CN108415370A - 旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数控加工方法，具体公开了一种旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法，包括以下步骤：a、采集圆弧段类工件表面同一圆弧上任意两点的坐标；b、将圆弧段类工件随工作台绕旋转中心一起旋转θ角度，并采集上述两点旋转后的坐标位置；c、建立工作台旋转中心O1坐标计算模型和圆弧段类工件的初始圆心O2坐标计算模型，利用获取的坐标位置计算O1和O2坐标；d、利用O1、O2坐标，以及A、B坐标点所在圆弧的半径R，建立圆弧段类工件与工作台的相对位置关系，利用该关系式编制数控程序。本发明的优点是：可以准确、便捷、快速地获得在工作台上任意位置水平摆放的圆弧段类工件的相对位置。

Description

旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，尤其是用于获取旋转工作台上工件的相对位置的方法。
背景技术
目前，圆弧段类(即非整圆)工件在数控落地镗铣床旋转工作台(下文简称工作台)上的相对位置不易获得，使得数控编程困难，从而导致数控落地镗铣床不能快速、精确加工工件，甚至不能加工工件。目前，在实际加工过程中，当需要工作台联动时(即通过其旋转角度来加工工件)，通常将圆弧段类工件放在与工作台的旋转中心同心的位置，使工作台旋转的角度与圆弧段类工件实际需要的角度一致。该方法存在以下困难：
1、精度低。依靠人工手动调整圆弧段类工件在工作台上的位置，使工件与工作台实现同心，调整工件的位置精度不易控制，特别是当工件较大/重时，要准确调整工件位置就会非常困难，该方法会导致获得的相对位置精度较低，对加工精度控制十分不利；
2、操作繁琐、效率低。依靠人工手动调整圆弧段类工件在工作台上的位置，并转动工作台来确定圆弧段类工件与工作台是否同心，这需要经过多次反复调整才能使工件与工作台同心，整个操作过程非常繁琐，耗时，效率低；
3、劳动强度大。依靠人工手动调整，劳动强度大，当工件较重时，调整工件位置就会非常困难，并且存在安全隐患。
另外，该方法要求工件与工作台的旋转中心同心，导致该方法有较多局限性，如：
1、当圆弧段类工件的直径超过工作台尺寸时，若要工件与工作台同心，则工件无法装夹；
2、当需要加工圆弧段类工件的内圆弧侧时，由于工件圆心与工作台中心不在同一侧，亦不能实现同心。
上述两种情况在实际加工过程中经常遇到，当出现上述情况，不能获取工件在工作台上的相对位置时，只能采取以下方法解决：
1、当工件直径超过工作台尺寸时，就只有选用更大型号的数控机床加工；
2、当需要加工工件内圆弧侧时，只能选用更多控制轴(如5轴)的数控机床加工。
采用上述方法会增加大量的加工费用。第一、机床越大，其单位时间的加工成本越高；第二、相同规格下多控制轴(如5轴)的数控机床比少控制轴(如3轴)的加工成本高很多。
鉴于此，本发明提出的旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法，可以准确、便捷、快速地获得在工作台上任意位置水平摆放的圆弧段类工件的相对位置，用于数控编程，使数控机床的加工能力实现相对最大化。
发明内容
为解决现有技术中存在的旋转工作台上圆弧段类工件相对位置难以获取以及其衍生出的技术问题，本发明提供了一种旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法。
本发明所采用的技术方案是：旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法，包括以下步骤：
A、将圆弧段类工件水平装夹在数控落地镗铣床的旋转工作台的XOZ平面上；
B、在机床坐标系下，在XOZ平面内，采集圆弧段类工件表面同一圆弧上任意两点的坐标位置：A(x1，z1)、B(x2，z2)，并标记该两点；
C、将圆弧段类工件随工作台绕旋转中心一起旋转θ角度，并采集A、B点旋转θ角度后的坐标位置：A′(x1′，z1′)、B′(x2′，z2′)；
