CN111761406B - 基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法 - Google Patents

基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111761406B
CN111761406B CN202010555798.1A CN202010555798A CN111761406B CN 111761406 B CN111761406 B CN 111761406B CN 202010555798 A CN202010555798 A CN 202010555798A CN 111761406 B CN111761406 B CN 111761406B
Authority
CN
China
Prior art keywords
workpiece
freedom
matrix
degrees
clamping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010555798.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111761406A (zh
Inventor
何吉林
唐祥武
朱徐开
颜利军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Qianji Intelligent Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Qianji Intelligent Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Qianji Intelligent Technology Co ltd filed Critical Suzhou Qianji Intelligent Technology Co ltd
Priority to CN202010555798.1A priority Critical patent/CN111761406B/zh
Publication of CN111761406A publication Critical patent/CN111761406A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111761406B publication Critical patent/CN111761406B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/22—Control or regulation of position of tool or workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)

Abstract

本发明一种基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法，包括：步骤一：工件初步装夹，在这一步中不需要费时费力将工件无偏差的定位到精确装夹位置，初步装夹位置只需在精确装夹位置周围即可；步骤二：将工件的模型导入；步骤三：设置球头探针参数，根据工件的外形和尺寸选择合适大小的探针。在工件某些自由度通过夹具进行保证时，将剩余自由度集合划分成几个子集。本发明的有益效果：各自由度分步找正的快速装夹算法，自动、高效的实现工件在机床工作台上的快速装夹，减轻了机床操作人员的工作量，提升了工件的装夹速度，使机床更多时间可以用于工件的加工，极大提高了机床的利用率，切实的增加了企业的经济效益。

