CN110238754A - 保温杯抛光机刀具补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供保温杯抛光机刀具补偿方法，该保温杯有一母线，该保温抛光机数控系统有一基础原点O，刀具一径向为y向，刀具轴向为x向，在xOy坐标系中，该刀具具有一初始切削基准点O1（x01,y01），该刀具在该初始切削基准点与该母线相切时该母线由一方程F(x,y)=0表示；包含以下步骤：设置刀具磨损量为Δ；刀具磨损Δ后，在该磨损后切削基准点处该母线与该磨损后的刀具相切时，该刀具具有一磨损后切削基准点O2（x02,y02），满足，x01=x02且y02=y01+Δ。通过该方法，在数控抛光加工过程中，该抛光机能够补偿因刀具（布轮和棉轮等）磨损造成运行轨迹偏离，有效的提高自动化率，减少停机时间和人工干预。

Description

保温杯抛光机刀具补偿方法

技术领域

本发明涉及自动化加工方法，特别涉及一种保温杯抛光机刀具补偿方法。

背景技术

如图1所示，中国专利CN109794839A公布了一种保温杯抛光机，用以进行多工位异形保温杯的抛光工作。该保温杯抛光机，包含：一打磨刀具组件，该打磨刀具组件包含一打磨刀具和一刀架，该打磨刀具与该刀架连接。该打磨刀具为砂轮、布轮或棉轮。工作时，该打磨刀具中一个被一驱动机构推到工作位置。

但是，布轮、棉轮等是损耗件，随着抛光杯子的数量增多，布轮和棉轮因磨损会越来越小，布轮和棉轮初始的直径一般在350~450mm，磨损后的最小直径大约150mm。因此，驱动机构推动打磨刀具至工作位置后，由于磨损引起工作点的变化是需要补偿的。否则，该保温杯抛光机数控系统所执行的运行轨迹是错误的。

为了解决上述技术问题，可以通过机械结构推动打磨刀具移动一磨损量，该机械结构需要与该驱动机构叠加并与打磨刀具相连接，并需要手动操作。该套机械结构复杂，造价成本高，安装调整难度大，增加了机器的整体高度，叠加运动产生多误差叠加。人工操作带来误差并且降低自动化率。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种保温杯抛光机刀具补偿方法，其目的在于在数控抛光加工过程中，能够补偿因刀具（布轮和棉轮等）磨损造成运行轨迹偏离的问题，有效的提高自动化率，减少停机时间和人工干预。

该保温杯抛光机的加工对象为一回转体的外表面，刀具为圆柱体。

为了达到上述目的，本发明提供了一种保温杯抛光机刀具补偿方法，

该保温杯具有一母线，该保温抛光机数控系统具有一基础原点O，刀具一径向为y向，刀具轴向为x向，在xOy坐标系中，该刀具具有一初始切削基准点O1（x01,y01），该刀具在该初始切削基准点与该母线相切时该母线由一方程F(x,y)=0表示；

包含以下步骤：

S1：设置刀具磨损量为Δ；

S2：刀具磨损Δ后，在xOy坐标系中，在该磨损后切削基准点处该母线与该磨损后的刀具相切时，该刀具具有一磨损后切削基准点O2（x02,y02），满足，

x02=x01且y02=y01+Δ。

优选地，该方程F（x,y）=0离散化为工作点，该工作点包含与x值和y值相关的位置值，以及与该工作点处斜率相关的姿势值，该位置值和姿势值存储为集合F{（xi1，yi1，ki1）}，

该保温杯抛光机刀具补偿方法，还包括以下步骤：

S3：调取集合F{（xi1，yi1，ki1）}，生成新的集合G{（xi1，yi1+Δ，ki1）}，根据新的集合G驱动保温杯抛光机的执行机构运动。

优选地，该保温杯抛光机刀具补偿方法，还包括以下步骤：

S3：生成磨损后的刀具与该母线相切时的该母线在xOy坐标系中的表示G（x，y）= F(x,y-Δ)=0；

S4：该方程G（x，y）=0离散化为工作点，该工作点包括磨损后与x值和y值相关的位置值，以及与该工作点处斜率相关的姿势值，根据该位置值和该姿势值驱动该保温杯抛光机的执行机构运动。

