CN111761388A - 一种夹持机构自动避让刀具的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹持机构自动避让刀具的方法，该方法以现有机床及数控系统为平台，搭建具有自动避让功能的柔性工装系统。然后对现有安装平台进行区域划分，标定夹持机构在当前安装平台下的坐标并输入系统，并通过气压夹紧工件。加工过程中数控系统读取刀具坐标位置，当刀具到达夹持机构坐标位置时，夹持机构自动放开工件并避让刀具；当刀具离开夹持机构坐标位置后，夹持机构恢复原位并重新夹紧工件。该方法解决了刀具与夹持机构产生的运动干涉问题，可靠性高，易操作，提高了加工效率。

Description

一种夹持机构自动避让刀具的方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，尤其涉及一种夹持机构自动避让刀具的方法。

背景技术

航天航空领域中存在着大量整体结构类零件，该类零件具有加工周期长、加工效率低、加工难度大、制造精度要求高等特点。其中，零件工装的设计与应用对保证零件生产质量，提高生产率，缩短加工周期等方面有着重要的影响。目前，针对特定型号的整体机构类零件均设计有专用工装，专用工装制造成本高，结构尺寸大，装夹困难。因此，一台数控加工单元长时期只能加工同种型号的零件，无法实现零件柔性、灵活快速的换装需求。且零件的装夹通常采用手工装夹方式，装夹效率低，劳动强度大，严重影响了零件的加工周期。尤其是加工零件外形或装夹面时，夹持机构与刀具在加工运动过程中相干涉，需不断人工调整夹持机构位置以躲避刀具，造成了机床的频繁停车，严重影响了加工效率；或在毛坯件上预留工艺凸台，待其余面加工完毕后，再去除该工艺凸台，这种方法材料耗费量大，零件加工成本高。综上，研究通用化，且具有自动避让刀具功能的自动化的工装及其控制方法对提高零件加工效率，降低零件加工成本十分必要。

2007年，哈尔滨工程大学机电工程学院侯远滨在硕士学位论文《数控机床全自动夹紧系统设计》中介绍了一种全自动夹具，该方法将夹持机构控制单元与机床数控系统相连，并在数控加工程序中编写夹持机构控制代码，实现了夹持机构自动躲避刀具功能，该方法需在各个零件的加工程序中均加入夹持机构控制代码，增加了数控编程难度。2016年，大连理工大学机械工程学院赵亮在硕士学位论文《大型航空结构件加工自动避让夹具系统研究》中介绍了一种依靠传感器在线检测刀具实际位置，从而实现夹持机构自动避让刀具的功能。该方法采用超声及光学测量传感器，传感器的检测精度受加工环境影响较大，可靠性差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种夹持机构自动避让刀具的方法，解决了刀具加工路径与夹持机构干涉的问题，可靠性高，易操作，提高了加工效率。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种夹持机构自动避让刀具的方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：根据数控机床工作平台的尺寸进行区域划分得到各子区域，根据数控机床工作平台的长和宽建立数控机床工作平台坐标系，标明各子区域的坐标号，并将各子区域坐标号输入数控系统中，将多个夹持机构安装在数控机床工作平台上，并记录每个夹持机构对应的坐标号，夹持机构通过气压将工件固定；步骤二：将各个夹持机构对应的坐标号输入数控系统，若夹持机构处于两个子区域交叠位置，则输入交叠的两个子区域的坐标号；并在数控系统中设定刀具高度安全距离，即刀具距离工件上表面的距离；步骤三：对工件进行加工，数控系统实时读取刀具在数控机床工作平台坐标系下的坐标号，将刀具的坐标号与夹持机构所在子区域的坐标号进行比较，当刀具进入夹持机构所在的子区域，且刀具的高度坐标值小于高度安全距离，夹持机构抬起并回转，以避让刀具；当刀具离开该子区域后，夹持机构重新夹紧工件。

