CN111037328A - 一种壳体零件在卧式加工中心的定位方法及加工方法 - Google Patents

一种壳体零件在卧式加工中心的定位方法及加工方法 Download PDF

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CN111037328A CN201911308554.7A CN201911308554A CN111037328A CN 111037328 A CN111037328 A CN 111037328A CN 201911308554 A CN201911308554 A CN 201911308554A CN 111037328 A CN111037328 A CN 111037328A
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Abstract

本发明公开了一种壳体零件在卧式加工中心的定位方法及加工方法,确定工作台旋转后壳体零件在机床工作台的装夹位置并对壳体零件进行加工,该方法将壳体零件在机床工作台的任意位置固定,编制数控系统用户宏程序,并将所述的数控系统用户宏程序输入机床的数控系统中,实现多方位加工时坐标原点自动偏置。本发明的壳体零件生产加工方法通过宏程序自动换算得到工件坐标系原点坐标,可缩短调试时间,并且理论计算无误差,可减少调试废品率,节约成本,无需将工件基准点装夹在工作台的回转中心,便可实现多方位加工时坐标原点自动偏置。

Description

一种壳体零件在卧式加工中心的定位方法及加工方法
技术领域
本发明涉及数控卧式加工领域,具体涉及一种壳体零件在卧式加工中心的定位方法及加工方法。
背景技术
对于壳体类零件在卧式加工中心上一次装夹可加工多个方位的特征,即可以加工除顶面及底面外其余所有方向的特征,避免多次装夹带来误差。但是,对于卧加多方位加工,为了编程计算时直观方便,目前通常采用在不同加工角度分别手动测量建立工件坐标系的方法。加工前先拉平夹具,再找正夹具或工件上的基准点,然后根据图纸尺寸计算得到对应B轴角度下工件坐标系的零点偏置值。这样得到的各坐标系之间相互独立,没有关联。手动找正因测量毛坯或间接测量存在误差,导致新品调试时第一件同轴度、位置度等往往不合格,造成首件废品。
工件绕机床B轴旋转,为了编程方便,常常需要在B轴不同角度时分别建立工件坐标系。在新品调试或生产线换产时,手动测量建立多个坐标系的操作繁琐,待机时间长,效率低,而且受人为操作影响误差大,首件加工完后根据测量报告调整坐标系,引入测量误差,造成反复调整,调试废品率高,成本增加。
对于如何只需一次手动找正便可同时加工多个面的问题,目前只有对工件回转中心与工作台回转中心不重合的宏程序的记载,但其使用局部坐标系G52或工件坐标系偏移G10的方法,过程繁琐,且通用性差,不适于壳体类零件加工。
高档五轴联动数控机床通常配备有刀尖跟随(RTCP)功能,利用线性轴的运动来补偿因旋转运动造成的刀具中心点的偏移,达到刀具中心点始终位于编程轨迹上的目的。此功能要求五轴的两个旋转轴的轴线方向和空间位置精度高。五轴机床多面加工共用一个坐标系,当测得不同面上的坐标系偏差方向不一致时,无法调整。通常卧式加工中心不具有刀尖更随功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种壳体零件在卧式加工中心的定位方法及加工方法,用以解决现有技术中的各加工面手动分别建立坐标系时,操作繁琐,待机时间长,效率低;工件基准点与工作台回转中心不重合、存在偏差的问题。
为了实现上述任务,本发明采用以下技术方案:
一种壳体零件在卧式加工中心的定位方法,用于确定工作台旋转后壳体零件在机床工作台的装夹位置,包括以下步骤:
步骤1、建立机床坐标系,获得在机床坐标系内,机床工作台的回转中心点的坐标和壳体零件基准点的坐标,所述的壳体零件基准点在机床工作台的任意位置;
步骤2、根据步骤1所述的机床工作台的回转中心点的坐标和壳体零件基准点的坐标,获得壳体零件基准点和机床工作台的回转中心点之间的距离及壳体零件基准点和机床工作台的回转中心点连接的直线与机床坐标系X轴正向的夹角∝;
步骤3、获得壳体零件绕机床B轴旋转θ角后的壳体零件基准点;
获得旋转后的壳体零件基准点与步骤1所述的机床工作台的回转中心点之间的距离;
步骤4、根据步骤2所述的夹角∝、步骤3所述的旋转角度θ和旋转后的壳体零件基准点与步骤1所述的机床工作台的回转中心点之间的距离,获得旋转后的壳体零件基准点在机床坐标系内的坐标。
