CN110187671B - 一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法 - Google Patents

一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于在线补偿技术领域，涉及一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法；包括以下步骤：1、通过接收状态干接点传递信号，反馈至反馈状态干接点，向测量站控制器反馈信号；2、双顶尖夹具顶起固定工件，测量夹具移动到测量工位，外径测量传感器测量，将外径测量值反馈给测量站主控制器；3、计算出需要补偿的刀补值；4、将需要补偿的刀补值按照数字输出信号点规则进行分解，将信号连接到反馈输入干接点；5、机床数控程序在每一个循环开始前，添加扫描反馈输入干接点的程序段，通过刀补值，同步将反馈完成信号反馈给反馈状态干接点；6、显示屏同步显示外径测量值和刀补值；本发明低成本的实现测量装置和机床的通信连接，可自动进行刀具补偿。

Description

一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法
技术领域
本发明属于在线补偿技术领域，涉及一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法。
背景技术
当前，在机械加工领域，由于刀具的磨损，经常需要操作人员根据零件加工质量对刀具进行补偿。
当前技术的基本实现路径如下：
第一步：机床加工某一零件，达到设定数量时，停止加工，由操作人员对产品质量进行检测；
第二步：根据产品检测结果，人工计算需要的刀具补偿值；
第三步：停机状态下，操作人员将刀具补偿值设置到机床里；
当前技术的主要缺陷有：
缺陷1：需要停机检测，计算补偿值，然后由操作人员手工输入，浪费节拍；
缺陷2：刀具补偿值计算过程和录入过程存在出错风险，导致报废；
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种自动实现机床刀具补偿的方法。该方法可实现测量装置和机床的通信，将刀具补偿值自动输入到机床中，实现自动补偿。并且，该方法成本低。
具体技术方案如下：
机床加工轴类零件时，由于刀具磨损或其它原因，加工件的外径尺寸会发生变化，通过在线测量站的实施，可实现外径尺寸的在线测量。然后通过简易方式将需要进行刀补的值反馈给机床，实现在线补偿，稳定质量。
一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法，其由在线外径自动测量和刀具补偿装置实现，所述在线外径自动测量和刀具补偿装置，由测量装置和刀具补偿装置两部分组成；所述测量装置包括测量站主控制器2、双顶尖夹具5、滑台6、测量夹具7、外径测量传感器8、上下料装置9和显示屏10；所述刀具补偿装置包括反馈输出干接点3、反馈状态干接点4、反馈输入干接点11、接收状态干接点12和机床13；具体包括以下步骤：
步骤1：机床13加工完成后，通过接收状态干接点12传递信号，反馈至反馈状态干接点4，向测量站控制器2反馈信号；测量站控制器2收到信号后，控制上下料装置9将工件从机床13取出，放置到滑台6上；
步骤2：当测量站主控制器2检测到工件后，滑台6移动到测量工位，双顶尖夹具5顶起固定工件，测量夹具7移动到测量工位，夹紧，外径测量传感器8开始测量，测量结束，将外径测量值反馈给测量站主控制器2；
步骤3：测量完成后，测量站主控制器2记录最新测量值，退出测量夹具7，松开双顶尖夹具5；在测量站主控制器2内，编制满足需求的补偿策略程序，计算出需要补偿的刀补值；
步骤4：将需要补偿的刀补值按照数字输出信号点规则进行分解，然后通过反馈输出干接点3输出信号，同步将这些信号连接到反馈输入干接点11；
