CN112454011A - 多轴机床工件坐标偏移校正方法、装置、计算机设备及介质 - Google Patents

多轴机床工件坐标偏移校正方法、装置、计算机设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多轴机床工件坐标偏移校正方法，包括：获取工件的初始坐标G(x,y,z)、工件的初始坐标G(x,y,z)绕第一旋转轴转动的第一旋转角α和绕第二旋转轴转动的第二旋转角θ；基于工件的初始坐标G(x,y,z)、第一旋转角α和第二旋转角θ，计算得到工件实时坐标并构建换算关系；输入加工指令坐标，并处理加工指令坐标得到基于工件的初始坐标的实时加工坐标。工件实时坐标的换算关系，变量只有旋转角度。不管旋转中心在哪里，加工指令坐标在换算关系的转换下随之旋转，得到实时加工坐标，这样能够提高工作效率且不易出错，减少了了机床的调试时间，降低操作者的工作强度。

Description

多轴机床工件坐标偏移校正方法、装置、计算机设备及介质
技术领域
本发明涉及多轴机床技术领域，特别是涉及一种多轴机床工件坐标偏移校正方法、装置、计算机设备及介质。
背景技术
数控加工技术作为现代机械制造技术的基础，使得机械制造过程发生了显著的变化。我们熟悉的多轴机床有XYZ三个直线坐标轴，多轴指在一台机床上至少具备第4轴。多轴数控加工中心具有高效率、高精度的特点，工件在一次装夹后能完成5个面的加工。如果配置5轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工。
在现有技术加工工件时，工件装在旋转工作台上，操作者需要先找正工件，然后将找正数值输入到数控系统的坐标偏置寄存器中，这样就确定了一个工件坐标系。如公开号为CN106292545A的中国专利《利用宏程序数控加工圆柱曲面的方法》，公开了一种在加工过程中实现刀尖跟随继而在编程坐标系下不需考虑机床结构的方法，但是这种方法是正对五轴联动加工中心的，而3+N轴机床为定向加工，无法实现五轴联动。
对于3+1轴机床而言，包括X、Y、Z三个坐标轴和绕其中一个坐标轴旋转的第一旋转轴，机床坐标原点极易发生偏移，在实际加工过程中，工件坐标便会绕着新的机床坐标系进行旋转，依照现有技术无法得到工件旋转任一角度后的新坐标。对于3+2轴机床，包括X、Y、Z三个坐标轴和分别绕其中两个坐标轴旋转的第一旋转轴和第二旋转轴，机床坐标原点不易发生偏移，但是坐标轴在加工的过程中也会旋转变化方向。工件坐标绕着机床坐标X轴旋转的同时，原机床坐标系也会随之旋转，随后，工件坐标绕着新的集装坐标Z轴进行旋转，依照现有技术同样无法获得工件旋转过后的新坐标。
因此每次夹装都要进行细心繁琐的计算以求出所现机床坐标与工件坐标的偏移量，这样不仅效率极为低下并且易出错，而且大量占用了机床的调试时间，增加操作者的工作强度。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种多轴机床工件坐标偏移校正方法、装置、计算机设备及介质，以提高工作效率，减少错误率和机床调试的时间，减轻操作者的工作强度。
一种多轴机床工件坐标偏移校正方法，所述多轴机床包括第一坐标轴、第二坐标轴、第三坐标轴和第一旋转轴，其特征在于，包括：
获取工件的初始坐标G(x,y,z)和所述工件绕所述第一旋转轴转动的第一旋转角α；
基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)和所述第一旋转角α计算工件实时坐标并构建换算关系；
获取基于工件的初始坐标的加工指令坐标，并基于所述加工指令坐标和换算关系获得基于所述工件的实时加工坐标。
上述多轴机床工件坐标偏移校正方法，使得操作者在获取工件的初始坐标G(x,y,z)、和第一旋转角α后，能够获得工件实时坐标的换算关系，变量只有旋转角度。不管旋转中心在哪里，输入的加工指令坐标都是相对于工件的初始坐标G(x,y,z)的，当工件旋转后，加工指令坐标在换算关系的转换下转换成基于工件初始座标的实时加工坐标，因此使得3+N轴机床利用实时加工坐标进行定向加工，这样能够提高工作效率且不易出错，减少了了机床的调试时间，降低操作者的工作强度。