优选地，根据该初始切削基准点设置刀具的初始初步运动，以该初始切削基准点为一加工参考原点，该方程F（x,y）=0离散化为工作点，该工作点包含与x值和y值相关的位置值，以及与该工作点处斜率相关的姿势值，该位置值和姿势值存储为集合F{（xi1，yi1，ki1）}，该保温杯抛光机刀具补偿方法，还包括以下步骤：

S3：根据该磨损后切削基准点设置刀具的磨损后初步运动，将该磨损后初步运动记录为新的初始初步运动，并将该磨损后切削基准点记录为新的初始切削基准点；

S4：以该新的初始切削基准点的设定为该加工参考原点，调取集合F{（xi1，yi1，ki1）}，根据该集合F驱动保温杯抛光机的执行机构运动。

优选地，该磨损后初步运动为在初始初步运动基础上y向再叠加进给该刀具磨损量Δ。

优选地，该保温杯抛光机的数控系统中包含一计数器，用以记录该刀具抛光该保温杯的次数。

优选地，该保温杯抛光机刀具补偿方法，还包含以下步骤，

在步骤S1中还包含步骤S11：设置该刀具抛光N次该保温杯的刀具磨损量为Δ，N为正整数；

在步骤S2中还包含步骤S20：该刀具抛光N次该保温杯后，该刀具磨损为Δ,执行步骤S2。

优选地，通过一手轮示教特征点生成或建模生成该保温杯的一母线基本方程，该母线基本方程结合该初始切削基准点，生成该方程F(x,y)=0。

优选地，该刀具的初始切削基准点通过一手轮示教生成或测量生成。

优选地，该刀具磨损量通过统计或模拟计算生成。

优选地，在该保温杯抛光机工作时，该刀具的一旋转中心相对在xOy系统中位置固定，该保温杯通过该执行机构进行x轴向、y轴向以及绕O的转动。

优选地，在该保温杯抛光机工作时，该保温杯相对在xOy系统中位置固定，该刀具通过该执行机构进行x轴向、y轴向以及绕O的转动。

与现有技术相比，本发明提供了一种保温杯抛光机刀具补偿方法，该保温杯具有一母线，该保温抛光机数控系统具有一基础原点O，刀具一径向为y向，刀具轴向为x向，在xOy坐标系中，该刀具具有一初始切削基准点O1（x01,y01），该刀具在该初始切削基准点与该母线相切时该母线由一方程F(x,y)=0表示；包含以下步骤：S1：设置刀具磨损量为Δ；S2：刀具磨损Δ后，在xOy坐标系中，在该磨损后切削基准点处该母线与该磨损后的刀具相切时，该刀具具有一磨损后切削基准点O2（x02,y02），满足，x01=x02且y02=y01+Δ。通过该方法，在数控抛光加工过程中，该抛光机能够补偿因刀具（布轮和棉轮等）磨损造成运行轨迹偏离，有效的提高自动化率，减少停机时间和人工干预。

附图说明

图1为现有技术的保温杯抛光机的立体图。

图2为本发明的保温杯抛光机刀具补偿方法中磨损量的示意图，图2a和图2b为两个方向的视图所体现的磨损量的示意图。

图3为本发明的保温杯抛光机刀具补偿方法中在xOy坐标系中母线的示意图。

图4为本发明的保温杯抛光机刀具补偿方法在数控程序中的一示意图。

图5为本发明的保温杯抛光机刀具补偿方法的多刀具的初始切削基准点的示意图。

附图标记说明。

刀具1

待加工件2

初始切削基准点O1

磨损后切削基准点O2。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

待加工件2——保温杯的杯体表面为回转面，回转面是母线绕轴线旋转而成的曲面，根据此特性，确定好该回转面的轴线和母线能完整的还原出该回转面。刀具1通常也是回转体，基本上是圆柱体。抛光工作，可以近似为，一直线与一母线在工作点处相切（曲线段）或重合（直线段）等问题。