步骤5：机床13的机床数控程序在每一个循环开始前，添加扫描反馈输入干接点的程序段，若有反馈，通过机床数控程序改变机床13中的刀补值，同步将反馈完成信号反馈给反馈状态干接点4，清空反馈值；
步骤6：反馈完成后，滑台6退出，自动上下料装置9将工件放置到指定位置，显示屏10 同步显示外径测量值和刀补值；
步骤7：重复1～6过程；
技术方案中步骤4所述将需要补偿的刀补值按照数字输出信号点规则进行分解中的规则是指：
数字输出信号点1代表是否开启反馈，置1代表开启，置0代表不开启；数字输出信号点 2代表尺寸1是否需要补偿，置1代表尺寸1需要补偿，置0代表尺寸1不需要补偿；数字输出信号点3代表尺寸2是否需要补偿，置1代表尺寸2需要补偿，置0代表尺寸2不需要补偿；数字输出信号点4代表尺寸3是否需要补偿，置1代表尺寸3需要补偿，置0代表尺寸3不需要补偿；数字输出信号点5代表是否进行正刀补0.01，置0代表否，置1代表是；数字输出信号点6代表是否进行负刀补0.01，置0代表否，置1代表是；数字输出信号点7代表是否进行正刀补0.02，置0代表否，置1代表是；数字输出信号点8代表是否进行正刀补0.02，置0代表否，置1代表是；数字输出信号点9代表是否进行正刀补0.05，置0代表否，置1 代表是。
技术方案中所述测量装置还包括测量站支撑平台1；
双顶尖夹具5、滑台6、测量夹具7、外径测量传感器8、上下料装置9放置在测量站支撑平台1上，由测量站主控制器2实现整个检测的动作逻辑和数据记录，在显示屏10上实现测量结果的展示和参数的录入；
滑台6与双顶尖夹具5在同一水平面上垂直布置，滑台6滑出状态时，通过上下料装置9 将零件放置在滑台6上，测量开启时，滑台滑入，此时确保轴类零件中心线与双顶尖夹具5中心线在同一轴线上；
双顶尖夹具5夹紧状态时，零件被抬起，外径测量传感器8安装在测量夹具7上，测量夹具7移动到对应测量点，通过外径测量传感器8测量零件外径；测量装置控制器2读取测量结果，并显示在与测量装置控制器2直接连接的显示屏10上，显示屏10安装在支撑平台1上。
技术方案中所述反馈输出干接点3、反馈状态干接点4放置在测量装置控制柜中，与测量站主控制器2实现信号互通，测量站主控制器2能够接收反馈状态干接点4的信号和改变反馈输出干接点3的信号；
反馈输入干接点11、接收状态干接点12放置在机床13中，同时与机床13实现信号互通，机床13能够接收反馈输入干接点11的信号和改变接收状态干接点12的信号；
反馈状态干接点4和接收状态干接点12直连，反馈输出干接点3和反馈输入干接点11直连。
本发明的有益技术效果：
1、实现测量装置和机床的通信连接，可自动进行刀具补偿；
2、实现对轴类零件外径的在线自动测量，无需停机检测；
3、提供一种低成本的自动刀具补偿方法及装置。
附图说明
图1为在线外径自动测量和刀具补偿装置示意图；
图中：1、测量站支撑平台；2、测量站主控制器；3、反馈输出干接点；4、反馈状态干接点；5、双顶尖夹具；6、滑台；7、测量夹具；8、外径测量传感器；9、上下料装置；10、显示屏；11、反馈输入干接点；12、接收状态干接点；13、机床；14、屏蔽电缆。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：
图1中在线外径自动测量和刀具补偿的装置，主要由测量装置和刀具补偿装置两部分组成。其中，测量装置由测量站支撑平台1、测量站主控制器2、双顶尖夹具5、滑台6、测量夹具7、外径测量传感器8、上下料装置9、显示屏10组成。
刀具补偿装置由反馈输出干接点3、反馈状态干接点4、反馈输入干接点11、接收状态干接点12、机床13和屏蔽电缆14组成。
