CN111958323B - 一种基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，包括刀具模块、夹持模块和控制模块，控制模块分别与主轴和自动避让夹具头连接，用以对系统进行启动限制并根据待加工零件的具体型号选取对应的加工方式和避让方式以使所述刀具模块对待加工零件进行加工并使所述加持模块在刀具模块进行加工时进行避让。本发明通过使用U0矩阵组中的矩阵对待加工零件型号进行判定，并根据判定结果分别从A0矩阵组中选取对应的加工矩阵、从R0矩阵组中选取对应的避让矩阵以使夹具在系统加工过程中完成对主轴刀具的避让，能够提高系统对不同零件加工时的针对性，从而进一步提高所述系统对零件的加工效率。

Description

一种基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统

技术领域

本发明涉及零件加工技术领域，尤其涉及一种基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统。

背景技术

在数控加工过程中，特别是大中型板形零件的数控加工，通常采用夹具来将待加工的工件固定在操作平台上，而加工过程中刀具运行至夹具附近时，为避免刀具与夹具相撞，通常需要先将机床停机，再人工将夹具搬开，待加工完该工段之后再停机，人工将夹具压紧，继续加工工作。而一个大型工件的固定往往需要设置多个夹具，每次刀具靠近夹具时都需要人工将夹具搬开来避让，这样势必造成加工中断，影响加工效率和加工质量，在目前的高速加工环境下，这种影响就更加突显出来。不仅加工效率不高，且人工装夹时的安全隐患也大大增加。因此，如何设置一种能够让夹具实现自动避让功能的控制系统，对于实现工件一次装夹完成加工，避免由于夹具位置影响而引起的二次加工所带来的工件定位的过程，大大提高工件加工效率，是本领域亟待解决的问题。

另外，机床加工领域还存在在另一个困扰技术人员多年的问题：虽然主轴厂家在生产时已经对主轴的轴承做了永久性润滑，但是当环境温度过低时(-10℃及以下)，例如我国东北地区每年11月份至次年4月份这段时间，低温下主轴直接高速运转，会影响甚至严重影响主轴轴承的使用寿命。虽然传统的工装夹具多会在使用手册中标明主轴所需的预热方式，但在实际操作中，工人往往为了节约时间，不进行主轴预热而是直接开始加工，没有保障可言，很容易对主轴轴承造成损坏。

中国发明专利(CN101382793B)公开了一种连续无中断数控加工板形零件的方法，把拉线位移传感器的位移信号反馈给随动夹具的控制系统，用示教方法记住避让压板的坐标位置，由随动夹具的控制系统实时采集拉线位移传感器的位移信号，并根据随动夹具上压板的长度来计算、分析夹具上的压板避让数控刀具的提前动作范围，控制夹具上的压板自动避让和压紧，对压板执行机构发出避让控制命令或夹紧命令。该发明利用拉线位移传感器采集要避让数控刀具的压板的坐标位置，采用示教方式，使刀具运动到压板避让数控刀具的提前动作范围内，由控制系统控制夹具上的压板执行机构让其自动避让。解决了数控加工刀具与压板相撞，需停机人工拆卸装夹压板，易出安全事故，影响加工效率和加工质量的问题。

中国实用新型专利(CN106624930A)公开了一种自动避让夹具装置，包括有多个夹具单元，所述夹具单元包括有底座，在底座上设有导轨，在导轨上设有可沿其滑动的滑块，在滑块上设有可将工件夹紧进行加工的夹具，在底座上还设有驱动滑块在导轨上来回滑动的驱动机构，所述夹具与驱动机构通过控制系统来控制其动作。该申请提供一种节省材料、效率高的自动避让夹具装置。

但是，上述两个专利公开的装置均是通过检测刀具运行位置和夹具(或压板) 位置来控制实现夹具的自动避让，这样势必会需要在机床上设置复杂的检测装置，并分析检测装置的检测数据来做出避让决定，设备成本将大大提高。同时，在应用上述技术方案后，所述装置仅能够对单个零件进行加工，当需要使用装置对不同型号零件进行加工时，需要重新调整参数，使用效率低。

且上述专利均未关注到主轴在冬季或其它气温较低时间工作时需要提前预热的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，用以克服现有技术中无法对不同零件进行快速的针对性加工导致的加工效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种。

1、一种基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，其特征在于，包括刀具模块、夹持模块和控制模块，所述刀具模块包括主轴和主轴刀具，所述主轴刀具设于主轴下方，与主轴固定连接，主轴带动主轴刀具运动；

所述夹持模块用于固定待加工的工件，包括夹具和夹具支撑，待加工的工件通过所述夹具固定，所述夹具支撑用于固定夹具，所述夹具包括自动避让夹具头，

所述控制模块分别与主轴和自动避让夹具头连接，用以对系统进行启动限制并根据待加工零件的具体型号选取对应的加工方式和避让方式以使所述刀具模块对待加工零件进行加工并使所述加持模块在刀具模块进行加工时进行避让。

进一步地，所述控制模块中设有预设型号零件矩阵组U0、预设加工矩阵组 A0和预设避让矩阵组R0；对于预设型号零件矩阵组U0，U0(U1，U2，U3，U4)，其中，U1为第一预设型号零件矩阵，U2为第二预设型号零件矩阵，U3为第三预设型号零件矩阵，U4为第四预设型号零件矩阵；对于预设加工矩阵组A0，A0(A1， A2，A3，A4)，其中，A1为第一预设加工矩阵，A2为第二预设加工矩阵，A3为第三预设加工矩阵，A4为第四预设加工矩阵；对于预设避让矩阵组R0，R0(R1， R2，R3，R4)，其中，R1为第一预设避让矩阵，R2为第二预设避让矩阵，R3为第三预设避让矩阵，R4为第四预设避让矩阵；

当所述系统运行时，所述控制模块会检测待加工零件的种类U，将U与U0 中的各矩阵中参数进行比对并根据比对结果选取指定的加工方式和避让方式：

当控制模块判定待加工零件为第一预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第一预设加工矩阵A1并控制所述刀具模块使用A1矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第一预设避让矩阵R1并控制所述加持模块根据R1矩阵中的参数对刀具模块进行避让；

当控制模块判定待加工零件为第二预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第二预设加工矩阵A2并控制所述刀具模块使用A2矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第二预设避让矩阵R2并控制所述加持模块根据R2矩阵中的参数对刀具模块进行避让；

当控制模块判定待加工零件为第三预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第三预设加工矩阵A3并控制所述刀具模块使用A3矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第三预设避让矩阵R3并控制所述加持模块根据R3矩阵中的参数对刀具模块进行避让；

当控制模块判定待加工零件为第四预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第四预设加工矩阵A4并控制所述刀具模块使用A4矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第四预设避让矩阵R4并控制所述加持模块根据R4矩阵中的参数对刀具模块进行避让。

进一步地，对于第i预设型号零件矩阵Ui，i＝1，2，3，4，Ui(Uia，Uib，Uic，Uid)，其中，Uia为第i预设型号零件第一特征，Uib为第i预设型号零件第二特征，Uic为第i预设型号零件第三特征，Uid为第i预设型号零件第四特征；

所述夹具支撑的指定位置上分别设有与所述控制模块相连的特征检测器，用以为别检测待加工零件的形状特征，在对待加工零件进行检测时，各特征检测器分别检测待加工零件在不同位点的特征Ua，Ub，Uc，Ud，控制模块分别将Ua， Ub，Uc，Ud与各矩阵中的参数依次进行比对，当待加工零件与第i预设零件仅有一个特征相同时，控制模块记零件与第i预设型号零件的相似度Si＝1；当待加工零件与第i预设零件有两个特征相同时，记Si＝2；当待加工零件与第i预设零件有三个特征相同时，记Si＝3；当待加工零件与第i预设零件的特征全部相同时，记Si＝4；记录完成后，统计各相似度矩阵S1，S2，S3，S4：

当S1得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第一预设零件型号；

当S2得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第二预设零件型号；

当S3得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第三预设零件型号；

当S4得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第四预设零件型号。

进一步地，对于第i预设加工矩阵Ai，i＝1，2，3，4，Ai(Ai1，Ai2，Ai3， Ai4)，其中，Ai1为第i预设加工矩阵第一加工路径，Ai2为第i预设加工矩阵第二加工路径，Ai3为第i预设加工矩阵第三加工路径，Ai4为第i预设加工矩阵第四加工路径；当所述控制模块对待加工零件的型号完成判定时，控制模块控制所述刀具模块根据对应的加工矩阵Ai中的参数对待加工零件进行加工：

当控制模块选用第一预设加工路线矩阵A1时，控制模块控制刀具模块依次沿A11、A12、A13和A14所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工；

当控制模块选用第二预设加工路线矩阵A2时，控制模块控制刀具模块依次沿A21、A22、A23和A24所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工；

当控制模块选用第三预设加工路线矩阵A3时，控制模块控制刀具模块依次沿A31、A32、A33和A34所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工；

当控制模块选用第四预设加工路线矩阵A4时，控制模块控制刀具模块依次沿A41、A42、A43和A44所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工。

进一步地，对于第i预设避让矩阵Ri，i＝1，2，3，4，Ri(Ri1，ti1，Ri2，ti2，Ri3，ti3，Ri4，ti4)，其中，Ri1为第i预设避让矩阵第一避让方式，ti1 为第i预设避让矩阵第一避让时长，Ri2为第i预设避让矩阵第二避让方式，ti2 为第i预设避让矩阵第二避让时长，Ri3为第i预设避让矩阵第三避让方式，ti3 为第i预设避让矩阵第三避让时长，Ri4为第i预设避让矩阵第四避让方式，ti4 为第i预设避让矩阵第四避让时长；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai1路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri1中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti1时复位；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai2路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri2中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti2时复位；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai3路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri3中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti3时复位；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai4路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri4中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti4时复位。

进一步地，所述避让操作包括滑动、滚动或翻转。

进一步地，所述控制模块中还设有预设环境温度矩阵T0和预设预热矩阵组 W0；对于预设环境温度矩阵T0，T0(T1，T2，T3，T4)，其中，T1为第一预设环境温度，T2为第二预设环境温度，T3为第三预设环境温度，T4为第四预设环境温度，各温度值按照顺序逐渐增加；对于预设预热矩阵组W0，W0(W1，W2，W3， W4)，其中，W1为第一预设预热矩阵，W2为第二预设预热矩阵，W3为第三预设预热矩阵，W4为第四预设预热矩阵；

在启动系统前，控制模块检测系统所处环境温度T并将T与T0矩阵中的各预设温度进行比对：

当T≤T1时，控制模块选用第一预设预热矩阵W1中的参数对所述主轴进行预热；

当T1＜T≤T2时，控制模块选用第二预设预热矩阵W2中的参数对所述主轴进行预热；

当T2＜T≤T3时，控制模块选用第三预设预热矩阵W3中的参数对所述主轴进行预热；

当T3＜T≤T4时，控制模块选用第二预设预热矩阵W4中的参数对所述主轴进行预热；

当T＞T4时，控制模块不对所述主轴进行预热；

当T≤T4且所述主轴未进行预热时，所述系统无法启动并对待加工零件进行加工。

进一步地，对于第i预设预热矩阵Wi，i＝1，2，3，4，Wi(Wli，tli，Wmi， tmi，Whi，thi)，其中，Wli为第i预热低转速预设转速，tli为第i预热低转速预设预热时长，Wmi为第i预热中转速预设转速，tmi为第i预热中转速预设预热时长，Whi为第i预热高转速预设转速，thi为第i预热高转速预设预热时长；当所述控制模块对所述主轴进行预热时，先控制主轴以Wli转速进行预热，同时中控模块记录主轴转动时间，当转动时间达到tli时，中控模块将主轴转速调节为Wmi，中控模块重新计时并在记录时间达到tmi时将转速调节为Whi，调节后中控模块重新计时，当主轴以Whi转速转动时长达到thi时，控制模块判定主轴预热完成。

进一步地，所述系统所处地面设有压力传感器，所述控制模块中设有预设负载F0，在所述系统运行前，控制模块会检测地面负载F，当F≤F0时，控制模块判定系统附近无人，启动系统；当F＞F0时，控制模块判定系统附近有人，禁止系统启动。

进一步地，所述系统中还设有光幕，所述光幕设于机床上方并与所述控制模块相连，当光幕检测到工作区域内有人员走动，控制模块判定系统附近有人并禁止系统启动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过使用控制模块对待加工零件的型号进行检测，根据检测结果判定待加工零件的型号选取对应的加工工艺以及夹具的避让方式，能够有效提高所述系统对不同种类零件的加工效率。

进一步地，所述控制模块中设有预设型号零件矩阵组U0、预设加工矩阵组 A0和预设避让矩阵组R0，本发明通过使用U0矩阵组中的矩阵对待加工零件型号进行判定，并根据判定结果分别从A0矩阵组中选取对应的加工矩阵、从R0矩阵组中选取对应的避让矩阵以使夹具在系统加工过程中完成对主轴刀具的避让，能够提高系统对不同零件加工时的针对性，从而进一步提高所述系统对零件的加工效率。

尤其，所述U0矩阵包括U1，U2，U3，U4四个型号矩阵，各型号矩阵中均设有四个特征矩阵，通过对单个零件的四个特征依次进行检测和比对以完成对待加工零件型号的判定，能够快速准确的完成对待加工零件的判定，在提高所述系统对零件判定准确度的同时，进一步提高了所述系统的加工效率。

尤其，所述第i加工矩阵Ai中设有Ai1，Ai2，Ai3，Ai4四个预设加工路径，通过将加工路径模块化，能够使所述系统保证加工速率和精度的同时，使夹具能够在不同的加工阶段内以指定的方式避让，从而进一步提高了所述系统的加工效率。

尤其，所述第i预设避让矩阵Ri中包括Ri1，ti1，Ri2，ti2，Ri3，ti3， Ri4，ti4，通过对不同的避让分别选用对应的避让方式和避让时长，能够使夹具在完成对主轴刀具避让的同时，最大限度的增加对待加工零件的夹持时间，在保证加工稳定性的同时，进一步提高了所述系统的加工效率。

进一步地，所述控制模块中还设有预设环境温度矩阵T0和预设预热矩阵组 W0，通过根据系统运行时所处的实际环境温度选取对应的预热方式，能够在保护主轴的同时，快速完成对主轴的预热，从而进一步提高了所述系统的加工效率。

尤其，所述第i预设预热矩阵Wi中包括Wli，tli，Wmi，tmi，Whi，thi，通过使用不同的预热阶段，能够使主轴逐渐预热，防止预热转速过高对主轴造成损坏。进一步提高了所述系统的加工效率。

进一步地，所述系统中还设有压力传感器，通过预设负载与实际负载的比对结果判定系统周边是否有人，提高了系统运行时的安全性。

进一步地，所述系统中还设有光幕，通过光幕检测系统周边是否有人员走动，进一步提高了系统运行时的安全性。

附图说明

图1为本发明所述基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统的主视结构示意图；

图2为本发明所述基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统的右视结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2所示，其分别为本发明所述基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统的主视结构示意图和右视结构示意图。本发明所述基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统包括刀具模块、夹持模块和控制模块 (图中未画出)，刀具模块包括主轴1和主轴刀具2，主轴刀具2设于主轴1下方，并与主轴1固定连接，通过主轴1带动主轴刀具2运动；夹持模块用于固定待加工的工件，包括夹具和夹具支撑4，待加工的工件通过夹具固定，夹具支撑 4用于固定夹具，夹具包括自动避让夹具头3。控制模块分别与主轴1和自动避让夹具头3连接，用以对系统进行启动限制并根据待加工零件的具体型号选取对应的加工方式和避让方式以使所述刀具模块对待加工零件进行加工并使所述加持模块在刀具模块进行加工时进行避让，所述避让可以包括滑动、滚动或翻转等多种方式。

请继续参阅图1和图2所示，本发明所述控制模块中设有预设型号零件矩阵组U0、预设加工矩阵组A0和预设避让矩阵组R0；对于预设型号零件矩阵组U0， U0(U1，U2，U3，U4)，其中，U1为第一预设型号零件矩阵，U2为第二预设型号零件矩阵，U3为第三预设型号零件矩阵，U4为第四预设型号零件矩阵；对于预设加工矩阵组A0，A0(A1，A2，A3，A4)，其中，A1为第一预设加工矩阵，A2 为第二预设加工矩阵，A3为第三预设加工矩阵，A4为第四预设加工矩阵；对于预设避让矩阵组R0，R0(R1，R2，R3，R4)，其中，R1为第一预设避让矩阵，R2 为第二预设避让矩阵，R3为第三预设避让矩阵，R4为第四预设避让矩阵。

当所述系统运行时，所述控制模块会检测待加工零件的种类U，将U与U0 中的各矩阵中参数进行比对并根据比对结果选取指定的加工方式和避让方式：

当控制模块判定待加工零件为第一预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第一预设加工矩阵A1并控制所述刀具模块使用A1矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第一预设避让矩阵R1并控制所述加持模块根据R1矩阵中的参数对刀具模块进行避让。

当控制模块判定待加工零件为第二预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第二预设加工矩阵A2并控制所述刀具模块使用A2矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第二预设避让矩阵R2并控制所述加持模块根据R2矩阵中的参数对刀具模块进行避让。

当控制模块判定待加工零件为第三预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第三预设加工矩阵A3并控制所述刀具模块使用A3矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第三预设避让矩阵R3并控制所述加持模块根据R3矩阵中的参数对刀具模块进行避让。

当控制模块判定待加工零件为第四预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第四预设加工矩阵A4并控制所述刀具模块使用A4矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第四预设避让矩阵R4并控制所述加持模块根据R4矩阵中的参数对刀具模块进行避让。

具体而言，对于第i预设型号零件矩阵Ui，i＝1，2，3，4，Ui(Uia，Uib， Uic，Uid)，其中，Uia为第i预设型号零件第一特征，Uib为第i预设型号零件第二特征，Uic为第i预设型号零件第三特征，Uid为第i预设型号零件第四特征。

所述夹具支撑的指定位置上分别设有与所述控制模块相连的特征检测器(图中未画出)，用以为别检测待加工零件的形状特征，在对待加工零件进行检测时，各特征检测器分别检测待加工零件在不同位点的特征Ua，Ub，Uc，Ud，控制模块分别将Ua，Ub，Uc，Ud与各矩阵中的参数依次进行比对，当待加工零件与第 i预设零件仅有一个特征相同时，控制模块记零件与第i预设型号零件的相似度 Si＝1；当待加工零件与第i预设零件有两个特征相同时，记Si＝2；当待加工零件与第i预设零件有三个特征相同时，记Si＝3；当待加工零件与第i预设零件的特征全部相同时，记Si＝4；记录完成后，统计各相似度矩阵S1，S2，S3，S4：

当S1得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第一预设零件型号；

当S2得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第二预设零件型号；

当S3得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第三预设零件型号；

当S4得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第四预设零件型号。

具体而言，对于第i预设加工矩阵Ai，i＝1，2，3，4，Ai(Ai1，Ai2，Ai3， Ai4)，其中，Ai1为第i预设加工矩阵第一加工路径，Ai2为第i预设加工矩阵第二加工路径，Ai3为第i预设加工矩阵第三加工路径，Ai4为第i预设加工矩阵第四加工路径；当所述控制模块对待加工零件的型号完成判定时，控制模块控制所述刀具模块根据对应的加工矩阵Ai中的参数对待加工零件进行加工：

当控制模块选用第一预设加工路线矩阵A1时，控制模块控制刀具模块依次沿A11、A12、A13和A14所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工；

当控制模块选用第二预设加工路线矩阵A2时，控制模块控制刀具模块依次沿A21、A22、A23和A24所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工；

当控制模块选用第三预设加工路线矩阵A3时，控制模块控制刀具模块依次沿A31、A32、A33和A34所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工；

当控制模块选用第四预设加工路线矩阵A4时，控制模块控制刀具模块依次沿A41、A42、A43和A44所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工。

具体而言，对于第i预设避让矩阵Ri，i＝1，2，3，4，Ri(Ri1，ti1，Ri2， ti2，Ri3，ti3，Ri4，ti4)，其中，Ri1为第i预设避让矩阵第一避让方式，ti1 为第i预设避让矩阵第一避让时长，Ri2为第i预设避让矩阵第二避让方式，ti2 为第i预设避让矩阵第二避让时长，Ri3为第i预设避让矩阵第三避让方式，ti3 为第i预设避让矩阵第三避让时长，Ri4为第i预设避让矩阵第四避让方式，ti4 为第i预设避让矩阵第四避让时长；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai1路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri1中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti1时复位；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai2路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri2中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti2时复位；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai3路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri3中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti3时复位；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai4路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri4中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti4时复位。

请继续参阅图1和图2所示，本发明所述控制模块中还设有预设环境温度矩阵T0和预设预热矩阵组W0；对于预设环境温度矩阵T0，T0(T1，T2，T3，T4)，其中，T1为第一预设环境温度，T2为第二预设环境温度，T3为第三预设环境温度，T4为第四预设环境温度，各温度值按照顺序逐渐增加；对于预设预热矩阵组W0，W0(W1，W2，W3，W4)，其中，W1为第一预设预热矩阵，W2为第二预设预热矩阵，W3为第三预设预热矩阵，W4为第四预设预热矩阵。

在启动系统前，控制模块检测系统所处环境温度T并将T与T0矩阵中的各预设温度进行比对：

当T≤T1时，控制模块选用第一预设预热矩阵W1中的参数对所述主轴进行预热；

当T1＜T≤T2时，控制模块选用第二预设预热矩阵W2中的参数对所述主轴进行预热；

当T2＜T≤T3时，控制模块选用第三预设预热矩阵W3中的参数对所述主轴进行预热；

当T3＜T≤T4时，控制模块选用第二预设预热矩阵W4中的参数对所述主轴进行预热；

当T＞T4时，控制模块不对所述主轴进行预热；

当T≤T4且所述主轴未进行预热时，所述系统无法启动并对待加工零件进行加工。

具体而言，对于第i预设预热矩阵Wi，i＝1，2，3，4，Wi(Wli，tli，Wmi， tmi，Whi，thi)，其中，Wli为第i预热低转速预设转速，tli为第i预热低转速预设预热时长，Wmi为第i预热中转速预设转速，tmi为第i预热中转速预设预热时长，Whi为第i预热高转速预设转速，thi为第i预热高转速预设预热时长；当所述控制模块对所述主轴进行预热时，先控制主轴以Wli转速进行预热，同时中控模块记录主轴转动时间，当转动时间达到tli时，中控模块将主轴转速调节为Wmi，中控模块重新计时并在记录时间达到tmi时将转速调节为Whi，调节后中控模块重新计时，当主轴以Whi转速转动时长达到thi时，控制模块判定主轴预热完成。

请继续参阅图1和图2所示，本发明所述系统所处地面设有压力传感器(图中未画出)，所述控制模块中设有预设负载F0，在所述系统运行前，控制模块会检测地面负载F，当F≤F0时，控制模块判定系统附近无人，启动系统；当F＞ F0时，控制模块判定系统附近有人，禁止系统启动。

请继续参阅图1和图2所示，本发明所述系统中还设有光幕5，所述光幕5 设于机床上方并与所述控制模块相连，当光幕5检测到工作区域内有人员走动，控制模块判定系统附近有人并禁止系统启动。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，其特征在于，包括刀具模块、夹持模块和控制模块，所述刀具模块包括主轴和主轴刀具，所述主轴刀具设于主轴下方，与主轴固定连接，主轴带动主轴刀具运动；

所述夹持模块用于固定待加工的工件，包括夹具和夹具支撑，待加工的工件通过所述夹具固定，所述夹具支撑用于固定夹具，所述夹具包括自动避让夹具头，

所述控制模块分别与主轴和自动避让夹具头连接，用以对系统进行启动限制并根据待加工零件的具体型号选取对应的加工方式和避让方式以使所述刀具模块对待加工零件进行加工并使所述夹持 模块在刀具模块进行加工时进行避让；

