CN108247422B - 一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控加工零件找正技术领域，公开一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，一、采用三爪夹头夹住零件一端轴颈，将零件与机床转轴连接，零件轴颈轴线与转轴轴线重合；二、机床控制其测量探头运动并触碰零件的一个基准面，机床记录此基准面在机床坐标系中的X轴坐标值，并将其设置为零件在X轴方向的加工零点；三、机床控制其测量探头运动并依次触碰零件上两点，机床记录下两点的Z坐标值Z₁和Z₂，通过反三角函数计算出此两点连线与水平面之间夹角α；四、机床控制转轴反向转动角度α，消除两点连线与水平面之间的夹角α；五、机床自动计算并设定其转轴加工零点。适应性好，保证零件与转轴同轴度及每个零件定位找正准确。

Description

一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法

技术领域

本发明涉及数控加工的零件找正技术领域，特别涉及一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法。

背景技术

轴颈类零件的两端具有轴颈，加工时需要夹持零件两端的轴颈来固定零件轴向位置并确定轴向位置，另外，还需要确定零件径向(绕轴线旋转的角度)的位置并在该方向固定。为了达到上述目的，本公司在使用五轴联动设备加工该类零件时，采用一套专用夹具来夹紧零件，找正并限制零件在加工设备内的状态；这种夹具有两个夹紧螺钉，一个夹紧螺钉通过可移动的限位导向方形销限制零件的角度(即限制零件相对于夹具径向转动)，另一个螺钉通过机构固定零件轴颈达到限制零件轴向位移的目的。在使用过程中，对此专用夹具进行一次找正，零件与此专用夹具的位置关系是确定的，因此，后续安装至此专用夹具的零件则无需找正，可以直接对零件进行加工，但是，一套专用夹具只能加工轴颈直径相同的零件，当零件的轴径尺寸变化时，需要更换夹具，费时费力，工作效率低，同时，由于工装结构间存在间隙，受制造精度的限制，在夹装过程中，对工人的装夹一致性要求较高，工人对两个螺钉扭紧力度不一致就会造成零件在机床上的实际夹装状态有差异，会出现轴径的轴线与设备转轴的轴线不重合的情况，此时虽然专用夹具相对于加工设备坐标系的位置关系是找正了，但是零件相对于专用夹具的位置关系已经发生了变化，因此，后续加工出来的产品质量肯定会受到影响，批次产品的合格率肯定会降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，能够满足对不同直径的零件轴颈进行夹装，保证零件与机床转轴的同轴度，且能够有效保证每一个零件定位找正准确。

本发明采用的技术方案如下：一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，包括如下步骤：

第一步、安装轴颈类零件，采用三爪夹头夹住轴颈类零件一端的轴颈，进而将轴颈类零件与机床的转轴连接，使得机床的转轴可通过三爪夹头带动轴颈类零件转动，三爪夹头可保证轴颈类零件轴颈的轴线与机床转轴的轴线重合，机床转轴绕机床坐标系的X轴旋转；

第二步、测量并设定轴颈类零件在机床坐标系中的X轴坐标值，X轴与机床转轴的轴线重合，通过数控加工机床控制其测量探头运动并触碰轴颈类零件上的一个基准面，数控加工机床记录下此基准面在机床坐标系中的X轴坐标值，并将其设置为轴颈类零件在X轴方向的加工零点；

第三步、测量轴颈类零件上的两点，通过数控加工机床控制其测量探头运动并依次触碰轴颈类零件上的两个点，此两点的X坐标值相同,此两点的Y坐标值方向相反、数值相同，且Y坐标值的大小均为y，两点之间在Y轴方向的距离2y提前在机床内设定好，机床记录下两点的Z坐标值Z₁和Z₂，再计算出此两点连线与水平面之间的夹角α，公式如下，

第四步、数控加工机床控制其转轴带动轴颈类零件反向转动角度α，以消除上述两点连线与水平面之间的夹角α；

第五步、数控加工机床自动计算并设定其转轴加工的零点。

本发明所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，所述第二步中的基准面为所述轴颈类零件上的一个端面，此端面与X轴垂直。

本发明所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，所述轴颈类零件上具有的一个平面，所述第三步中所取的两点为所述平面内的两点，此平面与X轴平行，此平面与轴颈类零件的Z轴之间的夹角值θ为已知值，所述第五步中数控加工机床转轴加工的零点计算公式为α₀＝(90°-θ)。

本发明所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，在所述第一步中，轴颈类零件另端的轴颈也被另一三爪夹头夹住。

本发明所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，所述轴颈类零件为压气机静子叶片。

本发明所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，在完成所述第四步后，数控加工机床控制测量探头重复所述第三步操作，再次计算出此时的上述两点连线与水平面之间的夹角α₁，若-α＇＜α₁＜α＇，则进入第五步操作，若-α＇≥α₁或者α₁≥α＇，则再次重复所述的第四步操作，使得数控加工机床控制其转轴带动轴颈类零件反向转动角度α₁，直至再次测量两点连线与水平面之间的夹角在-α＇和α＇范围内，则可进入第五步操作，其中，-α＇和α＇均为误差设定值，大小相同、方向相反；当上述两种情况中的任一种满足两点连线与水平面之间的夹角在-α＇和α＇范围内时，数控加工机床此时会记录下其转轴在机床坐标系中的角度位置α″。

本发明所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，所述-α＇＝-0.003°，所述α＇＝0.003°。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明的三爪夹头能够满足对不同直径的零件轴颈进行夹装，三爪夹头对零件具有自定心的作用，保证零件与机床转轴的同轴度，即保证轴颈类零件轴颈的轴线与机床转轴的轴线重合，避免了因工人的夹装力差异或者零件本身的尺寸误差而导致夹装不准的情况出现，进而防止了零件轴颈的轴线与机床转轴的轴线不重合的情况出现，三爪夹头能够适应性地夹装不同直径的零件轴颈，提升了适应性，同时，能够有效保证每一个零件定位找正准确，进而保证了每一个零件的起始加工位置准确，保证了每个零件的加工质量，保证了产品的合格率。

附图说明

图1是本发明步骤示意图；

图2是本发明中压气机静子叶片结构示意图；

图3是本发明中测量探头触碰基准面的示意图；

图4是本发明中测量探头触碰平面的示意图；

图5是本发明中测量探头测量平面上两点的过程示意图

图6是本发明中平面上两点构建的直角三角形示意图；

图7是本发明中压气机静子叶片的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1至7所示，一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，在加工零件前，需要使用电脑编程软件(UG、TS等编程软件)编辑零件的数控加工程序，并建立一个零件的加工坐标系，该坐标系的X、Y、Z三个轴与机床的X、Y、Z三个轴相对应，且零件的X轴与机床的X轴重合，此处的轴颈类零件具体为压气机静子叶片，数控加工机床坐标系的X轴与机床转轴的中心线重合，Y轴和Z轴的机械零点在X轴上，机床转轴可绕此X轴自转，Z轴与数控加工机床测量探头的连接杆平行，X轴、Y轴和Z轴相互垂直，包括如下步骤：

第一步、安装轴颈类零件，采用三爪夹头夹住轴颈类零件一端的轴颈，另端的轴颈也被另一三爪夹头夹住，进而将轴颈类零件与机床的转轴连接，使得机床的转轴可通过三爪夹头带动轴颈类零件转动，三爪夹头可保证轴颈类零件轴颈的轴线与机床转轴的轴线重合，机床转轴绕机床坐标系的X轴旋转；

第二步、测量并设定轴颈类零件在机床坐标系中的X轴坐标值，X轴与机床转轴的轴线重合，通过数控加工机床控制其测量探头运动并触碰轴颈类零件上的一个基准面，此基准面为轴颈类零件上的一个端面，此端面与X轴垂直，测量探头的运动路径可通过数控加工机床的程序具体控制，工作人员可根据实际需要在数控加工机床内写入相应的程序，如图3所示，此处具体控制测量探头沿Z轴方向靠近零件，再控制测量探头沿X轴方向运动并触碰基准面，数控加工机床记录下此基准面在机床坐标系中的X轴坐标值，并将其设置为轴颈类零件在X轴方向的加工零点；

第三步、测量轴颈类零件上的两点，通过数控加工机床控制其测量探头运动并依次触碰轴颈类零件上的两个点,具体地，轴颈类零件上具有的一个平面，此处的两点为平面内的两点，此平面与X轴平行，此平面与轴颈类零件的Z轴之间的夹角值θ为已知值，测量探头触碰此两点的运动过程路径可通过数控加工机床的程序具体控制，工作人员可根据实际需要在数控加工机床内写入相应的程序，如图4和5所示，按序号1至5顺序动作，此处具体控制测量探头先运动至平面上方，再控制测量探头沿机床Z轴向平面运动并触碰第一点，接着控制测量探头沿机床Z轴方向远离平面，再控制测量探头沿机床Y轴方向运动一段距离2y，此段距离被X轴平分为长度相等的两段，最后控制测量探头沿机床Z轴向平面运动并触碰第二点，此两点的X坐标值相同,此两点的Y坐标值方向相反、数值相同，且Y坐标值的大小均为y，两点的Y坐标值提前在机床内设定好，机床通过设定好的两点Y坐标值来控制测量探头在Y轴方向移动距离2y，因此机床无需再次记录两点之间在Y轴方向的距离2y，机床记录下两点的Z坐标值Z₁和Z₂，再计算出此两点连线与水平面之间的夹角α，此处的计算过程通过数控加工机床的运算程序实现，工作人员可根据实际需要在数控加工机床内写入相应的程序，公式如下，