在测量装置中，双顶尖夹具5、滑台6、测量夹具7、外径测量传感器8、上下料装置9放置在测量站支撑平台1上，由测量站主控制器2实现整个检测的动作逻辑和数据记录，在显示屏10上实现测量结果的展示盒参数的录入。其中，滑台6与双顶尖夹具5在同一水平面上垂直布置，滑台6滑出状态时，通过上下料装置9将零件放置在滑台6上，测量开启时，滑台滑入，此时确保轴类零件中心线与双顶尖夹具5中心线在同一轴线上。双顶尖夹具夹紧状态时，零件被抬起，外径测量传感器8安装在测量夹具7上，测量夹具7移动到对应测量点，通过外径测量传感器8测量零件外径。以上动作均由测量装置控制器2集中控制，测量完成，测量装置控制器2读取测量结果，并显示在与测量装置控制器2直接连接的显示屏10上，显示屏10 安装在支撑平台1上。
在刀具补偿装置中，反馈输出干接点3、反馈状态干接点4放置在测量装置控制柜中，与测量站主控制器2实现信号互通，即测量站主控制器2可以接收反馈状态干接点4的信号和改变反馈输出干接点3的信号。反馈输入干接点11、接收状态干接点12放置在机床13中，同时与机床13实现信号互通，即机床13可以接收反馈输入干接点11的信号和改变接收状态干接点12的信号。反馈状态干接点4和接收状态干接点12直连，反馈输出干接点3和反馈输入干接点11直连。显示屏10作为测量站主控制器2的显示终端，可以实现测量结果的展示盒参数的录入。
在双主轴数控车机床上，机床加工外径在线测量和自动补偿实现过程：
1、机床13加工完成后，通过机床接收状态干接点12将信号反馈至测量站反馈状态干接点4，向在线测量站主机2反馈信号。测量站控制器2收到信号后，控制上下料装置9将零件从机床取出，放置到测量站滑台6；
2、当测量站主控制器2检测到加工件后，滑台6移动到测量工位，双顶尖夹具5顶起固定工件，测量夹具7移动到测量工位，夹紧，外径测量传感器8开始测量，测量结束，将外径测量值反馈给测量站主控制器2；
3、测量完成后，测量站主控制器2记录最新测量值，退出测量夹具7，松开双顶尖夹具5。在测量站主控制器2内，编制满足需求的补偿策略程序，计算出需要补偿的刀补值；
补偿策略程序举例说明：
假设被加工件的合格尺寸是φ20±0.1mm，则测量值与刀具补偿值的对应关系如下：
(1)、若测量值≥20.1，刀具补偿值＝0.05，测量值计数器＝0；
(2)、若测量值≤19.9，刀具补偿值＝-0.05，测量值计数器＝0；
(3)、若19.97≤测量值≤20.03，刀具补偿值＝0，测量值计数器＝0；
(4)、若19.9≤测量值≤19.93，刀具补偿值＝-0.03，测量值计数器＝0；
(5)、若19.93≤测量值≤19.95且测量计数器≥2，刀具补偿值＝-0.02，测量值计数器＝测量值计数器+1；
(6)、若19.93≤测量值≤19.95且测量计数器≥1，刀具补偿值＝-0.01，测量值计数器＝测量值计数器+1；
(7)、若19.95≤测量值≤19.97且测量计数器≥3，刀具补偿值＝-0.01，测量值计数器＝测量值计数器+1；
(8)、若20.07≤测量值≤20.1，刀具补偿值＝0.03，测量值计数器＝0；
(9)、若20.05≤测量值≤20.07且测量计数器≥2，刀具补偿值＝0.02，测量值计数器＝测量值计数器+1；
(10)、若20.05≤测量值≤20.07且测量计数器≥1，刀具补偿值＝0.01，测量值计数器＝测量值计数器+1；
(11)、若20.03≤测量值≤20.05且测量计数器≥3，刀具补偿值＝-0.01，测量值计数器＝测量值计数器+1；
4、将需要补偿的值按照表1规则进行分解，然后通过测量站数字反馈输出干接点3输出信号，同步将这些信号连接到机床数字反馈输入干接点11，数字输出信号点的设计可根据实际需要灵活配置；
表1
Figure BDA0002048758860000051
