CN111581774B - 单机自动找正与免算点加工方法 - Google Patents

单机自动找正与免算点加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于数控加工技术领域，具体地涉及单机自动找正与免算点加工方法。通过使用自制测头采点程序，及根据不同加工要求设计的计算公式。实现点位采集和坐标系偏移角度点位的自动计算。以解决目前生产准备过程中人工点位找正计算偏移量，易有误差及效率慢的技术问题。数控加工中心使用测头找正后直接输入设备操作系特定区域，实现自动生成所需参数，程序自动读取，不需人为干预，降低了出错率，节省了时间，提高了生产效率。

Description

单机自动找正与免算点加工方法
技术领域
本发明属于数控加工技术领域，具体地涉及单机自动找正与免算点加工方法。
背景技术
对于航空机匣产品，很多异型零件需要通过孔系位置，来计算工件实际坐标系与理论坐标系的坐标和角度的偏移量。传统方法首先使用杠杆百分表进行点位找正，再通过CAM软件输入理论座标和实际座标，最后计算出坐标偏移角度及偏移量。计算输出后的结果还需人工调教机床的参数，输入、输出均为手工操作易出错，且整个过程繁琐。需要一种带有点位自动采集与计算功能的程序，自动进行点位找正计算并输入，使生产准备自动化，提高生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供单机免算点自动找正加工方法，通过使用自制测头采点程序，及根据不同加工要求设计的计算公式。实现点位采集和坐标系偏移角度点位的自动计算。
以解决目前生产准备过程中人工点位找正计算偏移量，易有误差及效率慢的技术问题。
技术方案
单机自动找正与免算点加工方法，包括如下步骤：
1)在机床上使用点位采集工具进行点位采集，并输入指定参数中；
步骤一 使用点位采集装置采集点位
步骤二 输入机床指定参数中以便后续调用。
使用五轴机床中两点计算其中一回转轴回转角度及会转后中心位置
2)这种方法用于在卧式五轴机床，当由实际点A点坐标(Ax，Az)B点坐标(Bx，Bz)所构成的工件以任意方向放置于机床的第五轴上。其编程中心为C点坐标(Cx，Cz)。工件正常加工时需要将第五轴回转圆盘旋转至正确位置。旋转后A点坐标(Ax，Az)B点坐标(Bx，Bz)C点坐标(Cx，Cz)三个点位在机械坐标系下的位置发生变化。变化后实际C’点坐标(C’x，C’z)。由图纸可知道通过图纸得知理论A’点坐标(A’x,A’y)理论B’点坐标(B’x,B’y)C’点的理论坐标。
计算变化后实际C’点坐标(C’x，C’z)以及第五轴回转圆盘的旋转角度。
计算公式内容
角α为实际点与水平夹角等于ATAN2(B点z值-A点z，B点X-A点X)
角β为理论点与水平夹角等于ATAN2(B’点z值-A’点z，B’点X-A’点X)
角μ坐标系旋转角度等于角β-角α
实际直线AB中点Zx＝(Ax+Bx)
实际直线AB中点Zx＝(Az+Bz)
理论直线A’B’中点Z’x＝(A’x+B’X)
理论直线A’B’中点Z’z＝(A’z+B’z)
A’B’中点与C’中点间距离L等于SQRT((A’x-C’x)平方+(A’z+C’z)平方)
实际点Cx等于Zx’-sin角μ*L
实际点Cz等于Zz’-cos角μ*L
旋转后的实际点C’x等于Cx*cos角μ-C’y*sin角μ
旋转后的实际点C’y等于Cy*cos角μ-C’x*sin角μ
理论长度AB线长度等于SQRT((B点Z值-A点Z)平方+(B点X-A点X)的平方)
实际长度A’B’线长度等于SQRT((B’点Z值-A’点Z)平方+(B’点X-A’点X)的平方)
通用系统使用步骤：
步骤一 添加可参数传递的宏程序指令
步骤二 通过变量添加理论坐标值
步骤三 给定要引用的零点偏执代码
运行程序后角度将输出固定位置以便在主程序中调用
角度输出R2在坐标系中添加即可进行回转台的旋转
3)通过系统变量将计算后的旋转角度和中心偏置点位自动带入机床对应参数中；之后便可使后续的加工程序在正确的位置加工，实现自动算点找正。
所述1)步骤一中使用FANUC系统中的高速跳转指令(SIEMENS系统中的测量指令)编制点位测量程序。
所述1)步骤一中使用参数传递功能使测量后的点位传递至指定机床参数中，以便后续计算子程序调用。
所述2)步骤一中点位计算公式根据系统进行子程序化
所述2)步骤一中通过数控系统参数传递功能使子程序指令化
所述步骤1)通用系统运用模式以Siemens系统为例使用如下：
使用L910自制测头程序对点位进行采集分别输入至G56(对应下面参数3)G57(对应下面参数4)
所述步骤2)通用系统运用模式以Siemens系统为例使用如下：
程序头加入自动点位计算程序
Extern L8201(REAL,REAL,REAL,REAL,REAL,REAL)
$P_UIFR[11,X,TR]＝理论点1X坐标
$P_UIFR[11,Z,TR]＝理论点1Z坐标
$P_UIFR[10,X,TR]＝理论点2X坐标
$P_UIFR[10,Z,TR]＝理论点2Z坐标
$P_UIFR[12,X,TR]＝理论中心基准点X坐标
$P_UIFR[12,Z,TR]＝理论中心基准点Z坐标
L8201(11,10,3,4,12,1)
R2输出为轴旋转角度，旋转后的C’点位置直接输入G54。
所述3)中使用数控系统变量将子程序计算的结果自动的输入至机床系统中。
所述2)步骤一计算程序中角度的计算使用ATAN2(Y,X)。这是西门子和FANUC识别的一种用于计算点位相对于水平夹角的函数。
所述2)步骤一计算程序中理论长度AB线长度，实际长度A’B’线长度的计算结果若相差较大即输入的点位有误。
技术效果
数控加工中心使用测头找正后直接输入设备操作系特定区域，实现自动生成所需参数，程序自动读取，不需人为干预，降低了出错率，节省了时间，提高了生产效率。
附图说明
图1为本自动找正方法公式图；
图2为本自动找正方法构成图；
图3为本自动找正方法流程图。
具体实施方式
首先移动测头至需要找正的孔大概中间位置
MDI中调用自制测头程序
Siemens系统：
Extern L910(REAL,REAL,REAL)
L910(测量直径，速度，输入偏置零点)
之后对两点位进行测量例如第一点位A输入G54第二点位输入G55被测孔径为50速度为100
则两段测量程序为
L910(50,100,3)
L910(50,100,4)
后台执行的自制子程序如下：
PROC L910(REAL CRD,REAL JGF,REAL LDG)SAVE定义子程序参数
R2＝CRD；celiang banjing对变量赋值
R3＝JGF；sudu对变量赋值
R4＝LDG；lingdian对变量赋值
R2＝R2/2对变量赋值
R60＝$AA_IM[X]使用系统变量对当前坐标进行提取
R61＝$AA_IM[Y]使用系统变量对当前坐标进行提取
R62＝$AA_IM[Z]使用系统变量对当前坐标进行提取
SPOS＝0主轴定向
MEAS＝1 SUPA G1 X＝R60+R2 F＝R3使用MEAS功能进行点位测量
STOPRE记录
G91增量模式
SUPA G1 X＝-1.5 F100 回退
MEAS＝1 SUPA G1 X＝2 F＝100使用MEAS功能进行点位再次测量
STOPRE记录
R10＝$AA_MM1[X]提取单向点位值
G90 SUPA G1X＝R60 F＝R3移动至中心位置
STOPRE
G4 F1
SPOS＝180主轴旋转180°
G4 F1暂停
MEAS＝1 SUPA G1 X＝R60-R2 F＝R3使用MEAS功能进行点位测量
STOPRE之后同上
G91
G1 SUPA X＝1.5 F100
MEAS＝1 SUPA G1 X＝-2 F100
STOPRE
L900
R20＝$AA_MM1[X]
R11＝(R20+R10)/2X方向两点测量完后计算中点
G4 F1
G90 SUPA G1 X＝R11 Y＝R61 F＝R3之后同上测量Y方向
G4 F1
SPOS＝0
G4 F1
MEAS＝1 SUPA G1 Y＝R61+R2 F＝R3
STOPRE
G91
SUPA G1 Y＝-1.5 F100
MEAS＝1 SUPA G1 Y＝2 F100
STOPRE
L900
R30＝$AA_MM1[Y]
G90 SUPA G1 Y＝R61 F＝R3
STOPRE
G4 F1
SPOS＝180
G4 F1
G90
MEAS＝1 SUPA G1 Y＝R61-R2 F＝R3
STOPRE
G91 G1 SUPA Y＝1.5 F100
MEAS＝1 SUPA G1 Y＝-2 F100
STOPRE
L900
R40＝$AA_MM1[Y]
R12＝[R30+R40]/2计算Y方向中心位置
G90 SUPA G1 X＝R11 Y＝R12 F＝R3移动至中心位置
$P_UIFR[R5,X,TR]＝R11对机床参数中操作者需要赋值的零点偏置X位置进行赋值
$P_UIFR[R5,Y,TR]＝R12对机床参数中操作者需要赋值的零点偏置Y位置进行赋值
M17
之后加工程序前填加计算指令
程序头加入自动点位计算程序
Extern L8201(REAL,REAL,REAL,REAL,REAL,REAL)
$P_UIFR[11,X,TR]＝理论点1X坐标
$P_UIFR[11,Z,TR]＝理论点1Z坐标
$P_UIFR[10,X,TR]＝理论点2X坐标
$P_UIFR[10,Z,TR]＝理论点2Z坐标
$P_UIFR[12,X,TR]＝理论中心基准点X坐标
$P_UIFR[12,Z,TR]＝理论中心基准点Z坐标
L8201(11,10,3,4,12,1)
第一项提取1点理论坐标
第二项提取2点理论坐标
第三项提取实际点位1
第四项提取实际点位2
第五项提取所要求的基准点的理论坐标
第六项需要输出的实际坐标零点偏置位置
$P_UIFR[1,B,TR]＝R2更改B轴转角
M0
T..
m6
G54加工程序
...............
M30
后台执行子程序：
PROC L8201(REAL L_11,REAL L_10,REAL L_9,REAL L_8,REAL L_12,REAL L_3)SAVE定义子
程序
DEF REAL_R2,_R1,_R3,_R4,_R5,_R6,_R7,_R8,_R9自定义程序变量
DEF REAL_R10,_R11,_R12,_R13,_R14,_R15,_R16,_R17
DEF REAL_R18,_R19,_R20,_R21,_R22,_R23,_R24,_R25
DEF REAL_R26,_R44,_R51,_R52,_R99,_R61,_R62
；WUZHOU stc LIANGDIAN
_R2＝$P_UIFR[L_11,X,TR]；G56LILUN2提取对应参数
_R3＝$P_UIFR[L_11,Z,TR]；
_R4＝$P_UIFR[L_10,X,TR]；G57LILUN1
_R5＝$P_UIFR[L_10,Z,TR]；
_R6＝$P_UIFR[L_9,X,TR]；G505 SHIJII2
_R7＝-$P_UIFR[L_9,Z,TR]；
_R8＝$P_UIFR[L_8,X,TR]；G55 SHIJI1
_R9＝-$P_UIFR[L_8,Z,TR]；
_R16＝$P_UIFR[L_12,X,TR]；G506QIUDEXIN
_R17＝$P_UIFR[L_12,Z,TR]；
_R10＝ATAN2(_R5-_R3,_R4-_R2)计算理论角度
_R11＝ATAN2(_R9-_R7,_R8-_R6)计算实际角度
_R12＝_R11-_R10；ZHUANJIAO计算需转角度
_R13＝SQRT((_R5-_R3)*(_R5-_R3)+(_R4-_R2)*(_R4-_R2))计算理论长度
_R14＝SQRT((_R9-_R7)*(_R9-_R7)+(_R8-_R6)*(_R8-_R6))计算实际长度
_R15＝_R13-_R14计算长度差
_R18＝(_R2+_R4)/2
_R19＝(_R3+_R5)/2
_R20＝(_R6+_R8)/2
_R21＝(_R7+_R9)/2
_R22＝0
IF((_R19-_R17)＝＝0)AND((_R18-_R16)＝＝0)GOTOF AA1
_R22＝ATAN2(_R19-_R17,_R18-_R16)
AA1:_R23＝_R22+_R12
ENDIF
_R24＝SQRT((_R19-_R17)*(_R19-_R17)+(_R18-_R16)*(_R18-_R16))中点与被求点间距离
_R25＝_R21-(SIN(_R23)*(_R24))被求点未转B前位置
_R26＝_R20-(COS(_R23)*(_R24))被求点未转B前位置
IF_R12<180 GOTOF N200
_R12＝_R12-360
N200 IF_R12>-180 GOTOF N300
_R12＝360+_R12
N300_R2＝_R12
R1＝_R13
R3＝_R15
；_R25
_R44＝_R2
_R51＝_R26
_R52＝-_R25+220根据机床不同这里添加的为机床转盘自身的位置偏移
_R99＝0；BAIJU
_R61＝(_R51)*COS(_R44)-(_R52+_R99)*SIN(_R44)+0计算回转B后的所求点X坐标
_R62＝(_R52-_R99)*COS(_R44)+(_R51)*SIN(_R44)+_R99计算回转B后的所求点Z坐标
_R62＝_R62+_R99
R2＝_R12
$P_UIFR[L_3,X,TR]＝_R61；G56LILUN2点位数据自动输入至所要求的机床数据位置
$P_UIFR[L_3,Z,TR]＝_R62点位数据自动输入至所要求的机床数据位置
M17

Claims (10)

1.单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在机床上使用点位采集工具进行点位采集，并输入指定参数中；
步骤一 使用点位采集装置采集点位；
步骤二 输入机床指定参数中以便后续调用；
使用五轴机床中两点计算其中一回转轴回转角度及回转后中心位置；
2)这种方法用于在卧式五轴机床，当由实际点A点坐标(Ax，Az)B点坐标(Bx，Bz)所构成的工件以任意方向放置于机床的第五轴上；其编程中心为C点坐标(Cx，Cz)；工件正常加工时需要将第五轴回转圆盘旋转至正确位置；旋转后A点坐标(Ax，Az)B点坐标(Bx，Bz)C点坐标(Cx，Cz)三个点位在机械坐标系下的位置发生变化；变化后实际C’点坐标(C’x，C’z)；由图纸可知道通过图纸得知理论A’点坐标(A’x,A’y)理论B’点坐标(B’x,B’y)C’点的理论坐标；
计算变化后实际C’点坐标(C’x，C’z)以及第五轴回转圆盘的旋转角度；
计算公式内容
角α为实际点与水平夹角等于ATAN2(B点z值-A点z，B点X-A点X)；
角β为理论点与水平夹角等于ATAN2(B’点z值-A’点z，B’点X-A’点X)；
角μ坐标系旋转角度等于角β-角α；
实际直线AB中点Zx＝(Ax+Bx)；
实际直线AB中点Zx＝(Az+Bz)；
理论直线A’B’中点Z’x＝(A’x+B’X)；
理论直线A’B’中点Z’z＝(A’z+B’z)；
A’B’中点与C’中点间距离L等于SQRT((A’x-C’x)平方+(A’z+C’z)平方)；
实际点Cx等于Zx’-sin角μ*L；
实际点Cz等于Zz’-cos角μ*L；
旋转后的实际点C’x等于Cx*cos角μ-C’y*sin角μ；
旋转后的实际点C’y等于Cy*cos角μ-C’x*sin角μ；
理论长度AB线长度等于SQRT((B点Z值-A点Z)平方+(B点X-A点X)的平方)；
实际长度A’B’线长度等于SQRT((B’点Z值-A’点Z)平方+(B’点X-A’点X)的平方)；
通用系统使用步骤：
步骤一 添加可参数传递的宏程序指令
步骤二 通过变量添加理论坐标值
步骤三 给定要引用的零点偏执代码
运行程序后角度将输出固定位置以便在主程序中调用；
角度输出R2在坐标系中添加即可进行回转台的旋转；
3)通过系统变量将计算后的旋转角度和中心偏置点位自动带入机床对应参数中；之后便可使后续的加工程序在正确的位置加工，实现自动算点找正。
