CN110919458B - 数控机床旋转轴的自动校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种数控机床旋转轴的自动校准系统及方法。系统包括：测量件、校准件、数控系统、第一调节机构、第二调节机构和第三调节机构，测量件装夹在旋转轴上，第一调节机构连接测量件，用于调节测量件与水平面之间的夹角大小；校准件安装于数控机床的主轴上，校准件通过信号线连接数控系统的信号输入端口，校准件与测量件接触时产生触发信号，数控系统根据触发信号记录校准件的目标位置；数控系统与第一调节机构、第二调节机构、第三调节机构电连接，第二调节机构用于调节主轴与测量件之间的距离；第三调节机构用于调节所述旋转轴的实时位置。本发明还公开了一种数控机床旋转轴的自动校准的方法。本发明可对旋转轴进行快速的精度校准。

Description

数控机床旋转轴的自动校准系统及方法

技术领域

本发明涉及数控技术领域，尤其涉及一种数控机床旋转轴的自动校准系统及方法。

背景技术

数控机床是一种柔性的、高效能的自动化机床，具有高自动化、高精度、功能丰富以及稳定的加工质量等特征，在数控技术的普及和成熟的过程中，同样对数控机床的加工精度要求、智能化要求也随之提高，但是由于对数控机床使用的要求比较高，不管是实时操作还是对数控机床中部件的精度校准都需要专业人员来实现，如对旋转轴的定期精度校准，以保证数控机床的实际加工精度在设定要求范围内；传统的对旋转轴的精度校准操作都需要专业人员配合高精度仪器实现，校准过程复杂且校准效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种数控机床旋转轴的自动校准系统及方法，用于解决现有技术中的对数控机床旋转轴的校准过程中，校准步骤繁杂且效率低的问题。

本发明实施例的具体技术方案为：

一种数控机床旋转轴的自动校准系统，包括：测量件、校准件、数控系统、第一调节机构、第二调节机构、第三调节机构以及工作平台，其中：

所述测量件装夹在旋转轴上，所述第一调节机构连接所述测量件，所述第一调节机构用于调节所述测量件与水平面之间的夹角大小；

所述校准件安装于数控机床的主轴上，所述校准件通过信号线连接所述数控系统的信号输入端口，所述校准件与所述测量件接触时产生触发信号，所述数控系统根据所述触发信号获取所述校准件的目标位置；

所述数控系统与所述第一调节机构、所述第二调节机构、所述第三调节机构电连接，所述第二调节机构用于调节所述主轴与所述测量件之间的距离；在所述距离固定的条件下，所述第三调节机构用于调节所述旋转轴的实时位置；

所述工作平台连接所述第三调节机构，所述第三调节机构通过调节所述工作平台的位置，实现对所述旋转轴的实时位置的调节操作。

进一步地，所述主轴、所述旋转轴、所述测量件、所述数控机床以及所述工作平台都是等势体。

进一步地，所述主轴、所述旋转轴、所述测量件、所述数控机床以及所述工作平台均处于低电位。

进一步地，所述校准件通过所述信号输入端口输入至所述数控系统的输入信号为NPN型输入。

进一步地，在所述测量件与所述校准件接触时，所述测量件、所述校准件以及所述数控系统之间形成导通的电路。

一种数控机床旋转轴的自动校准方法，应用于如上任一项所述的数控机床旋转轴的自动校准系统，所述方法包括：

按照预设角度顺时针或逆时针旋转所述测量件，调节所述工作平台，对应所述测量件与所述校准件的第一接触点获取所述校准件的第一位置值；以及

按照预设角度逆时针或顺时针旋转所述测量件，调节所述工作平台，对应所述测量件与所述校准件的第二接触点获取所述校准件的第二位置值；所述第一接触点、所述第二接触点与所述工作平台的垂直距离相等；

