盘夹持管材，所述四爪卡盘中心轴为旋转中心轴，所述管材为方管或矩形管，其特征在于所述方法包括以下步骤:
S1、装夹管材，调整所述管材夹持部分中心线与所述旋转中心轴重合；
S2、对所述管材切割截面的四个边上各取两个测量点，记录各测量点的坐标值；
S3、根据公式计算所述管材切割截面的中心坐标偏差值及角度偏差值；
S4、将计算获得的中心坐标偏差值及角度偏差值，录入到所述数控系统，进行偏差补偿。
其中，作为优选：在所述步骤S2中，将所述管材切割截面的上部设为第一边，将所述管材切割截面绕旋转中心轴，朝一特定方向依次旋转90度、180度、270度，分别获得对应的第二边、第三边、第四边。
其中，作为优选：在所述第一边、第二边、第三边、第四边上，分别各取两个测量点，并记录其坐标值(P1x，P1y），（P2x，P2y），(P3x,P3y),(P4x,P4y),(P5x,P5y),(P6x,P6y),(P7x,P7y),(P8x,P8y)。
其中，作为优选：在所述步骤S3中，所述公式为：
ΔX=AVERAGE((P3y - P7y)/2, (P4y – P8y)/2)，
ΔY=AVERAGE((P1y – P5y)/2, (P2y – P6y)/2)，
Δλ= AVERAGE(ATAN(P1y- P2y)/( P1x- P2x), ATAN(P3y- P4y)/( P3x- P4x),ATAN(P5y- P6y)/( P5x- P6x), ATAN(P7y- P8y)/( P7x- P8x))；
其中，ΔX、ΔY为所述管材切割截面的中心坐标偏差值，Δλ为所述管材切割截面的角度偏差值。
其中，作为优选：所述数控系统中设置有偏差补偿单元。
其中，作为优选：所述的偏差补偿单元，对所述激光切割头的切割坐标的输出值进行整体偏置。
本发明的有益效果是：采用本方法可以计算出管材切割截面中心的坐标偏差值，及管材切割截面的角度偏差值，并将该偏差值导入到数控系统的偏差补偿单元，对激光切割头的切割坐标的输出值进行整体偏置，激光切割头便会根据管材实际的切割截面进行切割加工，避免了因管材变形导致加工程序与管材实际切割位置不对应产生的偏差，从而能够保证产品的加工精度。
附图说明
图1为现有技术管材装夹的位置偏差示意图；
图2为现有技术管材装夹的角度偏差示意图；
图3为现有技术激光切割头原点与卡盘回转中心的偏差示意图；
图4为现有技术校正管材装夹角度偏差的示意图；
图5为激光切管机的工作示意图；
图6为本发明一种激光切管机加工偏差的补偿方法的选点示意图；
附图中的标号分别表示为：
1、四爪卡盘；2、机座；3、管材；31、第一边；32、第二边；33、第三边；34、第四边；4、激光切割头；5、感应传感器。
具体实施方式
现结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
如图5所示，本发明提供一种激光切管机加工偏差的补偿方法，包括机座2、四爪卡盘1、激光切割头4及数控系统，所述四爪卡盘1夹持管材3，所述四爪卡盘1中心轴为旋转中心轴，所述管材3为方管或矩形管，其特征在于所述方法包括以下步骤:
S1、装夹管材，调整所述管材夹持部分中心线与所述旋转中心轴重合；
在本实施方式中，装夹的管材3为方管或矩形管，在装夹管材3时，如图1所示，通过调整四爪卡盘1的卡爪来消除管材的位置偏差ΔX,Δy；如图4所示，在管材3上方沿X轴方向移动激光切割头4，在管材3上选取两个点，利用激光切割头4随动系统上的感应传感器5，分别记录两点的坐标值，通过计算激光切割头4移动的X距离和两点在Y轴上的差值Y，计算出管材3的角度偏差Δλ，然后来校正其角度Δλ。使管材3夹持部分的中心线与旋转中心轴重合。
S2、对所述管材切割截面的四个边上各取两个测量点，记录各测量点的坐标值；
在本实施方式中，如图6所示，将激光切割头4移动至管材3所需切割截面的上方，设定管材切割截面上部为第一边31，将激光切割头4沿第一边31上移动，在第一边31上选取两个测量点P1、P2，并利用激光切割头4随动系统上的感应传感器5记录P1、P2两点的坐标值(P1x，P1y），（P2x，P2y）；将管材3朝一特定方向依次旋转90度、180度、270度，分别获得管材切割截面对应的第二边32、第三边33、第四边34，采用与第一边31上选取连个测量点相同的方法，分别在第二边32上选取两个测量点P3、P4，并记录其坐标值(P3x,P3y),(P4x,P4y)；在第三边33上选取两个测量点P5、P6，并记录其坐标值(P5x,P5y),(P6x,P6y)；在第四边34上选取两个测量点P7、P8，并记录其坐标值(P7x,P7y),(P8x,P8y)。
