CN112705745A - 一种卧式加工中心b轴标定找正系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种卧式加工中心B轴标定找正系统及其工作方法，包括机床操作台和工作台，机床操作台上设置有B轴，B轴上设置有三爪卡盘，三爪卡盘一端安装有胎具，所述三爪卡盘另一端安装有零点定位系统子体，三爪卡盘底部安装有零点定位系统中的定位拉钉；所述工作台位于机床操作台一侧，工作台上设置有找正机构和控制按钮，找正机构上设置有零点定位系统的零点定位器，找正机构一侧设置有标定机构，找正机构和控制按钮均与控制器相连接，控制器分别与控制台和机床控制系统相连接。本发明通过高精度DD马达与PLC相结合，人工辅助机外完成找正，机床执行指令完成B值补偿，整套系统经济适用。

Description

一种卧式加工中心B轴标定找正系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及数控机床的技术领域，尤其涉及一种卧式加工中心B轴标定找正系统及其工作方法。

背景技术

利用智能制造技术，实现自动上、下料，提高现有设备产能和产品加工质量，同时降低工人劳动量，实现智能化生产在企业里应用越来越广泛。智能化改造后的生产中，人只需在预调台区域实现物料的装、卸和检测，无须在机床进行操作，极大的提高了生产效率。但是一些常见的阀体、管接头类零件通常要在四轴卧式加工中心B轴卡盘上夹持，铣平面。加工之前，需找正待加工平面的B值，使之与机床基准的XY面重合，而从保证加工精度。

目前找正代加工平面的B值是通过工人在机内装夹零件后，在刀柄装百分表，对需要加工平面打表，通过调整B轴坐标使与待加工面与机床XY平面重合，从而保证加工精度；这种找正方法存在以下缺陷：

1）、B值找正过程中，机床一直处于待机状态，无法进行有效加工。每找正一个零件平均花费2-3分钟，平均每30分钟加工一个零件，每天机床运行16小时计算，机床平均每天因为B轴找正所花费的时间约为80分钟，严重影响机床有效利用率提高；

2）、B轴找正数值人为因素影响较大，出现失误的风险较大，影响加工质量和产品的一致性；零件的装夹和找正往往花费工人很多时间和精力，简单、重复性劳动容易使人倦怠，导致生产效率低下；

目前行业内解决上述问题通常采用进口高精度的自动对刀探头机内测量和自动检测臂线外测量两种方法，但是这两种方法均存在设备采购价格昂贵，不能大规模推广使用的问题，例如进口高精度的自动对刀探头机内测量，均每台机床安装探头和后台程序约4万元，总体下来需要花费36万元；采用自动检测臂线外测量，每台自动检测臂价格40万，机床通讯价格4万元。自动检测臂需要编程示教，更换产品需花费一定的时间。

发明内容

针对上述背景技术中的的技术问题，本发明提出一种卧式加工中心B轴标定找正系统及其工作方法，在智能生产线完成自动上下料的基础上，用较少的成本，通过结构创新，方法创新，解决B值的找正问题，实现智能制造产线对原设备机加工艺的全覆盖。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种卧式加工中心B轴标定找正系统，包括机床操作台和工作台，机床操作台上设置有B轴，B轴上设置有三爪卡盘，三爪卡盘一端安装有胎具，所述三爪卡盘另一端安装有零点定位系统子体，三爪卡盘底部安装有零点定位系统中的定位拉钉；所述工作台位于机床操作台一侧，工作台上设置有找正机构和控制按钮，找正机构上设置有零点定位系统的零点定位器，找正机构一侧设置有标定机构，找正机构和控制按钮均与控制器相连接，控制器分别与控制台和机床控制系统相连接。

优选地，所述找正机构包括DD马达，DD马达安装在工作台上且DD马达上部安装有零点定位器，DD马达通过伺服驱动器与控制器相连接；所述标定机构包括导轨，导轨嵌入在工作台上且导轨位于DD马达一侧，导轨上滑动设置有滑块，滑块上固定有表架，表架上安装有千分表。

优选地，所述控制器包括PLC、智能单元控制系统和工业交换机，PLC通过伺服驱动器与DD马达相连接，PLC与控制台和操作台上的控制按钮相连接，PLC通过智能单元控制系统与工业交换机相连接，工业交换机与机床控制系统相连接。