Description

基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法
技术领域
本发明涉及待加工工件的快速装夹技术领域，具体涉及一种基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法。
背景技术
在使用数控机床对工件进行铣削加工之前，需要将待加工工件装夹到机床工作台上并进行找正工作。找正工作目前主要有两种方式，第一种为通过专用夹具保证工件的装夹精度，然而专用夹具设计及制造周期长、成本高。第二种为机床操作人员通过千分表等辅助设备人为进行找正工作，费时费力且装夹精度得不到保证。目前较为高档的五轴加工中心都配备了在机测量设备，因此可以通过在机测量对工件的位置信息进行探测，通过找正算法计算出装夹误差，然后对加工刀路进行相应补偿即可实现工件的快速装夹。
针对工件的装夹，现在的装夹手段主要有专用夹具进行装夹和人工进行装夹定位。
传统技术存在以下技术问题：
专用夹具进行装夹，需要进行专门的夹具设计，然后委托夹具制造商进行制造，在加工小批量零件时，极大提高了工件加工的的时间成本和经济成本。人工进行装夹，非常依赖机床操作人员的水平，费时费力，装夹精度得不到有效的保证。在待加工工件为大型零件时，无法通过手动移动进行人工装夹找正。当待加工工件在某些自由度方向缺乏定位基准时，无论是专用夹具还是人工找正都无法保证工件的精确装夹。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法，针对专用夹具和人工找正成本高、装夹精度得不到保证的问题。本发明基于在机测量获得的测量信息，使用本发明中提出的快速装夹算法计算出工件的装夹误差，通过对加工刀路进行补偿，实现快速装夹。本发明能够极大提高工件的装夹速度，并且能够保证装夹精度；而且本发明是各自由度分开进行找正，在工件某些自由度是能够通过装夹进行保证的情况下，可以实现只对其余自由度的找正，具有极大的灵活性，也能够适应各种装夹情况。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法，包括：
步骤一：工件初步装夹，在这一步中不需要费时费力将工件无偏差的定位到精确装夹位置，初步装夹位置只需在精确装夹位置周围即可；
步骤二：将工件的模型导入；
步骤三：设置球头探针参数，根据工件的外形和尺寸选择合适大小的探针；
步骤四：自由度集合划分，一个工件在空间具有六个自由度，根据工件具体形状将六个自由度划分成几个子集；在工件某些自由度通过夹具进行保证时，将剩余自由度集合划分成几个子集；
步骤五：测量点规划与路径规划，根据划分的自由度集合规划相应的测量点和测量路径；
步骤六：计算位置误差矩阵，计算工件实际位置与理论位置之间的位置差异，即位置误差矩阵；设总的位置误差矩阵为T，假设工件的自由度被分为三个集合，分别为F1,F2,F3，对应的误差矩阵分别为T1,T2,T3且T＝T3T2T1，对应的测量点集为Q1,Q2,Q3，对应的测量路径为L1,L2,L3；
步骤七：在工件模型上，重新规划测量点并规划测量路径，对测量路径做矩阵T-1变换，得到测量结果，比较测量结果与理论点之间的偏差，判断偏差是否在许可范围内；
步骤八、补偿刀路，基于整体误差矩阵对刀路进行修正，实现工件的快速装夹。
在其中一个实施例中，步骤二中，导入时可以对模型做一个刚体变换(x,y,z,α,β,γ)，x,y,z是平移量，α,β,γ是欧拉角。
在其中一个实施例中，探针的主要参数是球头直径。
在其中一个实施例中，步骤五中，主要参数为回退距离，安全距离和进/退刀距离；距离的选择原则是在路径尽可能短的情况下保证测量过程不与工件发生干涉；
在其中一个实施例中，步骤六中，计算流程为：
step1:令总的位置误差矩阵初始值为T0；
Figure BDA0002544266900000031
step2:计算矩阵T1并更新矩阵T；
将L1作矩阵T-1变换，进行在机测量，获得测量数据，计算矩阵T1，并更新矩阵T；step3:计算矩阵T2并更新矩阵T；
step4:计算矩阵T3并更新矩阵T；
step5:整体误差矩阵T稳定时或达到最大迭代次数，终止算法；否则转step2。
在其中一个实施例中，所述工件是整体叶环；将整体叶环除了水平自由度之外的分为角向自由度，沿Z轴平移自由度和水平方向平移自由度；对这三个自由度集合分别规划测量点和测量路径。
在其中一个实施例中，步骤二中：工件的模型是igs或step格式。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任一项所述的方法。
本发明的有益效果：
各自由度分步找正的快速装夹算法，自动、高效的实现工件在机床工作台上的快速装夹，减轻了机床操作人员的工作量，提升了工件的装夹速度，使机床更多时间可以用于工件的加工，极大提高了机床的利用率，切实的增加了企业的经济效益。
附图说明
图1是本发明基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法的流程示意图。
图2是本发明基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法的初步装夹示意图。
图3是本发明基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法的球头探针示意图。
图4是本发明基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法的路径规划示意图。
图5是本发明基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法的刀路补偿示意图。
图6是本发明基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法的整体叶环模型示意图。
图7是本发明基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法的初步装夹示意图。
图8是本发明基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法的快速装夹项目配置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明的快速装夹方法主要包括工件的在机测量、工件自由度划分、工件位置误差矩阵计算、找正结果校验，找正算法如图1所示，找正步骤如下：
1、工件初步装夹，如图2所示，在这一步中不需要费时费力将工件无偏差的定位到精确装夹位置，初步装夹位置只需在精确装夹位置周围即可。
2、将igs或step格式的模型导入软件，为了方便后续处理，导入时可以对模型做一个刚体变换(x,y,z,α,β,γ)，x,y,z是平移量，α,β,γ是欧拉角。