如图1所示，展示现有技术的一直角坐标系（X轴、Y轴、Z轴）下，特别X、Y向下保温杯抛光机的立体图。如图5所示，该抛光机的刀具1包含砂轮、棉轮或布轮，或其组合。图中两个夹持部中间未示部分为待加工件2，即一保温杯体（图中未示）。参阅图2a所示，刀具1具有一初始切削基准点O1，初始切削基准点O1为在刀具初始大小时，代加工件2与刀具1相切的点，此时相应的刀具1直径D1。磨损后，刀具1具有一磨损后切削基准点O2，其对应刀具1直径D2。定义，y轴的方向为过初始切削基准点的刀具径向。进一步，不以此为限，定义从初始切削基准点O1到刀具旋转中心的方向为y轴正向。设定一磨损量为Δ，在图2所示实施例中Δ=D1-D2。若，定义的y轴正向与前述图2所示的y轴正向相反，则对应的Δ=D2-D1。因此，定义y轴正向为本发明保护的一实施例，Δ为一有正负的值。

基础实施例。参阅图3所示，本发明提供了一种保温杯抛光机刀具补偿方法，该保温杯2具有一母线，该保温抛光机数控系统具有一基础原点O，刀具1径向为y向，刀具1轴向为x向，在xOy坐标系中，该刀具具有一初始切削基准点O1（x01,y01），该刀具在该初始切削基准点O1与该母线相切时该母线由一方程F(x,y)=0表示，A1（xi1,yi1）为该母线上的点。

保温杯抛光机刀具补偿方法，主要包含以下步骤：

第一步S1：设置刀具磨损量为Δ；

第二步S2：刀具磨损Δ后，在xOy坐标系中，该刀具1具有一磨损后切削基准点O2（x01,y01），在该磨损后切削基准点O2处该母线与该磨损后的刀具1相切时，该母线上对应A1同一横断面的点为A2（xi2，yi2），满足，x02=x01，且y02=y01+Δ。

xi2=xi1且yi2=yi1+Δ。（i=0,1,2,3……,M）

构造一个向量X=（xi1，yi1）^T，Y=（xi2，yi2）^T，则Y=X+（0，Δ）^T。

据此，在该xOy坐标系统中，将母线进行了位置平移，以使得刀具1和保温杯2相切。

在一保温杯抛光机数控加工方法中，在初始状态时，该刀具1和保温杯2需要根据一些离散的点计算出该保温杯抛光机的执行机构的相对运动，进一步驱动电机等执行平动、或转动。

磨损前，刀具与保温杯抛光的工作方法是：将连续方程离散化为各个工作点，通过两离散点之间小线段运动来执行数控加工程序。

在第一实施例中，包含基础实施例的中相关预运算，执行前述步骤S1和S2，来确定基本磨损量与相关位置、姿势的基本关系。

初始状态（或者称为“状态1”）的相对运动计算时，该方程F（x,y）=0离散化为工作点，该工作点包含与x值和y值相关的位置值，以及与该工作点处斜率相关的姿势值，该位置值和姿势值存储于该数控程序中为集合F{（xi1，yi1，ki1）}。根据集合F{（xi1，yi1，ki1）}，可以转化为相对平动、平动和转动。