一种卧式加工中心B轴标定找正系统的工作方法，包括以下步骤：

S1、B值机外找正：首先将工件装设在三爪卡盘和胎具上，在工件待加工面打千分表，随后按动控制按钮，PLC控制DD马达启动带动零点定位器和工件转动，将工件待加工面调节至相对导轨平行位置时，按动控制按钮控制DD马达停止转动，此时PLC根据输出脉冲量计算工件待加工面转动角度值作为标定值A；由于每台机床零件待加工面相对于机外上料点位置来确点定位系统和B轴自身产生误差的影响，需要多次测量确认每台机床的B轴补偿差值Δn，n为机床编号，最终得到对应机床B轴补偿值B，B=A+Δn，并将补偿值B输入到PLC中；

S2、B值补偿：机床操作台上旋转电机转动到上料位置，PLC将待加工面转动补偿值B传输至机床控制系统，待机床内上料完成后，机床控制系统控制机床执行PLC传输的转动补偿值B指令，待加工面转动到与机床XY面基准平行位置，开始加工。

优选地，所述步骤S2中B值自动补偿的工作方法，包括以下步骤：

A1、控制台上显示工件当前角度值和工件传递角度值，工件当前角度值表示工件当前基于零点偏置的角度值，工件传递角度值表示当前工件对应安装的加工机床B轴补偿差值Δn，通过步骤S1中补偿值B找正方法在工件当前角度值基础上结合对应机床B轴补偿差值，使得工件当前角度值最终显示的角度值为补偿值B，当前工件绑定的补偿值B值信息存入数据库；

A2、工作人员操作机床发送请求加工信号，机床控制系统将步骤A1中当前工件的补偿值B自动绑定到放入的库位，当前库位绑定的补偿值B信息存入数据库，当前工件对应放入的库位与补偿值B信息关联绑定存入服务器；

A3、当机床请求上料时，服务器将补偿值B发送给机床控制系统，机器人将工件抓取到上料台后，机床控制系统自动将补偿值B传递给机床实现对应工件存入对应库位的自动B值补偿，机床开始加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明利用机床B轴和工作台上分别安装有零点定位器，通过零点定位器和三爪卡盘上有零点定位子体配合组成零点定位系统，零点定位系统的多对多定位精度为0.005mm，在机外检测和机内装夹时依靠零点定位系统的高精度保证零件毛坯的上料精度，实现了测量基准从机床外部到机床内部的转移，有利于提高生产线的加工精度和机床的有效利用率；

2、本发明通过在工作台上嵌有燕尾型导轨和DD马达作为角度调节单元，导轨上装有滑块，滑块上固定有千分表和表架。将导轨的运动方向作为基准，把每个待加工面调整到与导轨方向平行位置，便于通过PLC控制DD马达调节待加工面的角度，PLC根据输出脉冲量计算转动角度，进而实现了B值机外找正。

3、本发明通过将当前工件编号与当前工件补偿值B关联，并且将当前工件对应放入的库位编号，将对应工件、库位和对应的工件补偿值B信息关联存入服务器，在机床请求上料时，服务器向控制系统导入关联信息，自动将补偿值B传递给机床，实现了机床内补偿值B自动补偿，整套系统经济适用，造成成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中工作台的结构示意图。

图2为本发明中夹具和工装的安装示意图。

图3为本发明的工作流程图。

图4为本发明中人机操作界面示意图。

图中，1为零点定位系统子体，2为三爪卡盘，3为胎具，4为工件，5为控制按钮，6为DD马达，7为零点定位器，8为千分表，9为导轨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：如图1~2所示，一种卧式加工中心B轴标定找正系统，包括机床操作台和工作台，机床操作台上设置有B轴，B轴上设置有三爪卡盘2，三爪卡盘2一端安装有胎具3，所述三爪卡盘2另一端安装有零点定位系统子体1，三爪卡盘底部安装有零点定位系统中的定位拉钉，工作台上的零点定位器7和机床B轴上定位器结合，形成精密定位，三爪卡盘与胎具起到夹紧和保护零件表面的作用；所述工作台位于机床操作台一侧，工作台上设置有找正机构和控制按钮5，找正机构上设置有零点定位系统的零点定位器7，找正机构一侧设置有标定机构且找正机构和控制按钮均与控制器相连接，控制器分别与控制台和机床控制系统相连接，控制台硬件采用西门子TP1200触摸屏，软件基于西门子WINCC的构架制作，B轴补偿操作系统嵌入到预装台操作系统中，控制器与机床控制系统之间的通讯由RJ45接口实现。