所述控制模块中设有预设型号零件矩阵组U0、预设加工矩阵组A0和预设避让矩阵组R0；对于预设型号零件矩阵组U0，U0（U1，U2，U3，U4），其中，U1为第一预设型号零件矩阵，U2为第二预设型号零件矩阵，U3为第三预设型号零件矩阵，U4为第四预设型号零件矩阵；对于预设加工矩阵组A0，A0（A1，A2，A3，A4），其中，A1为第一预设加工矩阵，A2为第二预设加工矩阵，A3为第三预设加工矩阵，A4为第四预设加工矩阵；对于预设避让矩阵组R0，R0（R1，R2，R3，R4），其中，R1为第一预设避让矩阵，R2为第二预设避让矩阵，R3为第三预设避让矩阵，R4为第四预设避让矩阵；

当所述系统运行时，所述控制模块会检测待加工零件的种类U，将U与U0中的各矩阵中参数进行比对并根据比对结果选取指定的加工方式和避让方式：

当控制模块判定待加工零件为第一预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第一预设加工矩阵A1并控制所述刀具模块使用A1矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第一预设避让矩阵R1并控制所述夹持 模块根据R1矩阵中的参数对刀具模块进行避让；

当控制模块判定待加工零件为第二预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第二预设加工矩阵A2并控制所述刀具模块使用A2矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第二预设避让矩阵R2并控制所述夹持 模块根据R2矩阵中的参数对刀具模块进行避让；

当控制模块判定待加工零件为第三预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第三预设加工矩阵A3并控制所述刀具模块使用A3矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第三预设避让矩阵R3并控制所述夹持 模块根据R3矩阵中的参数对刀具模块进行避让；

当控制模块判定待加工零件为第四预设型号零件时，控制模块从A0矩阵组中选取第四预设加工矩阵A4并控制所述刀具模块使用A4矩阵中的参数对待加工零件进行加工，控制模块从R0矩阵组中选取第四预设避让矩阵R4并控制所述夹持 模块根据R4矩阵中的参数对刀具模块进行避让；

对于第i预设型号零件矩阵Ui，i=1，2，3，4，Ui（Uia，Uib，Uic，Uid），其中，Uia为第i预设型号零件第一特征，Uib为第i预设型号零件第二特征，Uic为第i预设型号零件第三特征，Uid为第i预设型号零件第四特征；

所述夹具支撑的指定位置上分别设有与所述控制模块相连的特征检测器，用以为别检测待加工零件的形状特征，在对待加工零件进行检测时，各特征检测器分别检测待加工零件在不同位点的特征Ua，Ub，Uc，Ud，控制模块分别将Ua，Ub，Uc，Ud与各矩阵中的参数依次进行比对，当待加工零件与第i预设零件仅有一个特征相同时，控制模块记零件与第i预设型号零件的相似度Si=1；当待加工零件与第i预设零件有两个特征相同时，记Si=2；当待加工零件与第i预设零件有三个特征相同时，记Si=3；当待加工零件与第i预设零件的特征全部相同时，记Si=4；记录完成后，统计各相似度矩阵S1，S2，S3，S4：

当S1得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第一预设零件型号；

当S2得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第二预设零件型号；

当S3得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第三预设零件型号；

当S4得分最高时，控制模块判定待加工零件型号为第四预设零件型号；

对于第i预设加工矩阵Ai，i=1，2，3，4，Ai（Ai1，Ai2，Ai3，Ai4），其中，Ai1为第i预设加工矩阵第一加工路径，Ai2为第i预设加工矩阵第二加工路径，Ai3为第i预设加工矩阵第三加工路径，Ai4为第i预设加工矩阵第四加工路径；当所述控制模块对待加工零件的型号完成判定时，控制模块控制所述刀具模块根据对应的加工矩阵Ai中的参数对待加工零件进行加工：

当控制模块选用第一预设加工路线矩阵A1时，控制模块控制刀具模块依次沿A11、A12、A13和A14所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工；

当控制模块选用第二预设加工路线矩阵A2时，控制模块控制刀具模块依次沿A21、A22、A23和A24所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工；

当控制模块选用第三预设加工路线矩阵A3时，控制模块控制刀具模块依次沿A31、A32、A33和A34所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工；