磨损后的状态，称为“状态2”。

一曲线在xOy平面内平移，该曲线上对应点的切线值不变，即姿势值不变。

该保温杯抛光机刀具补偿方法，还包括以下步骤：

S3：调取集合F{（xi1，yi1，ki1）}，生成新的集合G{（xi1，yi1+Δ，ki1）}，根据新的集合G驱动保温杯抛光机的执行机构运动。x向的相对平动与xi1相关，根据xi1值，确定相应的一执行机构的运动，比如，一拖链带动该保温杯运动，确定一驱动拖链的步进电机的通电时间或者电流或电压电流或电压或者电流方向等，概括定义为Ex，Ex是xi1的一映射fx；y向的相对平动与yi1+Δ相关，根据yi1+Δ值，确定相应的一执行机构的运动，比如，一电磁阀控制的液压缸带动该保温杯运动，确定电磁阀的通电时间或者电流或电压电流或电压或者电流方向等，概括定义为Ey，Ey是“yi1+Δ”的一映射fy，与前述集合F{（xi1，yi1，ki1）}对应出初始y向相对平动的映射关系相同；绕O（即Oz轴）的相对转动与ki1相关，可以表现为通电时间或者电流或电压电流或电压或者电流方向等。

第二实施例中，包含基础实施例的中相关预运算，执行前述步骤S1和S2，该保温杯抛光机刀具补偿方法，还包括以下步骤：

S3：生成磨损后的刀具与该母线相切时的该母线在xOy坐标系中的表示G（x，y）= F(x,y-Δ)=0；

S4：该方程G（x，y）=0离散化为工作点，该工作点包括磨损后与x值和y值相关的位置值，以及与该工作点处斜率相关的姿势值，该位置值和该姿势值驱动该保温杯抛光机的执行机构运动。相应的，该执行机构驱动该刀具1和该待加工件2之间的相对的关于x向和y向的平动、绕O（oz轴）的转动。

第一实施例采用初始时离散后的工作点存储的方式直接平移该工作点。第二实施例采用先平移表示方程在离散为新的工作点。

数控程序中，采用两离散点之间小线段驱动的方法，进一步的，相对应同一位置的小线段是大小、方向相同的向量。据此，引出下述方法。

第三实施例中，该保温杯抛光机刀具补偿方法，根据该初始切削基准点设置刀具的初始初步运动，以该初始切削基准点为一加工参考原点，该方程F（x,y）=0离散化为工作点，该工作点包含与x值和y值相关的位置值，以及与该工作点处斜率相关的姿势值，该位置值和姿势值存储为集合F{（xi1，yi1，ki1）}，该保温杯抛光机刀具补偿方法。包含基础实施例的中相关预运算，执行前述步骤S1和S2。该保温杯抛光机刀具补偿方法，还包括以下步骤：

S3：根据该磨损后切削基准点设置刀具的磨损后初步运动，将该磨损后初步运动记录为新的初始初步运动，并将该磨损后切削基准点记录为新的初始切削基准点；

S4：以该新的初始切削基准点的设定为该加工参考原点，调取集合F{（xi1，yi1，ki1）}，根据该集合F驱动保温杯抛光机的执行机构运动。

根据本发明提供的数控加工程序方法的基本原理，对第三实施例进一步改进，该磨损后初步运动为在初始初步运动基础上y向再叠加进给该刀具磨损量Δ。

与第一实施例和第二实施例的区别在于，第三实施例只需将切削基准点对准即可，基准切削点是与基础坐标系相关的一个技术参数。

为了进一步解决磨损量记录的问题，本发明提供下列实施例。

在一实施例中，该保温杯抛光机的数控程序中包含一计数器，用以记录该刀具抛光该保温杯的次数。相应的，不同刀具的，分别设置磨损量，刀具抛光该保温杯次数分别计数。不同批次的保温杯，需分别计数。

对前一实施例进一步改进，在步骤S1中还包含步骤S11：设置该刀具抛光N次该保温杯的刀具磨损量为Δ，N为正整数。特别地，当N为1时，表示该刀具抛光1次后，进行一次磨损量的记录和母线的平移。在步骤S2中还包含步骤S20：该刀具抛光N次该保温杯后，该刀具磨损为Δ,执行步骤S2。也就是，进一步说明了在N次抛光后，执行母线平移；在这1至N次抛光中用初始位置母线函数离散化进行抛光，在N+1至2N次抛光中用磨损后的位置母线函数离散化进行抛光。

结合将该磨损后切削基准点记录为新的初始切削基准点这一循环化程序设置，可以实现磨损量由函数给出的方法，即刀具磨损量Δ为一函数。

该保温杯的一母线基本方程H（x,y），可以通过手轮来给数控程序采集输入某些特征点，而自动生成平滑曲线。该母线划分为至少一直线段和/或至少一曲线段；手轮采集的对象为一直线段时，手轮示教该直线段的两端点，生成该直线段；手轮采集的对象为一圆弧段时，手轮示教该圆弧段的两端点和一中间点，生成该圆弧段；再将该至少一直线段和/或该至少一曲线段光滑连接为该母线。

或者，该保温杯的一母线基本方程H（x,y），也可以采用三维图形、二维图形CAD建模导出至数控程序识别的数据来生成母线。

即，在xOy中设定一保温杯初始位置点M（a，b），基于该初始位置点通过一手轮示教特征点生成或建模生成该保温杯的一母线基本方程，该母线基本方程结合该初始切削基准点，生成该方程F(x,y)=0。

如图5所示，展示了保温杯抛光机具有三个刀具，该三个刀具被推至工作位置，该情况为虚拟示意图，实际的，三个刀具中只有一个会被推至工作位置。初始基准点为o(a)1、o(b)1、o(c)1。手轮示教可以将刀具的初始切削基准点的相关坐标参数输入至数控程序中。也可以结合测量刀具的初始直径并结合刀具中心转轴的位置生成刀具初始切削基准点的位置参数。即，该刀具初始切削基准点通过一手轮示教生成或测量生成。

根据该保温杯初始位置点M（a，b）和该初始基准点为o(a) 1、o(b)1、o(c)1之间的坐标变换，生成前述初步运动，即初始初步运动和磨损后初步运动。

保温杯抛光机自动化加工过程中，同一批次的保温杯具有相同的母线，同一技术参数的刀具（棉轮或布轮等）具有相同的技术参数（硬度、表面纹理等），同一台保温杯抛光机的技术参数相同（如磨削力等的控制系统也可以控制到比较均匀），针对这样的条件，理论上，刀具磨损量是相同的，因此，可以通过统计计算出刀具的N次磨损量。也可以在有限次的统计测量出部分母线等的N次磨损量，确定与磨损量相关的技术参数，并拟合模拟计算出刀具磨损量与技术参数的关系，从而可以推算出新的刀具、新的批次保温杯、新的保温杯抛光机对应的刀具磨损量。即，该刀具磨损量Δ通过统计或模拟计算生成。参阅图4所示，该刀具磨损量（每个刀具、每个保温杯）录入至图4的表格的YPosCoord2、3……中。数控程序调用设置的该系列刀具磨损量。

在一实施例中，在该保温杯抛光机工作时，该刀具相对在xOy系统中位置固定，即该刀具x向和y向不平动，刀具只能绕自身轴线旋转，刀具1会有磨损，形状会变小，该保温杯通过该执行机构进行x轴向、y轴向以及绕O的转动。

在另一实施例中，在该保温杯抛光机工作时，该保温杯2相对在xOy系统中位置固定，即该保温杯x向和y向不平动，该保温杯只能绕自身轴线旋转，该刀具通过该执行机构进行x轴向、y轴向以及绕O的转动。

上述实施例中，涉及循环方法——即用状态2的参数覆盖状态1的对应参数，设定最终停止条件，一与最小的刀具半径相关的参数。

以上所述即为本发明的技术方案，本发明的技术方案主要是上述方法的描述。据此，通过该方法，在数控抛光加工过程中，该抛光机能够补偿因刀具（布轮和棉轮等）磨损造成运行轨迹偏离，有效的提高自动化率，减少停机时间和人工干预。

上述具体实施例和附图说明仅为例示性说明本发明的技术方案及其技术效果，而非用于限制本发明。任何熟于此项技术的本领域技术人员均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，在权利要求保护的范围内对上述实施例进行修改或变化，均属于本发明的权利保护范围。

Claims (12)

1.一种保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，

该保温杯具有一母线，该保温抛光机数控系统具有一基础原点O，刀具一径向为y向，刀具轴向为x向，在xOy坐标系中，该刀具具有一初始切削基准点O1（x01,y01），该刀具在该初始切削基准点与该母线相切时该母线由一方程F(x,y)=0表示；

包含以下步骤：

S1：设置刀具磨损量为Δ；

S2：刀具磨损Δ后，在xOy坐标系中，在该磨损后切削基准点处该母线与该磨损后的刀具相切时，该刀具具有一磨损后切削基准点O2（x02,y02），满足，

x02=x01且y02=y01+Δ。

2.如权利要求1所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，该方程F（x,y）=0离散化为工作点，该工作点包含与x值和y值相关的位置值，以及与该工作点处斜率相关的姿势值，该位置值和姿势值存储为集合F{（xi1，yi1，ki1）}，该保温杯抛光机刀具补偿方法，还包括以下步骤：

S3：调取集合F{（xi1，yi1，ki1）}，生成新的集合G{（xi1，yi1+Δ，ki1）}，根据新的集合G驱动保温杯抛光机的执行机构运动。

3.如权利要求1所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S3：生成磨损后的刀具与该母线相切时的该母线在xOy坐标系中的表示G（x，y）= F(x,y-Δ)=0；

S4：该方程G（x，y）=0离散化为工作点，该工作点包括磨损后与x值和y值相关的位置值，以及与该工作点处斜率相关的姿势值，根据该位置值和该姿势值驱动该保温杯抛光机的执行机构运动。

4.如权利要求1所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，根据该初始切削基准点设置刀具的初始初步运动，以该初始切削基准点为一加工参考原点，该方程F（x,y）=0离散化为工作点，该工作点包含与x值和y值相关的位置值，以及与该工作点处斜率相关的姿势值，该位置值和姿势值存储为集合F{（xi1，yi1，ki1）}，该保温杯抛光机刀具补偿方法，还包括以下步骤：

S3：根据该磨损后切削基准点设置刀具的磨损后初步运动，将该磨损后初步运动记录为新的初始初步运动，并将该磨损后切削基准点记录为新的初始切削基准点；

S4：以该新的初始切削基准点的设定为该加工参考原点，调取集合F{（xi1，yi1，ki1）}，根据该集合F驱动保温杯抛光机的执行机构运动。

5.如权利要求4所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，该磨损后初步运动为在初始初步运动基础上y向再叠加进给该刀具磨损量Δ。

6.如权利要求1所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，该保温杯抛光机的数控系统中包含一计数器，用以记录该刀具抛光该保温杯的次数。

7.如权利要求6所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，

在步骤S1中还包含步骤S11：设置该刀具抛光N次该保温杯的刀具磨损量为Δ，N为正整数；

在步骤S2中还包含步骤S20：该刀具抛光N次该保温杯后，该刀具磨损为Δ,执行步骤S2。

8.如权利要求1-7之一所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，通过一手轮示教特征点生成或建模生成该保温杯的一母线基本方程，该母线基本方程结合该初始切削基准点，生成该方程F(x,y)=0。

9.如权利要求1-7之一所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，该刀具的初始切削基准点通过一手轮示教生成或测量生成。

10.如权利要求1-7之一所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，该刀具磨损量通过统计或模拟计算生成。

11.如权利要求2或3或4所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，在该保温杯抛光机工作时，该刀具的一旋转中心相对在xOy系统中位置固定，该保温杯通过该执行机构进行x轴向、y轴向以及绕O的转动。

12.如权利要求2或3或4所述的保温杯抛光机刀具补偿方法，其特征在于，在该保温杯抛光机工作时，该保温杯相对在xOy系统中位置固定，该刀具通过该执行机构进行x轴向、y轴向以及绕O的转动。