上述夹持机构自动避让刀具的方法中，在步骤一中，以数控机床工作平台的长为横坐标，以数控机床工作平台的宽为纵坐标，将数控机床工作平台的长等间隔划分为n份，将数控机床工作平台的长等间隔划分为n份，则将数控机床工作平台划分为n×n个子区域记录各个子区域在该坐标系下的长度及宽度范围，并标明坐标号。

上述夹持机构自动避让刀具的方法中，数控机床工作平台的长和宽分别为2500mm和2500mm；沿数控机床工作平台的长度和宽度方向进行区域划分，其中，沿长度方向等间隔划分10个，标序号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、 10；将宽度方向等间隔划分10个，并标明序号1、2、3、4、5、6、7、8、9、 10。

上述夹持机构自动避让刀具的方法中，所述夹持机构的数量为10个，10 个夹持机构分别为第一夹持机构、第二夹持机构、第三夹持机构、第四夹持机构、第五夹持机构、第六夹持机构、第七夹持机构、第八夹持机构、第九夹持机构、第十夹持机构；其中，第一夹持机构所在区域对应的坐标号为(1,3)，第二夹持机构所在区域对应的坐标号为(1,7)，第三夹持机构所在区域对应的坐标号为(3,9)，第四夹持机构所在区域对应的坐标号为(5,9)及(6,9)，第五夹持机构所在区域对应的坐标号为(8,9)，第六夹持机构所在区域对应的坐标号为(9,7)，第七夹持机构所在区域对应的坐标号为(9,3)，第八夹持机构所在区域对应的坐标号为(8,1)，第九夹持机构所在区域对应的坐标号为(5,1) 及(6,1)，第十夹持机构所在区域对应的坐标号为(3,1)。

上述夹持机构自动避让刀具的方法中，所述夹持机构为具有回转和升降功能的气动气缸，所述夹持机构的信号控制线与数控系统相连接。

上述夹持机构自动避让刀具的方法中，高度安全距离为90mm。

一种具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统，包括：数控机床工作平台、多个夹持机构、刀具和数控系统；其中，所述多个夹持机构安装在数控机床工作平台上，夹持机构的信号控制线与数控系统相连；所述刀具与所述数控系统相连接。

上述具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统中，以数控机床工作平台的长为横坐标，以数控机床工作平台的宽为纵坐标，将数控机床工作平台的长等间隔划分为n份，将数控机床工作平台的长等间隔划分为n份，则将数控机床工作平台划分为n×n个子区域记录各个子区域在该坐标系下的长度及宽度范围，并标明坐标号。

上述具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统中，数控机床工作平台的长和宽分别为2500mm和2500mm；沿数控机床工作平台的长度和宽度方向进行区域划分，其中，沿长度方向等间隔划分10个，标序号为1、2、3、4、5、 6、7、8、9、10；将宽度方向等间隔划分10个，并标明序号1、2、3、4、5、 6、7、8、9、10。

上述具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统中，所述夹持机构的数量为10个，10个夹持机构分别为第一夹持机构、第二夹持机构、第三夹持机构、第四夹持机构、第五夹持机构、第六夹持机构、第七夹持机构、第八夹持机构、第九夹持机构、第十夹持机构；其中，第一夹持机构所在区域对应的坐标号为 (1,3)，第二夹持机构所在区域对应的坐标号为(1,7)，第三夹持机构所在区域对应的坐标号为(3,9)，第四夹持机构所在区域对应的坐标号为(5,9)及(6,9)，第五夹持机构所在区域对应的坐标号为(8,9)，第六夹持机构所在区域对应的坐标号为(9,7)，第七夹持机构所在区域对应的坐标号为(9,3)，第八夹持机构所在区域对应的坐标号为(8,1)，第九夹持机构所在区域对应的坐标号为(5,1) 及(6,1)，第十夹持机构所在区域对应的坐标号为(3,1)。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明以现有机床及数控系统为平台，以机床数控系统作为本发明的控制单元，无需外接其他控制模块，具有较高的可靠性。