数字输出信号点规则：数字输出1信号点代表是否开启反馈，置1代表开启，置0代表不开启；数字输出2信号点代表尺寸1是否需要补偿，置1代表尺寸1需要补偿，置0代表尺寸 1不需要补偿；数字输出3信号点代表尺寸2是否需要补偿，置1代表尺寸2需要补偿，置0代表尺寸2不需要补偿；数字输出4信号点代表尺寸3是否需要补偿，置1代表尺寸3需要补偿，置0代表尺寸3不需要补偿；数字输出5信号点代表是否进行正刀补0.01，置0代表否，置1代表是；数字输出6信号点代表是否进行负刀补0.01，置0代表否，置1代表是；数字输出7信号点代表是否进行正刀补0.02，置0代表否，置1代表是；数字输出8信号点代表是否进行正刀补0.02，置0代表否，置1代表是；数字输出9信号点代表是否进行正刀补0.05，置0代表否，置1代表是。
数字输出信号点规则的设计：这些点的刀补值可以根据机床加工零件的不同，来进行灵活配置，例如：数字输出点5～9的刀补值可以根据机床需要，设置不同的刀补值，不一定是0.01、 0.02、0.05，也可以是0.03等等不同的数值。
举例说明：
若测量装置控制器计算出来的尺寸1刀补值是0.04，尺寸2刀补值是0.03，尺寸3刀补值是0.02。当测量站判定可以进行补偿输出时，测量站控制器向刀具补偿发送的指令如下：
数字输出信号点1(反馈开启)＝1，即刀具补偿装置中反馈状态干接点4为1；
以下不同组合信号同步循环输出(循环周期1秒)
组合信号1：数字输出信号点2(尺寸1补偿)＝1，数字输出信号点6(负刀补0.01)＝1，数字输出信号点9(正刀补0.05)＝1
组合信号2：数字输出信号点3(尺寸2补偿)＝1，数字输出信号点6(负刀补0.01)＝1，数字输出信号点9(正刀补0.05)＝1
组合信号3：数字输出信号点4(尺寸3补偿)＝1，数字输出信号点7(正刀补0.02)＝1
以上组合中，除置1的输出点外，其它输出点均是0。
即组合信号1最后输出：1.1,0.0.0.1.0.0.1
组合信号2最后输出：1.0.1.0.1.0.1.0.0
组合信号3最后输出：1.0.0.1.0.0.1.0.0
5、机床13的机床数控程序在每一个循环开始前，添加扫描反馈输入点的程序段，若有反馈，通过NC程序(机床数控程序)改变机床13中的刀补值，同步将反馈完成信号反馈给在线测量台反馈状态干接点4，清空反馈值。
举例说明：
程序段1：读取刀具补偿装置反馈输入干接点11输出1(反馈开启位)的值，若为1，继续读取刀补值，跳转到程序段2,。若为0，跳转到程序段4，即正常的加工程序；
程序段2：循环读取反馈输入干接点11的值，读取完毕后，将接收状态干接点12置1：
程序段3：记录程序段2读到的刀补值，通过数控程序相关指令修订对应刀具补偿寄存器的值，完成自动刀补；
程序段4：正常加工程序；
测量站主控制器循环扫描反馈状态干接点4的值，若为1，停止输出补偿值，即反馈输出干接点3的所有值将被清零。
6、反馈完成后，滑台6退出，测量装置自动上下料装置9将零件放置到指定位置，测量站主控制器2和显示屏10作为一个系统，显示屏10同步显示测量值和刀补值；
7、重复1～6过程。

Claims (3)

1.一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法，其特征在于，由在线外径自动测量和刀具补偿装置实现，所述在线外径自动测量和刀具补偿装置，由测量装置和刀具补偿装置两部分组成；所述测量装置包括测量站主控制器(2)、双顶尖夹具(5)、滑台(6)、测量夹具(7)、外径测量传感器(8)、上下料装置(9)和显示屏(10)；所述刀具补偿装置包括反馈输出干接点(3)、反馈状态干接点(4)、反馈输入干接点(11)、接收状态干接点(12)和机床(13)；具体包括以下步骤：
步骤1：机床(13)加工完成后，通过接收状态干接点(12)传递信号，反馈至反馈状态干接点(4)，向测量站控制器(2)反馈信号；测量站控制器(2)收到信号后，控制上下料装置(9)将工件从机床(13)取出，放置到滑台(6)上；