计算所述第一位置值与所述第二位置值和的平均值，根据所述平均值确定所述旋转轴的中心。

进一步地，所述按照预设角度顺时针或逆时针旋转所述测量件之前，还包括：

调节所述测量件，以使所述测量间与所述工作平台之间相互平行；以及

对所述主轴进行高度调节，以使所述校准件与所述测量件之间的距离满足预设的距离值。

进一步地，所述调节所述测量件，以使所述测量件与所述工作平台之间相互平行，包括：

调节所述工作平台改变所述旋转轴的位置，使得所述校准件分别与所述测量件的任意两个接触点接触；

获取与所述校准件与所述测量件两个接触点对应的第三位置值和第四位置值；

当所述第三位置等于所述第四位置值时，判定所述测量件与所述工作平台相互平行。

进一步地，所述获取与所述校准件与所述测量件两个接触点对应的第三位置值和第四位置值，包括：

获取对应两个接触点的第三触发信号和第四触发信号；

将所述第三触发信号和第四触发信号发送至所述数控系统；

获取对应所述第三触发信号的所述第三位置值、和对应所述第四触发信号的所述第四位置值。

进一步地，所述方法还包括：

获取多个所述第一位置值和所述第二位置值和的平均值；

对多个所述平均值求和后获得目标平均值，根据所述目标平均值确定所述旋转轴的中心。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

采用了上述数控机床旋转轴的自动校准系统及方法之后，通过在数控机床的主轴上设置校准件，校准件通过信号线连接数控系统的信号输入端口，在旋转轴上设置测量件，同时，设置与数控系统电连接的第一调节机构、第二调节机构和第三调节机构，由第一调节机构调节测量件与水平面的高度，由第二调节机构调节测量件与主轴之间的距离大小，由第三调节机构调节旋转轴的实时位置，因为主轴、旋转轴、测量件、数控机床以及工作平台都是等势体，且都处于低电位；通过调节主轴(校准棒安装在主轴上，调节主轴时同样调节校准棒的位置)位置和测量件与水平面夹角大小，记录测量件逆时针和顺时针旋转预定角度情况下，分别记录校准件与测量件的接触点，并记录对应顺时针和逆时针时校准件的位置值，对顺时针和逆时针情况下获取的位置值进行求和后，再求平均值，将平均值作为旋转轴的中心，从而实现对旋转轴的精度校准操作。本发明可实现对旋转轴精度的自动校准操作，同时具备良好的校准效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一个实施例中所述数控机床旋转轴的自动校准系统的结构示意图；

图2为一个实施例中所述数控机床旋转轴的自动校准方法的流程示意图；

图3为一个实施例中所述数控机床旋转轴的自动校准系统的实际操作示意图；

图4为另一个实施例中所述数控机床旋转轴的自动校准系统的实际操作示意图；

图5为又一个实施例中所述数控机床旋转轴的自动校准系统的实际操作示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决传统技术中对数控机床旋转轴的校准过程需要专业人员配合高精度仪器实现，以及因为校准过程繁杂导致校准效率低的问题，在本实施例中，特提出了一种数控机床旋转轴的自动校准系统。

在本实施例中，基于数控机床中主轴、旋转轴、工作平台以及数控机床的本体都是等势体，具体的，主轴、旋转轴、工作平台、数控机床以及测量件均处于低电位；在旋转轴上装夹一测量件100构成本实施例的数控机床旋转轴的自动校准系统，如图1所示，本实施例提供的数控机床旋转轴的自动校准系统包括：测量件100、校准件110、数控系统120、第一调节机构130、第二调节机构140以及第三调节机构150；在测量件100与主轴、旋转轴、工作平台均处于同一等势体、低电位时，测量件100输入数控系统120的信号为NPN型输入，即低电平有效；本实施例的自动校准系统通过分别调节主轴的位置、旋转轴的位置以及测量件100与水平面的角度大小，实现校准件110与测量件100之间的接触，在校准件110与测量件100接触后，测量件100、校准件110以及数控系统120之间则形成导通的电路，此时，NPN型触发信号输入至数控系统120，同一时间数控系统120响应于NPN型触发信号记录下校准件110的目标位置。