(2)本发明各夹持机构独立可控：可根据工件形态及加工要求，布置夹持机构位置，且各夹持机构具有自动避让刀具功能，能有效解决加工过程中夹持机构与刀具产生的运动干涉问题，无需人工换装，提高了加工效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的具有夹持机构自动避让刀具功能的柔性工装系统示意图；

图2是本发明实施例提供的具有夹持机构自动避让刀具功能的柔性工装系统的俯视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明涉及一种夹持机构自动避让刀具的方法，其特征在于该方法以现有机床及数控系统为平台，搭建具有自动避让功能的柔性工装系统。然后对现有数控机床工作平台1进行区域划分，标定夹持机构3在当前数控机床工作平台 1下的所在区域坐标并输入系统，并通过气压夹紧工件2。加工过程中数控系统5读取刀具4坐标位置，当刀具4到达夹持机构3区域位置时，夹持机构3 自动放开工件2并避让刀具4；当刀具4离开夹持机构3区域位置后，夹持机构3恢复原位并重新夹紧工件2。该方法解决了刀具4与夹持机构3产生的运动干涉问题，可靠性高，易操作，提高了加工效率。方法具体步骤如下：

第一步、搭建具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统：

测量数控机床工作平台1的长、宽，并记录为L_l和L_w；将数控机床工作平台1的长L_l和宽L_w进行区域划分，划分后的子区域相加应覆盖整个数控机床工作平台1，且允许相交叠。在数控机床工作平台1下建立数控机床工作平台坐标系6，记录各个子区域在该坐标系下的长度及宽度范围，并标明坐标号。例如：如图2所示，假设采用均分方式划分数控机床工作平台1，长度方向坐标1的区域范围为

宽度方向坐标2的范围为

将各个子区域的范围及坐标号输入数控系统5中。

夹持机构3采用具有回转、升降功能的气动气缸，夹持机构3的信号控制线与数控系统5相连；将夹持机构3安装在数控机床工作平台1上，并记录安装位置所在区域对应的长度及宽度方向的坐标号。夹持机构3通过气压将工件 2固定。

第二步、输入夹持信息：

将各个夹持机构3安装位置所对应的长度及宽度方向的坐标号输入数控系统5，若夹持机构3处于两个子区域交叠位置，则输入两个交叠子区域的坐标号。并在数控系统5中设定刀具高度安全距离，即刀具4距离工件2上表面的距离。

第三步、加工：

对工件2进行加工，数控系统5实时读取刀具4在数控机床工作平台坐标系6下的坐标值，将该坐标值与夹持机构3所在子区域的坐标范围进行比较，当刀具4进入夹持机构3所在的子区域，且刀具4的高度坐标值小于安全距离，夹持机构3抬起并回转，以避让刀具4；当刀具4离开该区域后，夹持机构3 重新夹紧工件2。

实施例1：

第一步、搭建具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统：

测量数控机床工作平台1的长、宽，分别为2500mm和2500mm。沿数控机床工作平台1的长度和宽度方向进行区域划分，其中沿长度方向划分10个区域，每个区域250mm，标序号(1～10)；根据梯形槽布局，将宽度方向划分 10个区域，每个区域250mm，并标明序号(1～10)。划分后的子区域相加已覆盖整个数控机床工作平台1。在数控机床工作平台1下建立数控机床工作平台坐标系6，记录各个子区域在该坐标系下的长度及宽度范围，例如：区域(1，2)在数控机床工作平台坐标系6下的范围为：长：0～250mm；宽：250～500mm。区域(4，6)在数控机床工作平台坐标系6下的范围为：长：750～1000mm；宽：1250～1500mm。将各个子区域的范围及坐标号输入数控系统5中。