进一步地,步骤1中所述的机床工作台的回转中心点的坐标为(a,b,c),壳体零件基准点的坐标为(x,y,z);
步骤4中所述的获得旋转后的壳体零件基准点在机床坐标系内的坐标为(x1,y1,z1),按下式计算,
y1=y 式1
当-90<∝<90°时,x>a;
Figure BDA0002323871390000031
Figure BDA0002323871390000032
当90°<∝<270°时,x<a;
Figure BDA0002323871390000033
Figure BDA0002323871390000034
当∝=90°或270°时,x=a;
Figure BDA0002323871390000035
Figure BDA0002323871390000041
式中:
∝表示壳体零件基准点和机床工作台的回转中心点连接的直线与机床坐标系X轴正向的夹角;
a表示机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的X轴坐标值;
c表示机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的Z轴坐标值;
x表示壳体零件的基准点P在机床坐标系中的X轴坐标值;
y表示壳体零件的基准点P在机床坐标系中的Y轴坐标值;
z表示壳体零件的基准点P在机床坐标系中的Z轴坐标值。
采用本发明所述的壳体零件在卧式加工中心的定位方法,确定工作台旋转后壳体零件在机床工作台的装夹位置,然后对壳体零件进行生产加工的加工方法。
进一步地,该加工方法具体包括以下步骤:
步骤1、将壳体零件固定在机床工作台的任意位置,确定壳体零件的基准点P在机床坐标系位置;根据图纸尺寸换算G54坐标系原点,将G54坐标系原点的零点偏置值输入机床的数控系统;
步骤2、根据壳体零件的基准点P在机床工作台旋转前和旋转后的位置关系,编制数控系统宏程序,并将所述的数控系统宏程序输入机床的数控系统;确定机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的X轴坐标值为a,Z轴坐标值为c,并将a和c赋值给宏程序中对应变量;
步骤3、根据壳体零件特征编写各个面的加工主程序,键入机床,每个面使用不同工件坐标系,在使用新坐标系之前调用步骤2所述的数控系统宏程序,同时为步骤2的数控系统宏程序中所需局部变量赋值;
步骤4、在机床中安装加工所需刀具,输入刀长,自动执行步骤3所述加工主程序,完成本工序加工。
本发明与现有技术相比具有以下技术效果:
1、本发明提供的壳体零件在卧式加工中心的定位方法通过编写数控系统用户宏程序自动写入B轴不同角度时的工件零点偏置值,并建立工件坐标系,通过宏程序自动换算,可缩短调试时间,并且理论计算无误差,可减少调试废品率,节约成本;提高壳体零件加工的精度和可靠性。
2、无需将工件基准点装夹在工作台的回转中心,便可实现多方位加工时坐标原点自动偏置。在工作台旋转后,工件坐标系自动补偿,不仅可以避免人为操作误差,准确设置各面加工原点,减少调试废品率。而且可以提高效率,缩短新品调试时间。另外,用户宏程序逻辑清晰,一目了然,容易修改,通用性强。
附图说明
图1为壳体零件在卧式加工中心的定位方法的原理示意图;
图2为采用本发明提供的壳体零件加工定位方法加工侧盖壳体示意图;
图3为工作台的回转中心位置在机床坐标系中的X轴坐标a的测量示意图;
图4为工作台的回转中心位置在机床坐标系中的Z轴坐标c的测量示意图;
图5为加工过程仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别提醒注意的是,在以下的描述中,当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时,这些描述在这里将被忽略。
本发明加工的壳体零件包括变速器壳体、离合器壳体、侧盖壳体等。
采用夹具将壳体零件固定在机床上,夹具上定位销孔中心点即为壳体零件的基准点。
机床工作台的回转中心点的确定理论上为机床工作台的正中心位置,实际测量会有所偏差,本发明中以本发明a和c坐标为准。
零点偏置就是在编程过程进行编程坐标系(工件坐标系)的平移变换,使编程坐标系的零点偏移到新的位置。
本发明的定位方法是指确定工作台旋转后壳体零件在机床工作台的装夹位置,即获得壳体零件基准点在机床坐标系内的坐标。
本发明中的壳体零件绕机床B轴旋转θ角,即壳体零件各个面的新坐标系相对G54坐标系的旋转角度,θ取值范围为O~360°;
实施例1:
本实施例具体给出一种以侧盖壳体为例的定位方法,用于确定工作台旋转后侧盖壳体在机床工作台的装夹位置,包括以下步骤:
步骤1、建立机床坐标系,获得在机床坐标系内,机床工作台的回转中心点A的坐标(a,b,c)和侧盖壳体基准点P的坐标(x,y,z),所述的侧盖壳体基准点P在机床工作台的任意位置;
步骤2、根据步骤1所述的机床工作台的回转中心点A的坐标(a,b,c)和壳体零件基准点P的坐标(x,y,z),获得侧盖壳体基准点P和机床工作台的回转中心点A之间的距离及侧盖壳体基准点P和机床工作台的回转中心点A连接的直线与机床坐标系X轴正向的夹角∝;
步骤3、获得侧盖壳体绕机床B轴旋转θ角后的侧盖壳体基准点P1
获得旋转后的侧盖壳体基准点P1与步骤1所述的机床工作台的回转中心点A之间的距离;
Figure BDA0002323871390000071
步骤4、根据步骤2所述的夹角∝、步骤3所述的旋转角度θ和旋转后的侧盖壳体基准点P1与步骤1所述的机床工作台的回转中心点A之间的距离,获得旋转后的侧盖壳体基准点P1在机床坐标系内的坐标(x1,y1,z1),
按下式计算,
y1=y 式1
当-90<∝<90°时,x>a;
Figure BDA0002323871390000072
Figure BDA0002323871390000073
当90°<∝<270°时,x<a;
Figure BDA0002323871390000081
Figure BDA0002323871390000082
当∝=90°或270°时,x=a;
Figure BDA0002323871390000083
Figure BDA0002323871390000084
式中:
∝表示侧盖壳体基准点和机床工作台的回转中心点连接的直线与机床坐标系X轴正向的夹角;
a表示机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的X轴坐标值;
c表示机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的Z轴坐标值;
x表示侧盖壳体的基准点P在机床坐标系中的X轴坐标值;
y表示侧盖壳体的基准点P在机床坐标系中的Y轴坐标值;
z表示侧盖壳体的基准点P在机床坐标系中的Z轴坐标值。
实施例2
本实施例给出一种壳体零件在卧式加工中心上的加工方法,包括采用本发明的壳体零件在卧式加工中心的定位方法,确定工作台旋转后壳体零件在机床工作台的装夹位置,然后进行生产加工的加工方法,该方法将壳体零件在机床工作台的任意位置固定,实现多方位加工时坐标原点自动偏置。
该加工方法具体包括以下步骤:
步骤1、将壳体零件固定在机床工作台的任意位置,确定壳体零件的基准点P在机床坐标系位置;根据图纸尺寸换算G54坐标系原点,将G54坐标系原点的零点偏置值输入机床的数控系统;
步骤2、根据壳体零件的基准点P在机床工作台旋转前和旋转后的位置关系,编制数控系统宏程序,并将所述的数控系统宏程序输入机床的数控系统;确定机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的X轴坐标值为a,Z轴坐标值为c,并将a和c赋值给宏程序中对应变量;
位置关系包括机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的X轴坐标值为a,Z轴坐标值为c,工作台的旋转角度θ,壳体零件的基准点P在机床坐标系内的坐标,壳体零件绕机床工作台的回转中心旋转θ角度后,壳体零件的基准点P1在机床坐标系内的坐标。
步骤3、根据壳体零件特征编写各个面的加工主程序,键入机床,每个面使用不同工件坐标系,在使用新坐标系之前调用步骤2所述的数控系统宏程序,同时为步骤2的数控系统宏程序中所需局部变量赋值;
步骤4、在机床中安装加工所需刀具,输入刀长,自动执行步骤3所述加工主程序,完成本工序加工。
其中,步骤2中的确定机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的X轴坐标值为a,Z轴坐标值为c,包括以下步骤:
步骤2.1:在机床工作台任意位置放置标准量块,所述的标准量块的长度为l,单位为mm,将标准量块找正并固定在工作台上;
步骤2.2:用寻边器靠近标准量块在X轴方向上的侧面任意一点,此时,X轴机械坐标为x2,将B轴旋转180°,用寻边器测量标准量块相同侧面任意一点,此时,X轴机械坐标为x3,如图3所示,工作台回转中心X轴坐标值a为:
Figure BDA0002323871390000101