所述找正机构包括DD马达6，DD马达安装在工作台上且DD马达上部安装有零点定位器，DD马达通过伺服驱动器与控制器相连接；所述标定机构包括导轨9，导轨嵌入在工作台上且导轨位于DD马达一侧，导轨上滑动设置有滑块，滑块上固定有表架，表架上安装有千分表8，千分表为杠杆千分表，表架末端有微角度调整结构，依靠角度调整结构将表针按压在待加工面，实现调节功能，工人在工作台上装料后，待加工面是任意位置，此时DD马达控制程序中有一个固定的上料点，此时工人在待加工平面拉千分表，通过DD马达控制按钮调节电机正反转，将待加工面调整到与千分表导轨基准重合位置。

所述控制器包括PLC、智能单元控制系统和工业交换机，PLC通过伺服驱动器与DD马达相连接，PLC通过profinet协议与控制台和操作台上的控制按钮实现通讯，PLC通过S7协议与智能单元控制系统实现通讯，实际生产中通过MDC后台传递软件，MDC通过profinet网络与西门子PLC-1200进行连接，MDC通过S7协议，实时监控测量角度数据及角度信号，MDC通过以太网连接数控机床，通过协议FOCAS2协议对宏变量进行读写，智能单元控制系统与工业交换机相连接，工业交换机通过FOCAS2协议与机床控制系统实现通讯，在操作台工件装夹完成后用千分表和DD马达进行B值找正，B值为卧式加工中心B轴补偿值，找正完成后在控制台进行入库操作，B值与工件自动绑定，当机床进行上料请求时，控制系统将B值传输给机床，机床开始加工。

实施例2：如图3所示，一种卧式加工中心B轴标定找正系统的工作方法，包括以下步骤：

S1、B值（B值为卧式加工中心B轴补偿值）机外找正：卧式加工中心B轴找正关键问题是确定零件待加工面与夹具（或夹具和胎具）在B轴的位置关系，哈挺卧式加工中心实现智能制造以后，对零件装夹和上料的工装通常为三爪卡盘，定位依靠零点定位系统；对于每台机床，在机床外上料前桁架抓取三爪卡盘的位置和方向与上料时将其放置在机床B轴零点定位工装的方向为定值；因此，零件待加工面相对于B轴的位置可以通过在机床外标定；

首先将工件装设在三爪卡盘和胎具上，在工件待加工面打千分表，随后按动控制按钮，PLC控制DD马达启动带动零点定位器和工件转动，将工件待加工面调节至相对导轨平行位置时，按动控制按钮控制DD马达停止转动，此时PLC根据输出脉冲量计算工件待加工面转动角度值作为标定值A；由于每台机床零件待加工面相对于机外上料点位置来确点定位系统和B轴自身产生误差的影响，需要多次测量确认每台机床的B轴补偿差值Δn，n为机床编号，最终得到对应机床B轴补偿值B，B=A+Δn，并将补偿值B输入到PLC中，至此完成B值多次找正，大大提高B值找正的精确度。

S2、B值补偿：机床操作台上旋转电机转动到上料位置，PLC将待加工面转动补偿值B传输至机床控制系统，待机床内上料完成后，机床控制系统控制机床执行PLC传输的转动补偿值B指令，B值计算和传输均为自动控制，无需人工干预，待加工面转动到与机床XY面基准平行位置，开始加工。

所述步骤S2中B值自动补偿的工作方法，包括以下步骤：

A1、控制台上显示工件当前角度值和工件传递角度值，工件当前角度值表示工件当前基于零点偏置的角度值，工件传递角度值表示当前工件对应安装的加工机床B轴补偿差值Δn，通过步骤S1中补偿值B找正方法在工件当前角度值基础上结合对应机床B轴补偿差值，使得工件当前角度值最终显示的角度值为补偿值B，如图4所示，当前角度值表示当前DD马达反馈的实时位置角度值，传递角度值表示工人找正完成需要传递给系统的对应机床B轴补偿角度值；当工人找正完成后，点击绑定按钮，系统自动将需要传递的角度值绑定到当前工件中；

A2、工作人员操作机床发送请求加工信号，机床控制系统将步骤A1中当前工件的补偿值B自动绑定到放入的库位，对当前库位进行编号，当前库位绑定的补偿值B信息存入数据库，当前工件对应放入的库位与补偿值B信息关联绑定存入服务器；