D、建立工作台旋转中心坐标计算模型，利用获取的坐标位置计算工作台旋转中心坐标；
工作台的旋转中心O1(a1，b1)的坐标位置如下式所示：
式中：
E、建立圆弧段类工件的初始圆心坐标计算模型，利用获取的坐标位置计算圆弧段类工件的初始圆心坐标；
圆弧段类工件的初始圆心O2(a2，b2)坐标位置如下式所示：
式中，R为A、B坐标点所在圆弧的半径，所述k、t如下式所示：
根据上述计算模型可以获得两组O2坐标，这两组坐标中，靠近工作台旋转中心O1坐标位置的一组，表示工件内侧圆弧朝向工作台的旋转中心；而远离工作台旋转中心O1坐标位置的另一组，则表示工件外侧圆弧朝向工作台的中心；根据步骤A中圆弧段类工件的实际装夹情况选取O2坐标；
F、通过获得工作台的旋转中心坐标O1，圆弧段类工件的初始圆心坐标O2，以及A、B坐标点所在圆弧的半径R，则A、B点所在圆弧与工作台的相对位置关系为：：
[x-(a2-a1)]2+[z-(b2-b1)]2＝R2
G、工件表面上圆弧半径为r的其它圆弧与工作台的相对位置关系为：
[x-(a2-a1)]2+[z-(b2-b1)]2＝r2
H、利用该关系式编制加工该圆弧段工件的数控程序即完成定位。
本发明提出的旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法，可以准确、便捷、快速地获得在工作台上任意位置水平摆放的圆弧段类工件的相对位置，只要圆弧段类工件能够水平摆放在工作台上，且工作台旋转时不发生干涉，本发明方法就可以获得圆弧段类工件在工作台上的相对位置，用于数控编程，使数控机床的加工能力实现相对最大化。
本发明能够解决现有方法存在的以下不足：精度低、操作繁琐、效率低、劳动强度大、局限性大(如：工件圆弧直径必须不大于工作台尺寸，不能加工工件内圆弧侧等)等。
本发明中工作台上可摆放大尺寸的圆弧段类工件，且工件可超出工作台边缘摆放，但需要注意避免工作台旋转时工件超出工作台边缘的部分与机床发生碰撞。
本发明的方法适用于各类圆弧段类工件的定位，例如图3所示的圆弧形弯管以及图4所示的各类圆弧形零件。
进一步的，为减少坐标点的采集次数，及便于计算，可在上述步骤B中以A点或B点为加工坐标系原点。
本发明的有益效果是：
1)操作简单、便捷、高效、劳动强度低。不需要人工手动调整工件，只需要测量、记录同一圆弧上任意两点在旋转前后的坐标，就可以简单、便捷、快速地获得圆弧段工件在工作台上的相对位置，用于编制数控加工程序，使得该类工件在数控落地镗铣床上的加工不再困难。
2)适用范围广，具有“万能性”。当且仅当圆弧段类工件的尺寸超过工作台尺寸并导致工件随工作台旋转会发生干涉时不适用。
3)提升了数控落地镗铣床的加工能力，可大幅降低加工成本。工件圆心可不与工作台的旋转中心同心，大直径的圆弧段工件可以装夹在较小规格的数控机床上加工；如，直径为6m的1/6圆弧段工件，工件长度约2985mm，用本发明提出的方法在3m×3m的工作台上就可以完成相应的加工，若用原方法则必须在不小于6m×6m的工作台上才能完成相同的加工工作，两者数控机床的规格相差一倍，利用本发明提出的方法可显著降低其加工成本。
4)在数控落地镗铣床上(利用附件头)就可以加工圆弧段工件内圆弧侧，可不再采用5轴加工中心加工，可节约大量的加工费用。
5)加工精度高。相对位置关系由本发明提出的方法直接计算获得，结果准确，能够在加工时实现精准定位。
6)实现柔性化加工。可适应工件尺寸变化，工件摆放位置随意。
附图说明
图1是工作台旋转操作示意图。
图2是本发明的操作流程图。
图3是圆弧形弯管结构示意图。
图4是圆弧形零件结构示意图。
图5是实施例的圆弧形弯管俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例：
将图5所示的圆弧形弯管摆放在数控落地镗铣床的旋转工作台上(即机床的XOZ平面)。
工件在工作台上的相对位置获取方法如下：
1、在XOZ平面内，在工件表面半径R＝1975(也可选择其它半径的圆弧线)的同一圆弧上，任意选取两点A、B，为便于计算，以A点为原点设定工件加工坐标系(也可以直接在机床坐标系下采集该两点的坐标)；在数控落地镗铣床上采集获得两点的坐标为A(0，0)，B(1558，-326.79)；将工件随工作台旋转20°，且工作台不作其它位移动作，再次采集获得这两点的新坐标为A′(619.96，115.98)、B′(1972.23，-723.97)；