在一个可选的实施例中，所述多轴机床为3+1轴机床，所述多轴机床为3+1轴机床，所述第一旋转轴与所述第一坐标轴重合。
在一个可选的实施例中，所述工件实时坐标在所述第一坐标轴上的坐标值x4由下式获得，
x4＝x；
所述工件实时坐标在所述第二坐标轴上的坐标值y4由下式获得，
y4＝ycosα-zsinα；
所述工件实时坐标在所述第三坐标轴上的坐标值z4由下式获得，
z4＝zcosα+ysinα。
在一个可选的实施例中，所述多轴机床为3+2轴机床，所述多轴机床还包括第二旋转轴；
所述第一坐标轴与所述第一旋转轴重合；
所述第三坐标轴绕所述第一旋转轴旋转所述第一旋转角α后获得二级第三坐标轴，所述第二旋转轴与所述二级第三坐标轴重合，工件绕第二旋转轴转动的旋转角为第二旋转角θ；
所述基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)和所述旋转角，计算得到工件实时坐标并构建换算关系，包括：基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)、所述第一旋转角α和所述第二旋转角θ，获得所述工件绕所述第二旋转轴旋转第二旋转角θ后的所述工件实时坐标。
在一个可选的实施例中，基于所述第一旋转角α通过以下公式获取所述二级第三旋转轴的单位轴向量：
Figure BDA0002196317350000031
其中，
Figure BDA0002196317350000041
为所述二级第三旋转轴的单位轴向量。
在一个可选的实施例中，基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)和所述第二旋转角θ，通过以下公式获得所述工件实时坐标在所述第二坐标轴上的坐标值x5，
x5＝xcosθ-ysinθ；
基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)、所述第一旋转角α和所述第二旋转角θ，通过以下公式获得所述工件实时坐标在所述第二坐标轴上的坐标值y5，
y5＝xcosαsinθ+ycosαcosθ-zsinα；
基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)、所述第一旋转角α和所述第二旋转角θ，通过以下公式获得所述工件实时坐标在所述第三坐标轴上的坐标值z5，
z5＝xsinαsinθ+ysinαcosθ+zcosα。
一种多轴机床工件坐标偏移校正装置，包括：
参数获取模块，用于获取工件的初始坐标G(x,y,z)和所述工件绕所述第一旋转轴转动的第一旋转角；
实时坐标计算模块，用于计算工件实时坐标并构建换算关系；
加工指令转换模块，用于获取基于工件的初始坐标的加工指令坐标，并基于所述加工指令坐标和换算关系计算基于所述工件的实时加工坐标。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
在一个可选的实施例中，所述计算机程序为宏程序。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
附图说明
图1为本发明一个实施例中多轴机床工件坐标偏移校正方法的流程图；
图2为本发明一个实施例中G点的位置变化示意图；
图3为本发明坐标系中的正向视角示意图；
图4为本发明一个实施例中工件的位置变化示意图；
图5为本发明一个实施例中多轴机床工件坐标偏移校正装置的结构示意图；
图6为本发明一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在详细说明根据本发明的实施例前，应该注意到的是，本发明的实施例主要在于与多轴机床工件坐标偏移校正方法、装置、计算机设备及存储介质相关的步骤和系统组件的组合。因此，所属系统组件和方法步骤已经在附图中通过常规符号在适当的位置表示出来了，并且只示出了与理解本发明的实施例有关的细节，以免因对于得益于本发明的本领域普通技术人员而言显而易见的那些细节模糊了本发明的公开内容。
在本文中，诸如左和右，上和下，前和后，第一和第二之类的关系术语仅仅用来区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不一定要求或暗示这种实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种多轴机床工件坐标偏移校正方法，多轴机床包括第一坐标轴X轴、第二坐标轴Y轴、第三坐标轴Z轴和第一旋转轴，该方法包括以下步骤：
步骤110：获取工件的初始坐标G(x,y,z)和工件绕第一旋转轴转动的第一旋转角α。
在多轴机床加工时，工件装在旋转工作台上，操作者需要先找正工件，然后将正数值输入到数控该系统过得坐标偏置寄存器中，这样就确定了一个初始的直角坐标系，并获取工件在初始直角坐标系中的坐标G(x,y,z),当多轴机床绕第一旋转轴转动工件后，获取工件绕第一旋转轴转动的第一旋转角。
步骤120：基于工件的初始坐标G(x,y,z)和第一旋转角α计算工件实时坐标并构建换算关系；
多轴机床令工件绕第一旋转轴转动过后，计算获得工件的实时坐标，并且将工件的运动轨迹构建换算关系。
步骤130：获取基于工件的初始坐标的加工指令坐标，并基于加工指令坐标和换算关系计算基于工件的实时加工坐标。
操作者输入的加工指令坐标是针对工件的初始坐标的，换算关系使得加工指令坐标跟随着工件的运动轨迹进行转换获得实时加工坐标，而实时加工坐标的数值是针对实时工件的。
在本实施例中，操作者在获取工件的初始坐标G(x,y,z)、和第一旋转角α后，能够获得工件实时坐标的换算关系，变量只有旋转角度。不管旋转中心在哪里，输入的加工指令坐标都是相对于工件的初始坐标G(x,y,z)的，当工件旋转后，加工指令坐标在换算关系的转换下转换成基于工件实时坐标的实时加工坐标，因此使得3+N轴机床利用实时加工坐标进行定向加工，这样能够提高工作效率且不易出错，减少了了机床的调试时间，降低操作者的工作强度。
在一个可选的实施例中，多轴机床为3+1轴机床，在3+1轴机床中，第一旋转轴与第一坐标轴重合。
由第一旋转轴与第一坐标轴X轴重合，因此在工件旋转的过程中，G点坐标x值不会变化，工件可视为在Y-Z平面中绕机床原点坐旋转运动。
如图2所示，P点为机床原点，P’点为移动过后的机床原点。G点为工件位于初始位置时在工件上取得一点，G点绕P’点逆时针转了第一旋转角α后为G’点。如图3所示，逆时针是指从机床坐标矢量(X,Y,Z)的正向看去的。
G’点的坐标(x4,y4,z4)可以通过三角函数计算得到，如下：
设P’G＝R,R为工件到机床原点的距离，
x4＝x (1)
y4＝Rcos(β+α)＝Rcosβcosα-Rsinβsinα (2)
z4＝Rsin(β+α)＝Rsinβcosα+Rcosβcosα (3)
因为y＝Rcosβ,z＝Rsinβ, (4)
将式(4)分别带入式(2)、式(3)得
y4＝ycosα-zsinα (5)
z4＝zcosα+ysinα (6)
操作者输入的加工指令坐标由宏程序利用上述公式获得实时加工坐标。
在另一个可选的实施例中，多轴床位3+2轴机床，如图4示，多轴机床还包括第二旋转轴；
第三坐标轴绕第一旋转轴旋转第一旋转角α后获得二级第三坐标轴，第二旋转轴与二级第三坐标轴重合，工件绕第二旋转轴转动的旋转角为第二旋转角θ；
工件原点G点绕旋转工作台旋转中心O点旋转任一角至G”可以分以下两步完成：
第一，G5点绕X轴逆时针旋转α角至G’点，原坐标系(X,Y,Z)绕X轴逆时针旋转α角至(X’,Y’,Z’)。α为基准加工平面和待加工特征表面在YZ平面上投影的夹角，为已知参数；
第二，G’点绕Z’轴逆时针旋转θ角至G”点。逆时针是指从机床坐标矢量(X,Y,Z)的正向看去的。
设G坐标为(x,y,z),G’坐标为(x’,y’,z’),G”坐标为(x5,y5,z5)
Z轴向量表示：
Figure BDA0002196317350000081