3、设置球头探针参数，根据工件的外形和尺寸选择合适大小的探针，探针的主要参数是球头直径，球头探针如图3所示。
4、自由度集合划分，一个工件在空间具有六个自由度，根据工件具体形状将六个自由度划分成几个子集；在工件某些自由度通过夹具进行保证时，将剩余自由度集合划分成几个子集。
5、测量点规划与路径规划，根据划分的自由度集合规划相应的测量点和测量路径；路径规划如图4所示，主要参数为回退距离，安全距离和进/退刀距离。距离的选择原则是在路径尽可能短的情况下保证测量过程不与工件发生干涉。
6、计算位置误差矩阵，计算工件实际位置与理论位置之间的位置差异，即位置误差矩阵。设总的位置误差矩阵为T，假设工件的自由度被分为三个集合，分别为F1,F2,F3，对应的误差矩阵分别为T1,T2,T3且T＝T3T2T1，对应的测量点集为Q1,Q2,Q3，对应的测量路径为L1,L2,L3，其中。计算流程为：
step1:令总的位置误差矩阵初始值为T0。
Figure BDA0002544266900000061
step2:计算矩阵T1并更新矩阵T。
将L1作矩阵T-1变换，进行在机测量，获得测量数据，计算矩阵T1，并更新矩阵T。step3:计算矩阵T2并更新矩阵T(计算流程同step2)。
step4:计算矩阵T3并更新矩阵T(计算流程同step2)。
step5:整体误差矩阵T稳定时或达到最大迭代次数，终止算法；否则转step2。
7、在工件模型上，重新规划测量点并规划测量路径，对测量路径做矩阵T-1变换，得到测量结果，比较测量结果与理论点之间的偏差，判断偏差是否在许可范围内。
8、补偿刀路，基于整体误差矩阵对刀路进行修正，实现工件的快速装夹，刀路补偿如图5所示。
下面给出本发明的一个具体应用场景：
本实施例是针对精铸整体叶环(参阅图6)再加工的情况，整体叶环的特点是底面可进行磨削保证其水平自由度，角向没有明确的定位基准，无法通过夹具进行保证。
快速装夹具体流程为：
1.参阅图7，使用夹具将工件将工件初步装夹到工作台上，这一步不需要通过人工找正来保证装夹精度。
2.导入igs或step格式的模型文件，将整体叶环除了水平自由度之外的分为角向自由度，沿Z轴平移自由度和水平方向平移自由度。对这三个自由度集合分别规划测量点和测量路径。
3.参阅图8按照规划的测量点和测量路径进行在机测量，在机测量结束后软件会自动计算出工件实际位置与理论位置之间的位置误差矩阵。
4.在快速装夹模块的加工分组添加加工程序，然后右击点击自适应，软件自动将基于位置误差矩阵对加工刀路进行补偿，从而实现快速装夹。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法，其特征在于，包括：
步骤一：工件初步装夹，在这一步中不需要费时费力将工件无偏差的定位到精确装夹位置，初步装夹位置只需在精确装夹位置周围即可；
步骤二：将工件的模型导入；
步骤三：设置球头探针参数，根据工件的外形和尺寸选择合适大小的探针；
步骤四：自由度集合划分，一个工件在空间具有六个自由度，根据工件具体形状将六个自由度划分成几个子集；在工件某些自由度通过夹具进行保证时，将剩余自由度集合划分成几个子集；
步骤五：测量点规划与路径规划，根据划分的自由度集合规划相应的测量点和测量路径；
步骤六：计算位置误差矩阵，计算工件实际位置与理论位置之间的位置差异，即位置误差矩阵；设总的位置误差矩阵为T，假设工件的自由度被分为三个集合，分别为F1,F2,F3，对应的误差矩阵分别为T1,T2,T3且T＝T3T2T1，对应的测量点集为Q1,Q2,Q3，对应的测量路径为L1,L2,L3；
步骤七：在工件模型上，重新规划测量点并规划测量路径，对测量路径做矩阵T-1变换，得到测量结果，比较测量结果与理论点之间的偏差，判断偏差是否在许可范围内；
步骤八、补偿刀路，基于整体误差矩阵对刀路进行修正，实现工件的快速装夹；
步骤五中，主要参数为回退距离，安全距离和进/退刀距离；距离的选择原则是在路径尽可能短的情况下保证测量过程不与工件发生干涉；
步骤六中，计算流程为：
step1:令总的位置误差矩阵初始值为T0；
Figure FDA0002955821140000021
step2:计算矩阵T1并更新矩阵T；
将L1作矩阵T-1变换，进行在机测量，获得测量数据，计算矩阵T1，并更新矩阵T；step3:计算矩阵T2并更新矩阵T；
step4:计算矩阵T3并更新矩阵T；
step5:整体误差矩阵T稳定时或达到最大迭代次数，终止算法；否则转step2；
其中，所述工件是整体叶环；将整体叶环除了水平自由度之外的分为角向自由度，沿Z轴平移自由度和水平方向平移自由度；对这三个自由度集合分别规划测量点和测量路径。
2.如权利要求1所述的基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法，其特征在于，步骤二中，导入时可以对模型做一个刚体变换(x,y,z,α,β,γ)，x,y,z是平移量，α,β,γ是欧拉角。
3.如权利要求1所述的基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法，其特征在于，探针的主要参数是球头直径。
4.如权利要求1所述的基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法，其特征在于，步骤二中：工件的模型是igs或step格式。
5.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1到4任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1到4任一项所述方法的步骤。
7.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1到4任一项所述的方法。
CN202010555798.1A 2020-06-17 2020-06-17 基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法 Active CN111761406B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010555798.1A CN111761406B (zh) 2020-06-17 2020-06-17 基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010555798.1A CN111761406B (zh) 2020-06-17 2020-06-17 基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111761406A CN111761406A (zh) 2020-10-13
CN111761406B true CN111761406B (zh) 2021-06-15