2、用本发明提出的旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置计算方法，可通过计算获得工作台的旋转中心O1的坐标为(638.852，-1699.96)；
3、用本发明提出的旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置计算方法，可通过计算获得该工件的初始(未旋转前)圆心O2的坐标有两组(1150.051，1605.619)或(407.949，-1932.408)；
4、根据技术方案所述的“远离工作台旋转中心O1坐标位置的另一组，则表示工件圆弧外侧朝向工作台的中心(即工件的圆心与工作台的中心不同侧)”，将计算得到的两组O2坐标分别与O1坐标(638.852，-1699.96)的位置进行比较，可得出本实例工件的圆心初始坐标为O2(1150.051，1605.619)，而另一组坐标则为当本实例工件旋转180°摆放在工作台上时工件的圆心坐标；
5、根据前面获得的数据，本实例工件A、B点所在圆弧线与工作台的相对位置关系可建立如下表达式：
[x-(1150.051-638.852)]2+[z-(1605.619+1699.96)]2＝19752
6、工件表面上圆弧半径为R＝2280的另一圆弧线与工作台的相对位置关系为：
[x-(1150.051-638.852)]2+[z-(1605.619+1699.96)]2＝22802
7、利用该关系式，可以在数控系统中编制宏程序，用于快速的对圆弧段工件上某一位置的准确定位，进而实现快速的定位加工，减少找正、对刀等一系列辅助时间。

Claims (3)

1.旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法，包括以下步骤：
A、将圆弧段类工件水平装夹在数控落地镗铣床的旋转工作台的XOZ平面上；
B、在机床坐标系下，在XOZ平面内，采集圆弧段类工件表面同一圆弧线上任意两点的坐标位置：A(x1，z1)、B(x2，z2)，并标记该两点；
C、将圆弧段类工件随工作台绕旋转中心一起旋转θ角度，并采集A、B点旋转θ角度后的坐标位置：A′(x1′，z1′)、B′(x2′，z2′)；
D、建立工作台旋转中心坐标计算模型，利用获取的坐标位置计算工作台旋转中心坐标；
工作台的旋转中心O1(a1，b1)的坐标位置如下式所示：
式中：
E、建立圆弧段类工件的初始圆心坐标计算模型，利用获取的坐标位置计算圆弧段类工件的初始圆心坐标；
圆弧段类工件的初始圆心O2(a2，b2)坐标位置如下式所示：
式中，R为A、B坐标点所在圆弧线的半径，所述k、t如下式所示：
根据上述计算模型可以获得两组O2坐标，这两组坐标中，靠近工作台旋转中心O1坐标位置的一组，表示工件内侧圆弧朝向工作台的旋转中心；而远离工作台旋转中心O1坐标位置的另一组，则表示工件外侧圆弧朝向工作台的中心；根据步骤A中圆弧段类工件的实际装夹情况选取O2坐标；
F、通过获得工作台的旋转中心坐标O1，圆弧段类工件的初始圆心坐标O2，以及A、B坐标点所在圆弧线的半径R，则A、B点所在圆弧线与工作台的相对位置关系为：
[x-(a2-a1)]2+[z-(b2-b1)]2＝R2
G、工件表面上圆弧半径为r的其它圆弧线与工作台的相对位置关系为：
[x-(a2-a1)]2+[z-(b2-b1)]2＝r2
H、利用该关系式编制加工该圆弧段工件的数控程序即完成定位。
2.根据权利要求1所述的旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法，其特征在于：步骤B中以A点或B点为加工坐标系原点。
3.根据权利要求1或2所述的旋转工作台上圆弧段类工件的相对位置获取方法，其特征在于：所述圆弧段类工件为圆弧形弯管。
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