具体实施例中，如图3和图4所示，第一调节机构130连接测量件100，第一调节机构130用于调节测量件100与水平面之间的夹角大小；校准件110安装于数控机床的主轴上，校准件具体通过如夹持的方式固定在主轴的轴线上；校准件110通过信号线170连接数控系统120的信号输入端口；数控系统120还分别与第一调节机构130、第二调节机构140、第三调节机构150电连接，第二调节机构140用于调节主轴与测量件100之间的距离；在主轴与测量件100之间距离固定的条件下，第三调节机构150用于调节旋转轴180的实时位置，具体通过调节工作平台160对旋转轴180进行位置调节，工作平台160连接第三调节机构150，且旋转轴180通过支撑件(图未示)固定在工作平台160上；本发明具体实施例中，通过在数控系统120上设置对主轴位置调节、旋转轴180实时位置调节以及测量件100旋转角度大小调节的参数，在对旋转轴进行精度校准操作时，数控系统120发送不同的调节参数至第一调节机构130、第二调节机构140以及第三调节机构150，实现第一调节机构130对测量件100与水平面夹角的调节、第二调节机构140对主轴进行高度调节(校准件110与测量件100之间的距离调节)、以及第三调节机构150对工作平台160的调节以实现改变旋转轴180的位置的功能。

进一步的，本实施例为了实现对旋转轴180的精度调节操作，通过获取旋转轴180旋转中心的方式实现，具体的，设定第一调节机构130对测量件100的角度调节大小，例如，对测量件100分别顺时针旋转30°和逆时针旋转30°，则通过第二调节机构140调节主轴上校准件110与测量件100之间距离，保证在通过第三调节机构150改变旋转轴180位置时，测量件100可与校准件110之间至少有一个接触点；如图4中的左边图示，若此时对测量件100进行逆时针旋转30°，以旋转轴180的原始位置为原点构建一个二维坐标系，此时则可以得到通过第三调节机构150调节工作平台160的位置，使得校准件110与测量件100之间相接触，并由数控系统120记录得到校准件110与测量件100第一次接触的位置为N，其相对于旋转轴180的原始位置改变的距离值为y0，此时停止对工作平台160的调节；同样的，对测量件100顺时针旋转30°获取得到校准件110与测量件100第二次接触的位置为M，其相对于旋转轴180的原始位置改变的距离值为y1。

因为测量件100装夹在旋转轴180上，不管测量件100是顺时针旋转还是逆时针旋转，其旋转中心就是整个旋转轴180。如图5所示，假设旋转轴180旋转中心为点O，此时，连接ON、OM以及NM，则可形成三角形ONM，而假设测量件100未旋转时与水平面平行，则可知在逆时针旋转和顺时针旋转相同角度后，所形成的三角形ONM为等腰三角形，即其角度A与角度B相等，而等腰三角形其底边中线与顶角重合，因此可得旋转轴180的中心值为(y0+y1)/2，根据所得中心值实现对旋转轴180的精度校准操作。

优选地，本实施例中，第一调节机构130对测量件100的角度调节、第二调节机构140对安装在主轴上校准件110与测量件100之间距离的调节以及第三调节机构150通过调节工作平台160实现对旋转轴180位置的改变，均可通过电机实现，而通过电机实现角度调节和位置改变为现有技术，在此不进行赘述。

本实施例的自动校准系统操作简单，能够实现对旋转轴的快速精度校准操作。

基于相同的发明构思，如图2所示，本实施例提供一种数控机床旋转轴的自动校准方法，应用于如上所述的数控机床旋转轴的自动校准系统，所述方法包括步骤S102～S106：

步骤S102：按照预设角度顺时针或逆时针旋转所述测量件，调节所述工作平台，对应所述测量件与所述校准件的第一接触点获取所述校准件的第一位置值；以及步骤S104：按照预设角度逆时针或顺时针旋转所述测量件，调节所述工作平台，对应所述测量件与所述校准件的第二接触点获取所述校准件的第二位置值；其中，所述第一接触点、所述第二接触点与所述工作平台的垂直距离相等；