绕X轴逆时针旋转α角后：
Figure BDA0002196317350000082
式(7)单位化后，
Figure BDA0002196317350000083
其中，
Figure BDA0002196317350000084
为二级第三旋转轴的单位轴向量。
即X’＝0，Y’＝-sinα,Z’＝cosα (10)
G’(x’,y’,z’)绕
Figure BDA0002196317350000085
逆时针旋转θ角为G”(x5,y5,z5)：
x5＝(X’2(1-cosθ)+cosθ)*x’+(X’Y’(1-cosθ)-Z’sinθ)*y’+(X’Z’(1-cosθ)+Y’sinθ)*z’ (11)
y5＝(Y’X’(1-C)+Z’sinθ)*x’+(Y’2(1-cosθ)+cosθ)*y’+(Y’Z’(1-cosθ)-X’sinθ)*z’ (12)
z5＝(X’Z’(1-cosθ)-Y’sinθ)*x’+(Y’Z’(1-cosθ)+X’sinθ)*y’+(Z’2(1-cosθ)+cosθ)*z’ (13)
将式(7)、(10)分别带入式(11)、式(12)、式(13)，可得
x5＝xcosθ-ysinθ (14)
y5＝xcosαsinθ+ycosαcosθ-zsinα (15)
z5＝xsinαsinθ+ysinαcosθ+zcosα (16)
操作者输入的加工指令坐标由宏程序利用上述公式获得实时加工坐标。
本发明还提供一种多轴机床工件坐标偏移校正装置，如图5所示，参数获取模块510、实时坐标计算模块520和加工指令转换模块530。
参数获取模块510，用于获取工件的初始坐标G(x,y,z)和工件绕第一旋转轴转动的第一旋转角；
实时坐标计算模块520，用于计算工件实时坐标并构建换算关系；
加工指令转换模块530，用于获取基于工件的初始坐标的加工指令坐标，并基于加工指令坐标和换算关系计算基于工件的实时加工坐标。
通过参数获取模块510获得工件上一点的初始坐标值G(x,y,z)，并通过实时坐标计算模块520基于工件的初始坐标和旋转角度，构建换算关系，根据换算关系编写宏程序。继而通过加工指令转换模块530对输入的加工指令坐标进行加工，加工指令坐标是基于工件的初始坐标的指令。加工指令转换模块530将旋转后加工指令坐标换算得到实时加工坐标。
操作者在获取工件的初始坐标G(x,y,z)、第一旋转角α和第二旋转角θ后，能够获得工件实时坐标的换算关系，变量只有旋转角度。不管旋转中心在哪里，输入的加工指令坐标都是相对于工件的初始坐标G(x,y,z)的，当工件旋转后，加工指令坐标在宏程序的转换下随之旋转，得到实时加工坐标，因此使得3+N轴机床利用实时加工坐标进行定向加工，这样能够提高工作效率且不易出错，减少了了机床的调试时间，降低操作者的工作强度。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储工件的初始坐标(x,y,z)、第一旋转角α和第二旋转角θ等数据。该计算机程序被处理器执行时以实现一种多轴机床工件坐标偏移校正方法。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获得工件上一点的初始坐标值G(x,y,z)，基于工件的初始坐标和旋转角度，构建换算关系，对输入的加工指令坐标进行加工，加工指令坐标是基于工件的初始坐标的指令，将旋转后加工指令坐标换算得到实时加工坐标。
在一个实施例中，计算机程序可以为宏程序。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获得工件上一点的初始坐标值G(x,y,z)，基于工件的初始坐标和旋转角度，构建换算关系，对输入的加工指令坐标进行加工，加工指令坐标是基于工件的初始坐标的指令，将旋转后加工指令坐标换算得到实时加工坐标。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多轴机床工件坐标偏移校正的方法，所述多轴机床包括第一坐标轴、第二坐标轴、第三坐标轴和第一旋转轴，其特征在于，包括：