当控制模块选用第四预设加工路线矩阵A4时，控制模块控制刀具模块依次沿A41、A42、A43和A44所规划的路线移动以完成对待加工零件的加工。

2.根据权利要求1所述的基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，其特征在于，对于第i预设避让矩阵Ri，i=1，2，3，4，Ri（Ri1，ti1，Ri2，ti2，Ri3，ti3，Ri4，ti4），其中，Ri1为第i预设避让矩阵第一避让方式，ti1为第i预设避让矩阵第一避让时长，Ri2为第i预设避让矩阵第二避让方式，ti2为第i预设避让矩阵第二避让时长，Ri3为第i预设避让矩阵第三避让方式，ti3为第i预设避让矩阵第三避让时长，Ri4为第i预设避让矩阵第四避让方式，ti4为第i预设避让矩阵第四避让时长；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai1路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri1中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti1时复位；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai2路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri2中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti2时复位；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai3路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri3中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti3时复位；

当所述刀具模块对待加工零件进行加工时，在所述主轴刀具沿Ai4路径移动至所述夹持模块附近时，夹持模块使用Ri4中预设的方式进行避让并在避让时间达到ti4时复位。

3.根据权利要求2所述的基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，其特征在于，所述避让操作包括滑动、滚动或翻转。

4.根据权利要求1所述的基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，其特征在于，所述控制模块中还设有预设环境温度矩阵T0和预设预热矩阵组W0；对于预设环境温度矩阵T0，T0（T1，T2，T3，T4），其中，T1为第一预设环境温度，T2为第二预设环境温度，T3为第三预设环境温度，T4为第四预设环境温度，各温度值按照顺序逐渐增加；对于预设预热矩阵组W0，W0（W1，W2，W3，W4），其中，W1为第一预设预热矩阵，W2为第二预设预热矩阵，W3为第三预设预热矩阵，W4为第四预设预热矩阵；

在启动系统前，控制模块检测系统所处环境温度T并将T与T0矩阵中的各预设温度进行比对：

当T≤T1时，控制模块选用第一预设预热矩阵W1中的参数对所述主轴进行预热；

当T1＜T≤T2时，控制模块选用第二预设预热矩阵W2中的参数对所述主轴进行预热；

当T2＜T≤T3时，控制模块选用第三预设预热矩阵W3中的参数对所述主轴进行预热；

当T3＜T≤T4时，控制模块选用第二预设预热矩阵W4中的参数对所述主轴进行预热；

当T＞T4时，控制模块不对所述主轴进行预热；

当T≤T4且所述主轴未进行预热时，所述系统无法启动并对待加工零件进行加工。

5.根据权利要求4所述的基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，其特征在于，对于第i预设预热矩阵Wi，i=1，2，3，4，Wi（Wli，tli，Wmi，tmi，Whi，thi），其中，Wli为第i预热低转速预设转速，tli为第i预热低转速预设预热时长，Wmi为第i预热中转速预设转速，tmi为第i预热中转速预设预热时长，Whi为第i预热高转速预设转速，thi为第i预热高转速预设预热时长；当所述控制模块对所述主轴进行预热时，先控制主轴以Wli转速进行预热，同时中控模块记录主轴转动时间，当转动时间达到tli时，中控模块将主轴转速调节为Wmi，中控模块重新计时并在记录时间达到tmi时将转速调节为Whi，调节后中控模块重新计时，当主轴以Whi转速转动时长达到thi时，控制模块判定主轴预热完成。

6.根据权利要求1所述的基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，其特征在于，所述系统所处地面设有压力传感器，所述控制模块中设有预设负载F0，在所述系统运行前，控制模块会检测地面负载F，当F≤F0时，控制模块判定系统附近无人，启动系统；当F＞F0时，控制模块判定系统附近有人，禁止系统启动。

7.根据权利要求1所述的基于工件装夹的刀具路线规划及自动避让控制系统，其特征在于，所述系统中还设有光幕，所述光幕设于机床上方并与所述控制模块相连，当光幕检测到工作区域内有人员走动，控制模块判定系统附近有人并禁止系统启动。

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