CN112857214B

CN112857214B - 数控机床空间型面的测量方法

Info

Publication number: CN112857214B
Application number: CN202011628089.8A
Authority: CN
Inventors: 葛应龙; 胡炜; 王帅军; 金鑫; 陈峻
Original assignee: AVIC Aerospace Life Support Industries Ltd
Current assignee: AVIC Aerospace Life Support Industries Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: CN112857214A

Abstract

本发明公开了一种数控机床空间型面的测量方法，包括以下步骤：1)校准测量所使用的红外线探头，使探头的中心与机床主轴中心保持一致；2)将零件固定放置在机床上，完成零件的底面定位和夹紧；3)取待测量零件的平面中心为基准点确定数控机床的坐标系；4)使用校准好的探头探测零件的复合斜面，取零件复合斜面上三点；5)通过测量零件复合斜面三点，从而确定工件找正时C轴的补偿值；6)根据C轴的补偿值运行机床C轴，使该交线和机床X轴重合，则零件倾斜面的最高点和X轴重合，完成坐标系中C轴值补偿，确定零件C轴坐标。本发明方法通过测量零件复合斜面三点，测量出平面与机床坐标系C轴的位置关系，从而确定工件找正时C轴的补偿值。

Description

数控机床空间型面的测量方法

技术领域

本发明涉及数控加工及测量技术，尤其涉及一种数控机床空间型面的测量方法。

背景技术

目前，国际上多轴数控加工中心包含找正、测量模块。自带的循环(如；海德汉系统431测量模块)测量平面功能，通过测量平面与坐标系A、B两旋转轴的角度，使被探测平面和主轴垂直。但无法找出该测量面与C轴的位置关系。无法借助其它特征确定零件C轴坐标值时，该功能无法实现实际需求。在日常应用中，有很大的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种数控机床空间型面的测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种数控机床空间型面的测量方法，包括以下步骤：

1)校准测量所使用的红外线探头，使探头的中心与机床主轴中心保持一致；

2)零件固定放置在机床上，完成零件的底面定位和夹紧；

3)取待测量零件的平面中心为基准点确定数控机床的坐标系，包括X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴、C轴，使待测量零件的复合斜面最高点处与X轴正方向重合；

4)使用校准好的探头探测零件的复合斜面，取零件复合斜面上三点，记录这三个点的X、Y、Z坐标。这三点分别为A(XA,YA.CA)、B(XB,YB,CB)、C(XC,YC,ZC)；

5)通过测量零件复合斜面三点，测量出平面与机床坐标系C轴的位置关系，从而确定工件找正时C轴的补偿值；

6)根据C轴的补偿值运行机床C轴，使该交线和机床X轴重合，则零件倾斜面的最高点和X轴重合，完成坐标系中C轴值补偿，确定零件C轴坐标，然后找正零件X、Y坐标，确定该零件坐标。

按上述方案，所述步骤5)中确定工件找正时C轴的补偿值是通过在机床中编写程序，使机床自动进行探测、采点、运算后获取C轴的补偿值，具体如下：

5.1)通过机床自带探头，采集零件倾斜面上三点，保存三点空间坐标值，并将三点坐标值发送给机床；

5.2)通过采集的三点空间坐标值，获取零件倾斜面的平面法向量；

5.3)根据倾斜面法向量，计算倾斜面与平面xoy的交线，该交线的最高点为倾斜面相对于XOY平面的最高点，通过倾斜面法向量与平面XOY的平面方程式求出两平面交线与平面坐标系X轴的夹角，记该角度为α；

5.4)以交线与平面坐标系的夹角α作为坐标系C轴补偿值。

按上述方案，所述步骤5.1)中采集零件上的三点为间距最大的三点。

本发明产生的有益效果是：

本发明运用空间向量运算结合数控宏程序编程，通过测量零件复合斜面三点，测量出平面与机床坐标系C轴的位置关系，从而确定工件找正时C轴的补偿值，完成坐标确定。本发明通过开发拓展机床测量、找正功能，解决空间复合斜面的测量找正需求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的复合斜面零件示意图

图3是本发明实施例的机床加工坐标系确定示意图；

图4是本发明实施例的确定零件坐标示意图。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种数控机床空间型面的测量方法，包括以下步骤：

2)零件固定放置在机床上，完成零件的底面定位和夹紧；

4)使用校准好的探头探测零件的复合斜面，取零件复合斜面上三点(间距和尽量大)，记录这三个点的X、Y、Z坐标。这三点分别为A(XA,YA.CA)、B(XB,YB,CB)、C(XC,YC,ZC)；