夹持机构3采用具有回转、升降功能的气动气缸，夹持机构3的信号控制线与数控系统5内相连；将夹持机构3安装在数控机床工作平台1上，安装位置如图2所示，所在区域分别为：(1,3)、(1,7)、(3,9)、(5,9)及(6,9)、(8,9)、 (9,7)、(9,3)、(8,1)、(5,1)及(6,1)、(3,1)。夹持机构3通过气压将工件 2固定。

第二步、输入夹持信息：

将各个夹持机构3安装位置所对应的坐标号输入数控系统5，若夹持机构3 处于两个子区域交叠位置，则输入两个交叠子区域的坐标号，即：(1,3)、(1,7)、 (3,9)、(5,9)及(6,9)、(8,9)、(9,7)、(9,3)、(8,1)、(5,1)及(6,1)、(3,1)。其中，两个夹持机构3分别处于(5,9)及(6,9)、(5,1)及(6,1)子区域相交位置，则记录两个交叠子区域的坐标号。在数控系统5中设定刀具高度安全距离。设置刀具高度安全距离为90mm。

第三步、加工：

对工件2进行加工，数控系统5实时读取刀具4在数控机床工作平台坐标系6下的坐标值，将该坐标值与夹持机构3所在子区域的坐标范围进行比较，当刀具4进入夹持机构3所在的子区域，且刀具4的高度坐标值小于安全距离，夹持机构3抬起并回转，以避让刀具4；当刀具4离开该区域后，夹持机构3 重新夹紧工件2。例如：刀具4在数控机床工作平台坐标系6下的坐标值为， x:100，y:600，刀具4距离上表面的距离为0。因此，刀具4在子区域(1,3) 的范围内，且刀具4的高度在安全距离以下，子区域(1,3)内的夹持机构3抬起并回转，避让刀具4。

本发明以现有机床及数控系统为平台，以机床数控系统作为本发明的控制单元，无需外接其他控制模块，具有较高的可靠性；本发明各夹持机构独立可控：可根据工件形态及加工要求，布置夹持机构位置，且各夹持机构具有自动避让刀具功能，能有效解决加工过程中夹持机构与刀具产生的运动干涉问题，无需人工换装，提高了加工效率。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种夹持机构自动避让刀具的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：根据数控机床工作平台(1)的尺寸进行区域划分得到各子区域，根据数控机床工作平台(1)的长和宽建立数控机床工作平台坐标系，标明各子区域的坐标号，并将各子区域坐标号输入数控系统(5)中，将多个夹持机构(3)安装在数控机床工作平台(1)上，并记录每个夹持机构(3)对应的坐标号，夹持机构(3)通过气压将工件(2)固定；

步骤二：将各个夹持机构(3)对应的坐标号输入数控系统(5)，若夹持机构(3)处于两个子区域交叠位置，则输入交叠的两个子区域的坐标号；并在数控系统(5)中设定刀具高度安全距离，即刀具(4)距离工件(2)上表面的距离；

步骤三：对工件(2)进行加工，数控系统(5)实时读取刀具(4)在数控机床工作平台坐标系下的坐标号，将刀具(4)的坐标号与夹持机构(3)所在子区域的坐标号进行比较，当刀具(4)进入夹持机构(3)所在的子区域，且刀具(4)的高度小于高度安全距离，夹持机构(3)抬起并回转，以避让刀具(4)；当刀具(4)离开该子区域后，夹持机构(3)重新夹紧工件(2)。

2.根据权利要求1所述的夹持机构自动避让刀具的方法，其特征在于：在步骤一中，以数控机床工作平台(1)的长为横坐标，以数控机床工作平台(1)的宽为纵坐标，将数控机床工作平台(1)的长等间隔划分为n份，将数控机床工作平台(1)的长等间隔划分为n份，则将数控机床工作平台(1)划分为n n个子区域记录各个子区域在该坐标系下的长度及宽度范围，并标明坐标号。

3.根据权利要求2所述的夹持机构自动避让刀具的方法，其特征在于：数控机床工作平台(1)的长和宽分别为2500mm和2500mm；沿数控机床工作平台(1)的长度和宽度方向进行区域划分，其中，沿长度方向等间隔划分10个，标序号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10；将宽度方向等间隔划分10个，并标明序号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。