获取工件的初始坐标G(x,y,z)和所述工件绕所述第一旋转轴转动的第一旋转角α；
基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)和所述第一旋转角α计算工件实时坐标并构建换算关系；
获取基于工件的初始坐标的加工指令坐标，并基于所述加工指令坐标和换算关系获得基于所述工件的实时加工坐标。
2.根据权利要求1所述的多轴机床工件坐标偏移校正方法，其特征在于，所述多轴机床为3+1轴机床，所述第一旋转轴与所述第一坐标轴重合。
3.根据权利要求1所述的多轴机床工件坐标偏移校正方法，其特征在于，
所述工件实时坐标在所述第一坐标轴上的坐标值x4由下式获得，
x4＝x；
所述工件实时坐标在所述第二坐标轴上的坐标值y4由下式获得，
y4＝ycosα-zsinα；
所述工件实时坐标在所述第三坐标轴上的坐标值z4由下式获得，
z4＝zcosα+ysinα。
4.根据权利要求1所述的多轴机床工件坐标偏移校正方法，其特征在于，
所述多轴机床为3+2轴机床，所述多轴机床还包括第二旋转轴；
所述第一坐标轴与所述第一旋转轴重合；
所述第三坐标轴绕所述第一旋转轴旋转所述第一旋转角α后获得二级第三坐标轴，所述第二旋转轴与所述二级第三坐标轴重合，工件绕第二旋转轴转动的旋转角为第二旋转角θ；
所述基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)和所述旋转角，计算得到工件实时坐标并构建换算关系，包括：基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)、所述第一旋转角α和所述第二旋转角θ，获得所述工件绕所述第二旋转轴旋转第二旋转角θ后的所述工件实时坐标。
5.根据权利要求4所述的多轴机床工件坐标偏移校正方法，其特征在于，
基于所述第一旋转角α通过以下公式获取所述二级第三旋转轴的单位轴向量：
Figure FDA0002196317340000021
其中，
Figure FDA0002196317340000022
为所述二级第三旋转轴的单位轴向量。
6.根据权利要求4所述的多轴机床工件坐标偏移校正方法，其特征在于：
基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)和所述第二旋转角θ，通过以下公式获得所述工件实时坐标在所述第二坐标轴上的坐标值x5，
x5＝xcosθ-ysinθ；
基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)、所述第一旋转角α和所述第二旋转角θ，通过以下公式获得所述工件实时坐标在所述第二坐标轴上的坐标值y5，
y5＝xcosαsinθ+ycosαcosθ-zsinα；
基于所述工件的初始坐标G(x,y,z)、所述第一旋转角α和所述第二旋转角θ，通过以下公式获得所述工件实时坐标在所述第三坐标轴上的坐标值z5，
z5＝xsinαsinθ+ysinαcosθ+zcosα。
7.一种多轴机床工件坐标偏移校正装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取工件的初始坐标G(x,y,z)和所述工件绕所述第一旋转轴转动的第一旋转角；
实时坐标计算模块，用于计算工件实时坐标并构建换算关系；
加工指令转换模块，用于获取基于工件的初始坐标的加工指令坐标，并基于所述加工指令坐标和换算关系计算基于所述工件的实时加工坐标。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
9.根据权利要求8所述的计算机设备，其特征在于，所述计算机程序为宏程序。
10.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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