S3、根据公式计算所述管材切割截面的中心坐标偏差值及角度偏差值；
在本实施方式中，将管材切割截面四个边上选取的八个点的坐标值，导入到公示中，计算出管材切割截面的中心坐标偏差值和角度偏差值：
ΔX=AVERAGE((P3y - P7y)/2, (P4y – P8y)/2)，
ΔY=AVERAGE((P1y – P5y)/2, (P2y – P6y)/2)，
Δλ= AVERAGE(ATAN(P1y- P2y)/( P1x- P2x), ATAN(P3y- P4y)/( P3x- P4x),ATAN(P5y- P6y)/( P5x- P6x), ATAN(P7y- P8y)/( P7x- P8x))；
其中，ΔX、ΔY为所述管材切割截面的中心坐标偏差值，Δλ为所述管材切割截面的角度偏差值。
S4、将计算获得的中心坐标偏差值及角度偏差值，录入到所述数控系统，进行偏差补偿。
在本实施方式中，数控系统原有的加工轨迹默认的管材是无弯曲变形的理想状态，在实际加工的管材存在弯曲变形的情况下，按照数控系统原有的加工轨迹来进行切割加工，必然会出现切割偏差。而将计算出的管材切割截面的中心坐标偏差值ΔX、ΔY，角度偏差值Δλ，导入到数控系统中的偏差补偿单元，数控系统便按照管材真实的切割截面生成加工轨迹，对激光切割头4的切割坐标的输出值进行整体偏置，激光切割头4即会根据管材的实际加工截面进行切割加工，从而保证了管材切割加工的精度。
总的来说，本发明一种激光切管机加工偏差的补偿方法，通过计算管材切割截面中心的坐标偏差值ΔX、ΔY，角度偏差值Δλ，并将该三项偏差值导入到数控系统中的偏差补偿单元，数控系统便按照管材真实的切割截面生成加工轨迹，根据真实的管材位置进行切割加工，避免了因管材变形而导致的加工偏差，保证了最终的产品加工精度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种激光切管机加工偏差的补偿方法，包括机座、四爪卡盘、激光切割头及数控系统，所述四爪卡盘夹持管材，所述四爪卡盘中心轴为旋转中心轴，所述管材为方管或矩形管，其特征在于所述方法包括以下步骤:
S1、装夹管材，调整所述管材夹持部分中心线与所述旋转中心轴重合；
S2、对所述管材切割截面的四个边上各取两个测量点，记录各测量点的坐标值；
S3、根据公式计算所述管材切割截面的中心坐标偏差值及角度偏差值；
S4、将计算获得的中心坐标偏差值及角度偏差值，录入到所述数控系统，进行偏差补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述步骤S2中，将所述管材切割截面的上部设为第一边，将所述管材切割截面绕旋转中心轴，朝一特定方向依次旋转90度、180度、270度，分别获得对应的第二边、第三边、第四边。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一边、第二边、第三边、第四边上，分别各取两个测量点，并记录其坐标值(P1x，P1y），（P2x，P2y），(P3x,P3y),(P4x,P4y),(P5x,P5y),(P6x,P6y), (P7x,P7y),(P8x,P8y)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述公式为：
ΔX=AVERAGE((P3y - P7y)/2, (P4y – P8y)/2)，
ΔY=AVERAGE((P1y – P5y)/2, (P2y – P6y)/2)，
Δλ= AVERAGE(ATAN(P1y- P2y)/( P1x- P2x), ATAN(P3y- P4y)/( P3x- P4x),ATAN(P5y- P6y)/( P5x- P6x), ATAN(P7y- P8y)/( P7x- P8x))；
其中，ΔX、ΔY为所述管材切割截面的中心坐标偏差值，Δλ为所述管材切割截面的角度偏差值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数控系统中设置有偏差补偿单元。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的偏差补偿单元，对所述激光切割头的切割坐标的输出值进行整体偏置。
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