A3、当机床请求上料时，服务器将补偿值B发送给机床的宏变量，机器人将工件抓取到上料台后，机床调用宏变量自动将补偿值B传递给机床实现对应工件存入对应库位的自动B值补偿，机床开始加工，将当前工件编号与当前工件补偿值B关联，并且将当前工件对应放入的库位编号，将对应工件、库位和对应的工件补偿值B信息关联存入服务器，在机床请求上料时，服务器向控制系统导入关联信息，自动将补偿值B传递给机床，实现了机床内补偿值B自动补偿，整套系统经济适用，造成成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种卧式加工中心B轴标定找正系统，包括机床操作台和工作台，机床操作台上设置有B轴，B轴上设置有三爪卡盘（2），三爪卡盘（2）一端安装有胎具（3），其特征在于，所述三爪卡盘（2）另一端安装有零点定位系统子体（1），三爪卡盘（2）底部安装有零点定位系统中的定位拉钉；所述工作台位于机床操作台一侧，工作台上设置有找正机构和控制按钮（5），找正机构上设置有零点定位系统的零点定位器（7），找正机构一侧设置有标定机构，找正机构和控制按钮（5）均与控制器相连接，控制器分别与控制台和机床控制系统相连接。

2.根据权利要求1所述的卧式加工中心B轴标定找正系统，其特征在于，所述找正机构包括DD马达（6），DD马达（6）安装在工作台上且DD马达（6）上部安装有零点定位器（7），DD马达（6）通过伺服驱动器与控制器相连接；所述标定机构包括导轨（9），导轨（9）嵌入在工作台上且导轨（9）位于DD马达（6）一侧，导轨（9）上滑动设置有滑块，滑块上固定有表架，表架上安装有千分表（8）。

3.根据权利要求2所述的卧式加工中心B轴标定找正系统，其特征在于，所述控制器包括PLC、智能单元控制系统和工业交换机，PLC通过伺服驱动器与DD马达（6）相连接，PLC与控制台和操作台上的控制按钮（5）相连接，PLC通过智能单元控制系统与工业交换机相连接，工业交换机与机床控制系统相连接。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的卧式加工中心B轴标定找正系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、B值机外找正：首先将工件（4）装设在三爪卡盘（2）和胎具（3）上，在工件（4）待加工面打千分表（8），随后按动控制按钮（5），PLC控制DD马达（6）启动带动零点定位器（7）和工件（4）转动，将工件（4）待加工面调节至相对导轨（9）平行位置时，按动控制按钮（5）控制DD马达（6）停止转动，此时PLC根据输出脉冲量计算工件待加工面转动角度值作为标定值A；由于每台机床零件待加工面相对于机外上料点位置来确点定位系统和B轴自身产生误差的影响，需要多次测量确认每台机床的B轴补偿差值Δn，n为机床编号，最终得到对应机床B轴补偿值B，B=A+Δn，并将补偿值B输入到PLC中；

S2、B值补偿：机床操作台上旋转电机转动到上料位置，PLC将待加工面转动补偿值B传输至机床控制系统，待机床内上料完成后，机床控制系统控制机床执行PLC传输的转动补偿值B指令，待加工面转动到与机床XY面基准平行位置，开始加工。

5.根据权利要求4所述的卧式加工中心B轴标定找正系统的工作方法，其特征在于，所述步骤S2中B值自动补偿的工作方法，包括以下步骤：

A1、控制台上显示工件当前角度值和工件传递角度值，工件当前角度值表示工件当前基于零点偏置的角度值，工件传递角度值表示当前工件对应安装的加工机床B轴补偿差值Δn，通过步骤S1中补偿值B找正方法在工件当前角度值基础上结合对应机床B轴补偿差值，使得工件当前角度值最终显示的角度值为补偿值B，当前工件绑定的补偿值B值信息存入数据库；

A2、工作人员操作机床发送请求加工信号，机床控制系统将步骤A1中当前工件的补偿值B自动绑定到放入的库位，当前库位绑定的补偿值B信息存入数据库，当前工件对应放入的库位与补偿值B信息关联绑定存入服务器；

A3、当机床请求上料时，服务器将补偿值B信息发送给机床控制系统，机器人将工件抓取到上料台后，机床控制系统自动将补偿值B传递给机床实现对应工件存入对应库位的自动B值补偿，机床开始加工。

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