在具体实施例中，为了获取得到旋转轴180的中心，以实现校准操作，本实施例通过在测量件100逆时针和顺时针旋转相同预设角度大小的情况下，分别获取校准件110与测量件100之间的接触时，校准件110的位置值，然后根据位置值计算得到旋转轴180的中心，具体获取中心的过程可参阅上述内容，在此不再进行赘述。

具体的，在按照预设角度逆时针或顺时针旋转预设角度大小之前，还需要调节测量件100与水平面或工作平台160平行，具体通过调节工作平台160改变旋转轴180的位置，使得校准件110分别与测量件100的两端点接触；在校准件110与测量件100的两接触点，分别产生对应两接触点的第三触发信号和第四触发信号；将第三触发信号和第四触发信号发送至数控系统120，根据第三触发信号控制系统120获取对应校准件110与测量件100一个接触点的第三位置值，以及根据第四触发信号控制系统120获取对应校准件110与测量件100另一接触点的第四位置值；当第三位置等于第四位置值时，即可判定测量件100与工作平台160或水平面相互平行。本实施例将测量件100与水平面或工作平台160互相平行，可作为后续进行校准操作的基准，即需要保证在后续对测量件100进行一定角度旋转后，更加易于进行校准件110的信号捕捉和更快计算旋转轴180的中心值，以提升对旋转轴的校准效率。

进一步的，为了保证校准件110能够在旋转轴180位置改变的情况下，与测量件100之间至少存在一个接触点，本实施例还需按照预设的高度对主轴进行调节，使得装设在主轴上的校准件110与测量件100之间的距离保持在预设距离范围内；例如，假设测量件100的长度为10cm，且测量件100对称装夹在旋转轴180上，若测量件100后续进行逆时针旋转30°和顺时针旋转30°，根据三角形平面原理(直角三角形中，30°角所对边长度为斜边长度的一般)，则需要保证校准件110与测量件100水平时的距离值保持在0～2.5cm范围内。

步骤S106：计算所述第一位置值与所述第二位置值和的平均值，根据所述平均值确定所述旋转轴的中心。

本发明的数控机床旋转轴的自动校准方法的实现原理可参阅上述对应的数控机床旋转轴的自动校准系统的描述，在此不再进行赘述。

在其他优选实施例中，还可以通过获取测量件100在不同旋转角度下计算得到的旋转轴180的中心值，并对所有获取的中心值进行求和，并求平均值，将得到的平均值作为最后获取得到的旋转轴180的最终中心值，并根据最终中心值对旋转轴进行校准操作。

采用了上述数控机床旋转轴的自动校准系统及方法之后，通过在数控机床的主轴上设置校准件，校准件通过信号线连接数控系统的信号输入端口，在旋转轴上设置测量件，同时，设置与数控系统电连接的第一调节机构、第二调节机构和第三调节机构，由第一调节机构调节测量件与水平面的高度，由第二调节机构调节测量件与主轴之间的距离大小，由第三调节机构调节旋转轴的实时位置，因为主轴、旋转轴、测量件、数控机床以及工作平台都是等势体，且都处于低电位；通过调节主轴(校准棒安装在主轴上，调节主轴时同样调节校准棒的位置)位置和测量件与水平面夹角大小，记录测量件逆时针和顺时针旋转预定角度情况下，分别记录校准件与测量件的接触点，并记录对应顺时针和逆时针时校准件的位置值，对顺时针和逆时针情况下获取的位置值进行求和后，再求平均值，将平均值作为旋转轴的中心，从而实现对旋转轴的精度校准操作。本发明可实现对旋转轴精度的自动校准操作，同时具备良好的校准效率。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种数控机床旋转轴的自动校准系统，其特征在于，包括：测量件、校准件、数控系统、第一调节机构、第二调节机构、第三调节机构以及工作平台，其中：