第四步、数控加工机床控制其转轴带动轴颈类零件反向转动角度α，以消除上述两点连线与水平面之间的夹角α；

进一步地，在完成第四步后，数控加工机床控制测量探头重复第三步操作，再次计算出此时的上述两点连线与水平面之间的夹角α₁，若-α＇＜α₁＜α＇，并进入后续的第五步操作，若-α＇≥α₁或者α₁≥α＇，则再次重复第四步操作，使得数控加工机床控制其转轴带动轴颈类零件反向转动角度α₁，直至再次检测两点连线与水平面之间的夹角在-α＇和α＇范围内(即夹角大于-α＇且小于α＇)，则可进入后续第五步操作，其中，-α＇和α＇均为误差设定值，此设置根据实际加工零件的误差要求而定，大小相同、方向相反；当上述两种情况中的任一种满足两点连线与水平面之间的夹角在-α＇和α＇范围内时(即夹角大于-α＇且小于α＇)，数控加工机床此时会记录下其转轴在机床坐标系中的角度位置α″，具体地，-α＇＝-0.003°，α＇＝0.003°，此步骤的增加主要是为了检查转动后的两点连线与水平面的夹角是否在允许的设定误差范围内，以保证加工后的零件尺寸波动在允许的范围内。

第五步、数控加工机床自动计算并设定其转轴加工的零点(当零件的Z轴与机床的Z轴重合时，机床的转轴处于加工零点位置)，同时，零件平面与零件坐标系Z轴的夹角是已知的θ，此时机床会根据数控加工机床内相应的程序自动计算出零件上相对于X轴转动方向的角度零点位置，角度零点计算公式为α₀＝α″+(90°-θ)，并设置转轴零点位置，结束自动找正程序，角度零点位置是指在初始加工时，数控加工机床能够自动识别出α₀位置，且以此位置为基准加工。

数控加工机床控制测量探头运动和机床转轴转动的方法过程通过工作人员实际写入数控加工机床的程序来实现。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步、安装轴颈类零件，采用三爪夹头夹住轴颈类零件一端的轴颈，进而将轴颈类零件与机床的转轴连接，使得机床的转轴可通过三爪夹头带动轴颈类零件转动，三爪夹头可保证轴颈类零件轴颈的轴线与机床转轴的轴线重合，机床转轴绕机床坐标系的X轴旋转；

第二步、测量并设定轴颈类零件在机床坐标系中的X轴坐标值，X轴与机床转轴的轴线重合，通过数控加工机床控制其测量探头运动并触碰轴颈类零件上的一个基准面，数控加工机床记录下此基准面在机床坐标系中的X轴坐标值，并将其设置为轴颈类零件在X轴方向的加工零点；

第三步、测量轴颈类零件上的两点，通过数控加工机床控制其测量探头运动并依次触碰轴颈类零件上的两个点，此两点的X坐标值相同,此两点的Y坐标值方向相反、数值相同，且Y坐标值的大小均为y，两点之间在Y轴方向的距离2y提前在机床内设定好，机床记录下两点的Z坐标值Z1和Z2，再计算出此两点连线与水平面之间的夹角α，

此处C为上述两点之间的距离；

第四步、数控加工机床控制其转轴带动轴颈类零件反向转动角度α，以消除上述两点连线与水平面之间的夹角α；

第五步、数控加工机床自动计算并设定其转轴加工的零点。

2.根据权利要求1所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，其特征在于：所述第二步中的基准面为所述轴颈类零件上的一个端面，此端面与X轴垂直。

3.根据权利要求1所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，其特征在于：所述轴颈类零件上具有一个与X轴平行的平面，所述第三步中所取的两点为所述轴颈类零件上与X轴平行的平面内的两点，所述与X轴平行的平面与轴颈类零件的Z轴之间的夹角值θ为已知值，所述第五步中数控加工机床转轴加工的零点计算公式为α₀＝(90°-θ)。

4.根据权利要求1所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，其特征在于：在所述第一步中，轴颈类零件另一端的轴颈也被另一三爪夹头夹住。

5.根据权利要求1所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，其特征在于：所述轴颈类零件为压气机静子叶片。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，其特征在于：在完成所述第四步后，数控加工机床控制测量探头重复所述第三步操作，再次计算出此时的上述两点连线与水平面之间的夹角α₁，若-α′＜α₁＜α′，则进入第五步操作，若-α′≥α₁或者α₁≥α′，则再次重复所述第四步的操作，使得数控加工机床控制其转轴带动轴颈类零件反向转动角度α1，直至再次测量两点连线与水平面之间的夹角在-α＇和α＇范围内，则可进入第五步操作，其中，-α＇和α＇均为误差设定值，大小相同、方向相反；当上述两种情况中的任一种满足两点连线与水平面之间的夹角在-α＇和α＇范围内时，数控加工机床此时会记录下其转轴在机床坐标系中的角度位置α″。

7.根据权利要求6所述的一种用于数控加工机床中轴颈类零件的自动找正方法，其特征在于：所述-α＇＝-0.003°，所述α＇＝0.003°。

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