步骤2：当测量站主控制器(2)检测到工件后，滑台(6)移动到测量工位，双顶尖夹具(5)顶起固定工件，测量夹具(7)移动到测量工位，夹紧，外径测量传感器(8)开始测量，测量结束，将外径测量值反馈给测量站主控制器(2)；
步骤3：测量完成后，测量站主控制器(2)记录最新测量值，退出测量夹具(7)，松开双顶尖夹具(5)；在测量站主控制器(2)内，编制满足需求的补偿策略程序，计算出需要补偿的刀补值；
步骤4：将需要补偿的刀补值按照数字输出信号点规则进行分解，然后通过反馈输出干接点(3)输出信号，同步将这些信号连接到反馈输入干接点(11)；
步骤5：机床(13)的机床数控程序在每一个循环开始前，添加扫描反馈输入干接点的程序段，若有反馈，通过机床数控程序改变机床(13)中的刀补值，同步将反馈完成信号反馈给反馈状态干接点(4)，清空反馈值；
步骤6：反馈完成后，滑台(6)退出，自动上下料装置(9)将工件放置到指定位置，显示屏(10)同步显示外径测量值和刀补值；
步骤7：重复步骤1～6过程；
步骤4中所述将需要补偿的刀补值按照数字输出信号点规则进行分解中的数字输出信号点规则是指：
数字输出信号点1代表是否开启反馈，置1代表开启，置0代表不开启；数字输出信号点2代表尺寸1是否需要补偿，置1代表尺寸1需要补偿，置0代表尺寸1不需要补偿；数字输出信号点3代表尺寸2是否需要补偿，置1代表尺寸2需要补偿，置0代表尺寸2不需要补偿；数字输出信号点4代表尺寸3是否需要补偿，置1代表尺寸3需要补偿，置0代表尺寸3不需要补偿；数字输出信号点5代表是否进行正刀补0.01，置0代表否，置1代表是；数字输出信号点6代表是否进行负刀补0.01，置0代表否，置1代表是；数字输出信号点7代表是否进行正刀补0.02，置0代表否，置1代表是；数字输出信号点8代表是否进行正刀补0.02，置0代表否，置1代表是；数字输出信号点9代表是否进行正刀补0.05，置0代表否，置1代表是。
2.根据权利要求1所述的一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法，其特征在于：
所述测量装置还包括测量站支撑平台(1)；
双顶尖夹具(5)、滑台(6)、测量夹具(7)、外径测量传感器(8)、上下料装置(9)放置在测量站支撑平台(1)上，由测量站主控制器(2)实现整个检测的动作逻辑和数据记录，在显示屏(10)上实现测量结果的展示和参数的录入；
滑台(6)与双顶尖夹具(5)在同一水平面上垂直布置，滑台(6)滑出状态时，通过上下料装置(9)将零件放置在滑台(6)上，测量开启时，滑台滑入，此时确保轴类零件中心线与双顶尖夹具(5)中心线在同一轴线上；
双顶尖夹具(5)夹紧状态时，零件被抬起，外径测量传感器(8)安装在测量夹具(7)上，测量夹具(7)移动到对应测量点，通过外径测量传感器(8)测量零件外径；测量装置控制器(2)读取测量结果，并显示在与测量装置控制器(2)直接连接的显示屏(10)上，显示屏(10)安装在支撑平台(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法，其特征在于：
所述反馈输出干接点(3)、反馈状态干接点(4)放置在测量装置控制柜中，与测量站主控制器(2)实现信号互通，测量站主控制器(2)能够接收反馈状态干接点(4)的信号和改变反馈输出干接点(3)的信号；
反馈输入干接点(11)、接收状态干接点(12)放置在机床(13)中，同时与机床(13)实现信号互通，机床(13)能够接收反馈输入干接点(11)的信号和改变接收状态干接点(12)的信号；
反馈状态干接点(4)和接收状态干接点(12)直连，反馈输出干接点(3)和反馈输入干接点(11)直连。
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