Family

ID=72721015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010555798.1A Active CN111761406B (zh) 2020-06-17 2020-06-17 基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111761406B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112817271A (zh) * 2020-12-29 2021-05-18 苏州千机智能技术有限公司 基于在机测量的铸造机匣毛坯加工余量优化方法
CN114453981B (zh) * 2022-04-12 2022-07-19 北京精雕科技集团有限公司 工件找正方法及装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1475328A (zh) * 2003-06-27 2004-02-18 上海磁悬浮交通发展有限公司 超大超重型工件机加工的探头测量寻位方法
US10022833B2 (en) * 2012-05-03 2018-07-17 Celeritive Technologies, Inc. High performance multi-axis milling
CN107862170B (zh) * 2017-12-25 2020-05-19 华中科技大学 一种基于动态缩聚的有限元模型修正方法
CN110286650A (zh) * 2019-07-17 2019-09-27 西安交通大学 一种基于数控宏程序的毛坯在机快速找正方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111761406A (zh) 2020-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107253084B (zh) 飞机数字化装配中的高效高精机器人自动铣削系统
CN111037328B (zh) 一种壳体零件在卧式加工中心的定位方法及加工方法
CN102266958B (zh) 基于制孔设备坐标系确定的柔性导轨孔群加工方法
CN111761406B (zh) 基于在机测量的工件各自由度分步找正的快速装夹方法
CN103592893B (zh) 一种光学元件加工中自动补偿位姿误差的方法
CN105467927B (zh) 一种基于配准对齐的免划线锻铸件加工定位方法
CN104759945A (zh) 基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法
CN101710236B (zh) 大型球体空间曲面上多个空间孔焊接坡口的数控加工方法
CN103995496A (zh) 一种基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法
CN110625600A (zh) 一种机器人末端工件坐标系标定方法
CN106959664B (zh) 基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法
CN101920453B (zh) 大型椭球体上的空间孔在数控镗铣床上加工方法
CN102354161A (zh) 数控加工零件变形有限元补偿方法
CN106959667A (zh) 一种机床平动轴垂直度误差建模方法
Tang et al. Development of a postprocessor for head tilting-head rotation type five-axis machine tool with double limit rotation axis
CN115822879B (zh) 采用三维拟合调试叶片组装工装的方法、设备及存储介质
CN1446666A (zh) 大型工件的机加工寻位方法
Kvrgic et al. A control algorithm for a vertical five-axis turning centre
CN110531699A (zh) 一种机床测头自动测量设定工件平面的方法
CN112439951B (zh) 一种基于几何自适应补偿的齿轮倒圆倒角铣削加工方法
US11298787B2 (en) Adjustable workpiece support system and method
TWM490934U (zh) 應用多自由度機械手臂的鏟花裝置
CN107220213A (zh) 五轴数控机床在线测量分析方法
CN111090259A (zh) 用于检验和校正数控系统中工件旋转轴坐标偏差的方法
CN118456116B (zh) 涡轮盘燕尾型榫槽角向的在线找正方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant