CN110286650A - 一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法 - Google Patents

Abstract

一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，先在CAD软件中获取毛坯数模的轮廓点坐标数据，从轮廓点中挑选出预计的测量点；然后根据测量点数据生成数控宏程序，输入机床数控系统；最后运行宏程序，控制机床测头在机测量毛坯轮廓上测量点的实际坐标；在机床数控系统内通过最近点迭代算法使测量点和毛坯设计模型的轮廓点重合，进而计算加工坐标系关于机床坐标系的偏置，坐标偏置量自动输入数控系统中，实现毛坯的找正。本发明可以替代手工划线，毛坯可以装夹在工作台任意位置，减少毛坯装夹时的调整时间，提高生产效率。

Description

一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体为一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法。

背景技术

在多品种，小批量生产中一般通过划线的方式实现毛坯找正，对于精度要求较高或特征复杂的零件往往在加工过程中需要多次划线，延缓了加工进度。已有的机床测头在机测量定位方法和手工划线相比可以提高定位效率，避免二次定位误差；但仅这类方法针对定位基准或特征尺寸的局部测量无法保证毛坯整体各部位的余量满足加工要求。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺点，本发明提供一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，针对飞机整体壁板、整体框等具有板块状结构特征的零件，通过测量毛坯轮廓的方法实现毛坯在机快速找正。这种方法可以替代手工划线；毛坯在加工时可以装夹在工作台任意位置，减少毛坯装夹的调整时间，提高生产效率。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，包括如下步骤：

步骤1，在CAD软件中获取毛坯数模的轮廓点坐标数据，从轮廓点中挑选出预计的测量点；

步骤2，根据测量点数据生成数控宏程序，输入机床数控系统；

步骤3，运行宏程序，控制机床测头在机测量毛坯轮廓上测量点的实际坐标；在机床数控系统内通过最近点迭代算法使测量点和毛坯设计模型的轮廓点重合，进而计算加工坐标系关于机床坐标系的偏置，坐标偏置量自动输入数控系统中，实现毛坯的找正。

所述的步骤1中选取的轮廓点应为毛坯平放时XOY平面上的轮廓点。

所述的步骤1中测量点应根据毛坯结构特征选出，在轮廓中均匀选出，各个方向上的测量点数量大致相同；形状结构复杂的位置增加测量点的数量；加工余量大的位置适当减少测量点数量。

所述的步骤3中由于毛坯制造的误差，实际测量点不可能完全重合于设计模型轮廓上的轮廓点，所述的“重合”是在允许误差范围内的重合。

所述的步骤1中的测量点为测量前预计的测量点；步骤2、步骤3中的测量点为毛坯上的实际测量点；预计测量点和实际测量点的不同对计算效果影响很小。

所述的步骤2中宏程序通过开发软件生成，开发软件分为三部分，即数据输入模块、宏程序编制模块、程序输出模块，其中，数据输入模块实现毛坯轮廓点、测量点数据读取，测头几何参数读取，算法收敛参数读取的功能；宏程序编制模块实现测头运功轨迹生成，以及算法编制功能，生成的运动轨迹应不与毛坯发生干涉；程序输出模块将生成的程序转换成机床运行的数控宏程序。

所述的步骤3中，利用机床数控宏程序内的数学计算功能，计算出加工坐标系偏置，具体步骤如下：

3.1)将毛坯装夹在工作台任意位置；

3.2)运行测量程序，测量毛坯上预测量点的实际坐标；

3.3)测量完成后，利用宏程序内的数学计算功能，使用最近点迭代算法将实际坐标与理论轮廓重合，计算出加工坐标系关于机床坐标系在X、Y轴平移和绕Z轴旋转的偏移量，补偿到数控系统中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

本发明通过毛坯设计模型轮廓数据自动生成数控宏程序，控制机床测头测量毛坯并确定加工坐标系移动的合适位置，可以实现板块状毛坯零件的快速在机测量找正。和传统划线找正相比，提高了效率和自动化程度；和已有的测头在机测量找正方法相比，本发明方法测量毛坯轮廓，更加全面地考虑了毛坯各个方向上的加工余量。本发明的方法可以替代手工划线工序，减少夹具的使用，缩短生产周期。

附图说明

图1为实施例的轮廓点坐标数据示意图。

图2为开发软件的示意图。

图3为实施例的测量点坐标数据示意图。

图4为实施例毛坯测量点与轮廓匹配计算结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，包括如下步骤：

步骤1，在计算机CAD软件中获取毛坯数模的轮廓点坐标数据，如图1所示，从轮廓点中挑选出预计的测量点；测量点尽可能均匀地从毛坯轮廓上选取，在特征复杂的位置适当增加选点数量，在余量大的位置适当减少选点的数量；相应的，选取测量点的选择并非越多越好，应尽可能反映出毛坯轮廓的形状特征；在已有的测头在机测量找正方法中，通过对定位基准及特征尺寸的测量、拟合等步骤实现加工坐标系偏置量计算，但这种方法只能保证当前工序所加工的特征和定位基准的相对位置满足要求，而不能保证此后加工过程中毛坯其他位置的余量满足要求；本发明通过测量轮廓，从宏观上考虑到毛坯整体的加工余量分布，从而避免局部加工余量不足；要注意的是，由于采用了轮廓测量，本发明仅适用于特征较简单的板块状零件的找正定位；

步骤2，根据测量点数据生成数控宏程序，输入机床数控系统；宏程序通过开发软件生成，如图2所示，开发软件分为三部分，即数据输入模块、宏程序编制模块、程序输出模块，其中，数据输入模块实现毛坯轮廓点、测量点数据读取，测头几何参数读取，算法收敛参数读取的功能；宏程序编制模块实现测头运功轨迹生成，以及算法编制功能，生成的运动轨迹应不与毛坯发生干涉；程序输出模块将生成的程序转换成机床可以运行的数控宏程序；

步骤3，在机床数控系统中运行宏程序，控制测头测量毛坯轮廓，实现毛坯的找正，具体步骤如下：

3.1)将毛坯装夹到机床的任意位置(机床应具有工作台旋转功能,即具有加工坐标系绕Z轴旋转偏置功能)，由于后续步骤会计算加工坐标系偏置，因此，不必考虑毛坯定位位置和机床坐标系的相对位置；

3.2)运行数控宏程序，使用机床测头测量毛坯上预测量点的实际坐标，如图3所示(图3仅选择了毛坯的外轮廓点测量，本发明同样适用于零件内轮廓的测量)获得测量点的实际坐标值；

3.3)测量完成后，利用数控系统计算功能，使用最近点迭代算法将实际坐标与理论轮廓重合；最近点迭代法通常用于解决点集配准问题，配准的对象是大规模点集数据。在点数量较少时，如10至30个点，算法仍有较好的效果，如图4所示；通过测量点的初始坐标和算法计算重合后的坐标，计算出加工坐标系关于机床坐标系在X、Y轴的平移和绕Z轴旋转的偏置，补偿到机床数控系统中。

Claims (7)

1.一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在CAD软件中获取毛坯数模的轮廓点坐标数据，从轮廓点中挑选出预计的测量点；

步骤2，根据测量点数据生成数控宏程序，输入机床数控系统；

步骤3，运行宏程序，控制机床测头在机测量毛坯轮廓上测量点的实际坐标；在机床数控系统内通过最近点迭代算法使测量点和毛坯设计模型的轮廓点重合，进而计算加工坐标系关于机床坐标系的偏置，坐标偏置量自动输入数控系统中，实现毛坯的找正。

2.根据权利要求1所述的一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，其特征在于：所述的步骤1中选取的轮廓点应为毛坯平放时XOY平面上的轮廓点。

3.根据权利要求1所述的一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，其特征在于：所述的步骤1中测量点应根据毛坯结构特征选出，在轮廓中均匀选出，各个方向上的测量点数量大致相同；形状结构复杂的位置增加测量点的数量；加工余量大的位置适当减少测量点数量。

4.根据权利要求1所述的一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，其特征在于：所述的步骤3中由于毛坯制造的误差，实际测量点不可能完全重合于设计模型轮廓上的轮廓点，所述的“重合”是在允许误差范围内的重合。

5.根据权利要求1所述的一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，其特征在于：所述的步骤1中的测量点为测量前预计的测量点；步骤2、步骤3中的测量点为毛坯上的实际测量点；预计测量点和实际测量点的不同对计算效果影响很小。

6.根据权利要求1所述的一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，其特征在于：所述的步骤2中宏程序通过开发软件生成，开发软件分为三部分，即数据输入模块、宏程序编制模块、程序输出模块，其中，数据输入模块实现毛坯轮廓点、测量点数据读取，测头几何参数读取，算法收敛参数读取的功能；宏程序编制模块实现测头运功轨迹生成，以及算法编制功能，生成的运动轨迹应不与毛坯发生干涉；程序输出模块将生成的程序转换成机床运行的数控宏程序。

7.根据权利要求1所述的一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法，其特征在于：所述的步骤3中，利用机床数控宏程序内的数学计算功能，计算出加工坐标系偏置，具体步骤如下：

3.1)将毛坯装夹在工作台任意位置；

3.2)运行测量程序，测量毛坯上预测量点的实际坐标；

3.3)测量完成后，利用宏程序内的数学计算功能，使用最近点迭代算法将实际坐标与理论轮廓重合，计算出加工坐标系关于机床坐标系在X、Y轴平移和绕Z轴旋转的偏移量，补偿到数控系统中。