2.根据权利要求1所述的单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，所述1)步骤一中使用FANUC系统中的高速跳转指令编制点位测量程序。
3.根据权利要求1所述的单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，所述1)步骤一中使用参数传递功能使测量后的点位传递至指定机床参数中，以便后续计算子程序调用。
4.根据权利要求1所述的单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，所述2)步骤一中点位计算公式根据系统进行子程序化。
5.根据权利要求1所述的单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，所述2)步骤一中通过数控系统参数传递功能使子程序指令化。
6.根据权利要求1所述的单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，所述步骤1)通用系统运用模式以Siemens系统为例使用如下：
使用L910自制测头程序对点位进行采集分别输入至G56，对应参数3；G57对应参数4。
7.根据权利要求1所述的单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，所述步骤2)通用系统运用模式以Siemens系统为例使用如下：
程序头加入自动点位计算程序
Extern L8201(REAL,REAL,REAL,REAL,REAL,REAL)
$P_UIFR[11,X,TR]＝理论点1X坐标
$P_UIFR[11,Z,TR]＝理论点1Z坐标
$P_UIFR[10,X,TR]＝理论点2X坐标
$P_UIFR[10,Z,TR]＝理论点2Z坐标
$P_UIFR[12,X,TR]＝理论中心基准点X坐标
$P_UIFR[12,Z,TR]＝理论中心基准点Z坐标
L8201(11,10,3,4,12,1)
R2输出为轴旋转角度，旋转后的C’点位置直接输入G54。
8.根据权利要求1所述的单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，所述3)中使用数控系统变量将子程序计算的结果自动的输入至机床系统中。
9.根据权利要求1所述的单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，所述2)步骤一计算程序中角度的计算使用ATAN2(Y,X)。
10.根据权利要求1所述的单机自动找正与免算点加工方法，其特征在于，所述2)步骤一计算程序中理论长度AB线长度，实际长度A’B’线长度的计算结果若相差较大即输入的点位有误。
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Method for Measuring Error Establishment in 5-Axis Milling Machines with a Touch Probe;Tsvetan Kaldashev et al;《Proceedings of the 12th International Scientific and Practical Conference》;20191231;第77-80页 *
多轴联动功能的电火花线切割机床方案设计与实现;李丹 等;《航空制造技术》;20140815(第16期);第38-41+46页 *
大型工件在数控镗铣中心上自动找正中心方法探讨;王芳等;《中国设备工程》;20181110(第21期);第171-172页 *
机械参数化设计方法概述;刘琪;《民营科技》;20110220(第02期);第25页 *

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