步骤2.3:用寻边器靠近标准量块在Z轴方向上的前端面任意一点,Z轴机械坐标z2,将工作台旋转180°后,用寻边器测量旋转后的标准量块在Z轴方向上的前端面任意一点,Z轴机械坐标z3,此时,寻边器刀长为h,单位为mm,如图4所示,工作台回转中心Z轴坐标值c为:
Figure BDA0002323871390000102
步骤2中所述的将a和c赋值给宏程序中对应变量,包括:
#101=a,#103=c
其中,a表示机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的X轴坐标值;c表示机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的Z轴坐标值;
步骤3中的为步骤2的数控系统宏程序的局部变量赋值,包括:
局部变量#1=g,#2=θ,#4=i,#5=j,#6=k,#7=i1,#8=j1,#9=k1
其中,g表示由G54坐标系换算的壳体零件各个面的新坐标系序号,g值为55、56、57、58或59;
θ表示壳体零件各个面的新坐标系相对G54的坐标系旋转角度,θ取值范围为0~360°;
i,j,k,分别为步骤2中壳体零件的基准点P至G54坐标原点的X轴、Y轴、Z轴方向的增量距离,单位mm;
i1,j1,k1分别为步骤2中壳体零件的基准点P1至壳体零件其他面新坐标系原点的X轴、Y轴、Z轴方向的增量距离,单位mm。
作为一种是实施例,以FANUC系统为例编制用户宏程序。具体编程程序说明如下:
将壳体零件称为“工件”,已知机床坐标系下工作台回转中心点A点坐标(a,b,c),第一个面工件坐标系G54,工件基准点P(x,y,z)(如定位销孔中心点)距G54坐标原点距离为(i,j,k),i,j,k分别为点P到G54坐标原点在X轴、Y轴、Z轴方向上的增量距离。将工件旋转θ角度后,P点旋转至P1(x1,y1,z1),此时建立新的工件坐标系,新坐标系序号为g(g值为55、56、57、58或59),在新坐标系中工件基准点P1到新坐标系原点距离为(i1,j1,k1)。
G54坐标系X、Y、Z轴零点偏置值分别存储在系统变量#5221、#5222、#5223中,定义局部变量#1=g,#2=θ,#4=i,#5=j,#6=k,#7=i1,#8=j1,#9=k1,编写宏程序如下:
O1000:
#101=a;(将工作台回转中心点A的X轴坐标值赋给变量#101)
#103=c;(将工作台回转中心点A的Z轴坐标值赋给变量#103)
#111=#5221-#4;(将工件基准点P的X轴坐标值赋给变量#111)
#112=#5222-#5;(将工件基准点P的Y轴坐标值赋给变量#112)
#113=#5223-#6;(将工件基准点P的Z轴坐标值赋给变量#113)
#114=SQRT[[#111-#101]*[#111-#101]+[#113-#103]*[#113-#103]];(将工件旋转半径PA赋值给#114)
IF[#111GT#101]GOTO110;(当x>a时,跳转至N110)
IF[#111LT#101]GOTO120;(当x<a时,跳转至N120)
IF[#111EQ#101]AND[#113GT#103]GOTO130;(当x=a且z>c时,跳转至N130)
IF[#111EQ#101]AND[#113LT#103]GOTO140;(当x=a且z<c时,跳转至N140)
IF[#111EQ#101]AND[#113EQ#103]GOTO150;(当x=a且z=c时,跳转至N150)
N110#115=ATAN[[#113-#103]/[#111-#101]]GOTO200;(将工件初始角度∝赋值给#115)
N120#115=180+ATAN[[#113-#103]/[#111-#101]]GOTO200;(将工件初始角度∝赋值给#115)
N130#115=90GOTO200;(工件初始角度∝赋值90°)
N140#115=270GOTO200;(工件初始角度∝赋值270°)
N150#115=0GOTO200;(工件基准点P与工作台回转中心A重合)
N200
#[5221+[#1-54]*20]=#101+#114*COS[#115+#2]+#7;(将x1+i1写入新建坐标系X轴系统变量)
#[5222+[#1-54]*20]=#112+#8;(将y1+j1写入新建坐标系Y轴系统变量)
#[5223+[#1-54]*20]=#103+#114*SIN[#115+#2]+#9;(将z1+k1值写入新建坐标系Z轴系统变量)
M99;
在加工主程序中调用新坐标系之前,只需要执行如下宏程序调用指令:
G65 P1000 Ag Bθ Ii Jj K kDi1Ej1Fk1;即可对局部变量分别赋值,同时调用宏程序O1000,自动将旋转后建立的新坐标系的X、Y、Z各轴零点偏置值写入对应系统变量,方便后续主程序使用。
本发明的壳体零件在卧式加工中心的定位方法,由于卧式加工中心工件绕B轴旋转,各加工面工作原点之间位置关系相对固定,为充分发挥四轴机优势,采用控制系统用户宏程序算法,自动计算B轴旋转后坐标系原点,无需将工件基准点装夹在工作台的回转中心,便可实现多方位加工时坐标原点自动偏置。对于卧加壳体零件加工,使用本发明的加工方法,在工作台旋转后,工件坐标系自动补偿,不仅可以避免人为操作误差,准确设置各面加工原点,减少调试废品率。而且可以提高效率,缩短新品调试时间。另外,用户宏程序逻辑清晰,一目了然,容易修改,通用性强。

Claims (4)

1.一种壳体零件在卧式加工中心的定位方法,用于确定工作台旋转后壳体零件在机床工作台的装夹位置,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、建立机床坐标系,获得在机床坐标系内,机床工作台的回转中心点的坐标和壳体零件基准点的坐标,所述的壳体零件基准点在机床工作台的任意位置;
步骤2、根据步骤1所述的机床工作台的回转中心点的坐标和壳体零件基准点的坐标,获得壳体零件基准点和机床工作台的回转中心点之间的距离及壳体零件基准点和机床工作台的回转中心点连接的直线与机床坐标系X轴正向的夹角∝;
步骤3、获得壳体零件绕机床B轴旋转θ角后的壳体零件基准点;
获得旋转后的壳体零件基准点与步骤1所述的机床工作台的回转中心点之间的距离;
步骤4、根据步骤2所述的夹角∝、步骤3所述的旋转角度θ和旋转后的壳体零件基准点与步骤1所述的机床工作台的回转中心点之间的距离,获得旋转后的壳体零件基准点在机床坐标系内的坐标。
2.根据权利要求书1所述的壳体零件在卧式加工中心的定位方法,其特征在于,步骤1中所述的机床工作台的回转中心点的坐标为(a,b,c),壳体零件基准点的坐标为(x,y,z);
步骤4中所述的获得旋转后的壳体零件基准点在机床坐标系内的坐标为(x1,y1,z1),按下式计算,
y1=y 式1
当-90<∝<90°时,x>a;
Figure FDA0002323871380000021
Figure FDA0002323871380000022
当90°<∝<270°时,x<a;
Figure FDA0002323871380000023
Figure FDA0002323871380000024
当∝=90°或270°时,x=a;
Figure FDA0002323871380000025
Figure FDA0002323871380000026
式中:
∝表示壳体零件基准点和机床工作台的回转中心点连接的直线与机床坐标系X轴正向的夹角;
a表示机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的X轴坐标值;
c表示机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的Z轴坐标值;
x表示壳体零件的基准点P在机床坐标系中的X轴坐标值;
y表示壳体零件的基准点P在机床坐标系中的Y轴坐标值;
z表示壳体零件的基准点P在机床坐标系中的Z轴坐标值。
3.采用权利要求1或2所述的壳体零件在卧式加工中心的定位方法对壳体零件进行生产加工的加工方法,所述的定位方法是指确定工作台旋转后壳体零件在机床工作台的装夹位置,即获得壳体零件基准点在机床坐标系内的坐标。
4.根据权利要求3所述的加工方法,其特征在于,该加工方法具体包括以下步骤:
步骤1、将壳体零件固定在机床工作台的任意位置,确定壳体零件的基准点P在机床坐标系位置;根据图纸尺寸换算G54坐标系原点,将G54坐标系原点的零点偏置值输入机床的数控系统;
步骤2、根据壳体零件的基准点P在机床工作台旋转前和旋转后的位置关系,编制数控系统宏程序,并将所述的数控系统宏程序输入机床的数控系统;确定机床工作台的回转中心点A在机床坐标系中的X轴坐标值为a,Z轴坐标值为c,并将a和c赋值给宏程序中对应变量;
步骤3、根据壳体零件特征编写各个面的加工主程序,键入机床,每个面使用不同工件坐标系,在使用新坐标系之前调用步骤2所述的数控系统宏程序,同时为步骤2的数控系统宏程序中所需局部变量赋值;
步骤4、在机床中安装加工所需刀具,输入刀长,自动执行步骤3所述加工主程序,完成本工序加工。
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