所述测量件装夹在旋转轴上，所述第一调节机构连接所述测量件，所述第一调节机构用于调节所述测量件与水平面之间的夹角大小；

所述校准件安装于数控机床的主轴上，所述校准件通过信号线连接所述数控系统的信号输入端口，所述校准件与所述测量件接触时产生触发信号，所述数控系统根据所述触发信号获取所述校准件的目标位置；

所述数控系统与所述第一调节机构、所述第二调节机构、所述第三调节机构电连接，所述第二调节机构用于调节所述主轴与所述测量件之间的距离；在所述距离固定的条件下，所述第三调节机构用于调节所述旋转轴的实时位置；

所述工作平台连接所述第三调节机构，所述第三调节机构通过调节所述工作平台的位置，实现对所述旋转轴的实时位置的调节操作；

其中，所述测量件为平板状，所述旋转轴通过支撑件固定在所述工作平台上；

所述校准件为探针状，所述校准件具体通过夹持的方式固定在所述主轴的轴线上。

2.如权利要求1所述数控机床旋转轴的自动校准系统，其特征在于，所述主轴、所述旋转轴、所述测量件、所述数控机床以及所述工作平台都是等势体。

3.如权利要求1或2所述数控机床旋转轴的自动校准系统，其特征在于，所述主轴、所述旋转轴、所述测量件、所述数控机床以及所述工作平台均处于低电位。

4.如权利要求3所述数控机床旋转轴的自动校准系统，其特征在于，所述校准件通过所述信号输入端口输入至所述数控系统的输入信号为NPN型输入。

5.如权利要求3所述数控机床旋转轴的自动校准系统，其特征在于，在所述测量件与所述校准件接触时，所述测量件、所述校准件以及所述数控系统之间形成导通的电路。

6.一种数控机床旋转轴的自动校准方法，其特征在于，应用于权利要求1～5任一项所述的数控机床旋转轴的自动校准系统，所述方法包括：

按照预设角度顺时针或逆时针旋转所述测量件，调节所述工作平台，对应所述测量件与所述校准件的第一接触点获取所述校准件的第一位置值；以及

按照预设角度逆时针或顺时针旋转所述测量件，调节所述工作平台，对应所述测量件与所述校准件的第二接触点获取所述校准件的第二位置值；所述第一接触点、所述第二接触点与所述工作平台的垂直距离相等；

计算所述第一位置值与所述第二位置值和的平均值，根据所述平均值确定所述旋转轴的中心。

7.如权利要求6所述数控机床旋转轴的自动校准方法，其特征在于，所述按照预设角度顺时针或逆时针旋转所述测量件之前，还包括：

调节所述测量件，以使所述测量间与所述工作平台之间相互平行；以及

对所述主轴进行高度调节，以使所述校准件与所述测量件之间的距离满足预设的距离值。

8.如权利要求7所述数控机床旋转轴的自动校准方法，其特征在于，所述调节所述测量件，以使所述测量件与所述工作平台之间相互平行，包括：

调节所述工作平台改变所述旋转轴的位置，使得所述校准件分别与所述测量件的任意两个接触点接触；

获取与所述校准件与所述测量件两个接触点对应的第三位置值和第四位置值；

当所述第三位置等于所述第四位置值时，判定所述测量件与所述工作平台相互平行。

9.如权利要求8所述数控机床旋转轴的自动校准方法，其特征在于，所述获取与所述校准件与所述测量件两个接触点对应的第三位置值和第四位置值，包括：

获取对应两个接触点的第三触发信号和第四触发信号；

将所述第三触发信号和第四触发信号发送至所述数控系统；

获取对应所述第三触发信号的所述第三位置值、和对应所述第四触发信号的所述第四位置值。

10.如权利要求6～9任一项所述数控机床旋转轴的自动校准方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取多个所述第一位置值和所述第二位置值和的平均值；

对多个所述平均值求和后获得目标平均值，根据所述目标平均值确定所述旋转轴的中心。

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