4.根据权利要求3所述的夹持机构自动避让刀具的方法，其特征在于：所述夹持机构(3)的数量为10个，10个夹持机构分别为第一夹持机构(31)、第二夹持机构(32)、第三夹持机构(33)、第四夹持机构(34)、第五夹持机构(35)、第六夹持机构(36)、第七夹持机构(37)、第八夹持机构(38)、第九夹持机构(39)、第十夹持机构(30)；其中，

第一夹持机构(31)所在区域对应的坐标号为(1,3)，第二夹持机构(32)所在区域对应的坐标号为(1,7)，第三夹持机构(33)所在区域对应的坐标号为(3,9)，第四夹持机构(34)所在区域对应的坐标号为(5,9)及(6,9)，第五夹持机构(35)所在区域对应的坐标号为(8,9)，第六夹持机构(36)所在区域对应的坐标号为(9,7)，第七夹持机构(37)所在区域对应的坐标号为(9,3)，第八夹持机构(38)所在区域对应的坐标号为(8,1)，第九夹持机构(39)所在区域对应的坐标号为(5,1)及(6,1)，第十夹持机构(30)所在区域对应的坐标号为(3,1)。

5.根据权利要求1所述的夹持机构自动避让刀具的方法，其特征在于：所述夹持机构(3)为具有回转和升降功能的气动气缸，所述夹持机构(3)的信号控制线与数控系统(5)相连接。

6.根据权利要求1所述的夹持机构自动避让刀具的方法，其特征在于：高度安全距离为90mm。

7.一种具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统，其特征在于包括：数控机床工作平台(1)、多个夹持机构(3)、刀具(4)和数控系统(5)；其中，

所述多个夹持机构(3)安装在数控机床工作平台(1)上，夹持机构(3)的信号控制线与数控系统(5)相连；

所述刀具(4)与所述数控系统(5)相连接。

8.根据权利要求7所述的具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统，其特征在于：以数控机床工作平台(1)的长为横坐标，以数控机床工作平台(1)的宽为纵坐标，将数控机床工作平台(1)的长等间隔划分为n份，将数控机床工作平台(1)的长等间隔划分为n份，则将数控机床工作平台(1)划分为n n个子区域记录各个子区域在该坐标系下的长度及宽度范围，并标明坐标号。

9.根据权利要求8所述的具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统，其特征在于：数控机床工作平台(1)的长和宽分别为2500mm和2500mm；沿数控机床工作平台(1)的长度和宽度方向进行区域划分，其中，沿长度方向等间隔划分10个，标序号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10；将宽度方向等间隔划分10个，并标明序号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。

10.根据权利要求9所述的具有自动避让刀具功能的工件夹持控制系统，其特征在于：所述夹持机构(3)的数量为10个，10个夹持机构分别为第一夹持机构(31)、第二夹持机构(32)、第三夹持机构(33)、第四夹持机构(34)、第五夹持机构(35)、第六夹持机构(36)、第七夹持机构(37)、第八夹持机构(38)、第九夹持机构(39)、第十夹持机构(30)；其中，

第一夹持机构(31)所在区域对应的坐标号为(1,3)，第二夹持机构(32)所在区域对应的坐标号为(1,7)，第三夹持机构(33)所在区域对应的坐标号为(3,9)，第四夹持机构(34)所在区域对应的坐标号为(5,9)及(6,9)，第五夹持机构(35)所在区域对应的坐标号为(8,9)，第六夹持机构(36)所在区域对应的坐标号为(9,7)，第七夹持机构(37)所在区域对应的坐标号为(9,3)，第八夹持机构(38)所在区域对应的坐标号为(8,1)，第九夹持机构(39)所在区域对应的坐标号为(5,1)及(6,1)，第十夹持机构(30)所在区域对应的坐标号为(3,1)。

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