步骤5)中确定工件找正时C轴的补偿值是通过在机床中编写程序，使机床自动进行探测、采点、运算后获取C轴的补偿值，具体如下：

5.3)根据倾斜面法向量，计算倾斜面与平面xoy的交线，则倾斜面相对于XOY平面的最高点在该交线上，通过倾斜面法向量与平面XOY的平面方程式求出两平面交线与平面坐标系X轴的夹角，记该角度为α；

5.4)以交线与平面坐标系的夹角α作为坐标系C轴补偿值。

如图2所示，该零件复合斜面与底座中心圆柱有位置要求，该尺寸无法在机床上通过检具检测。只能通过三坐标测量仪进行相关尺寸检测。当零件形位公差超差时，重复装夹很难重新确定零件坐标系，无法对零件进行加工。机床自带测量功能过于单一，需要计算确定零件空间位置。在发生类似情况时，可使用本发明计算方法完成坐标确定。

步骤1、校准测量所使用的红外线测头，由于该功能需要扑捉复合斜面上的点位，需要探头的中心与机床主轴中心保持一致，测头与机床主轴中心的偏差会对找正结果有影响。

步骤2、确定宏程序坐标系计算基准点及方向。五轴及以上多轴数控机床中，编程需定义五个坐标系(或多个坐标系)，即X轴、Y轴、Z轴、A轴(或B)、C轴。C轴为回转轴，360度连续转动，可以通过改变坐标系中C轴坐标值确定当前位置为C轴零点。本发明利用该特性，使复合斜面最高点处与X轴正方向重合，以此特定点确定C轴坐标。通过在坐标系中补正C轴数值，把复合斜面转化成单一角度斜面，方便后续加工。如图3所示，该产品斜面最高点与两耳片中心连线的角度为56.32度。该角度可由计算机作图或者立体几何计算求得。为方便后续找正，首先设置该点与X轴正方向重合，X、Y坐标零点为大圆圆心,Z轴零点为图中大圆上表面。编程加工的机床坐标系确定。

步骤3、零件放置在机床上的任意位置，注意零件的底面定位和夹紧。使用校准好的探头探测零件的复合斜面，取零件上任意三点(间距尽量大)。记录这三个点的X、Y、Z坐标。

步骤4、在机床里编辑下列程序段(海德汉530系统为例)

0 BEGIN PGM 1 MM

1 BLK FORM 0.1 Z X-50 Y-50 Z-30

2 BLK FORM 0.2 X+50 Y+50 Z+0

0 BEGIN PGM HHH MM

1 BLK FORM 0.1 Z X+0 Y+0 Z+0

2 BLK FORM 0.2 X+0 Y+0 Z+0

3 CYCL DEF 247 DATUM SETTING～

Q339＝+1；DATUM NUMBER

4 TOOL CALL 60 Z S10

5 L B+0 C+0 FMAX

6 L X+0 Y+31 FMAX

7 TCH PROBE 417 DATUM IN TS AXIS～

Q263＝+0；1ST POINT 1ST AXIS～

Q264＝+31；1ST POINT 2ND AXIS～

Q294＝+10；1ST POINT 3RD AXIS～

Q320＝+0；SET-UP CLEARANCE～

Q260＝+100；CLEARANCE HEIGHT～

Q305＝+7；NUMBER IN TABLE～

Q333＝+0；PRESET～

Q303＝+1；MEAS.VALUE TRANSFER

8 L X+26.847 Y-15.5 FMAX

9 TCH PROBE 417 DATUM IN TS AXIS～

Q263＝+26.847；1ST POINT 1ST AXIS～

Q264＝-15.5；1ST POINT 2ND AXIS～

Q294＝+10；1ST POINT 3RD AXIS～

Q320＝+0；SET-UP CLEARANCE～

Q260＝+100；CLEARANCE HEIGHT～

Q305＝+8；NUMBER IN TABLE～

Q333＝+0；PRESET～

Q303＝+1；MEAS.VALUE TRANSFER

10 L X-26.847 Y-15.5 FMAX

11 TCH PROBE 417 DATUM IN TS AXIS～

Q263＝-26.847；1ST POINT 1ST AXIS～

Q264＝-15.5；1ST POINT 2ND AXIS～

Q294＝+10；1ST POINT 3RD AXIS～

Q320＝+0；SET-UP CLEARANCE～

Q260＝+100；CLEARANCE HEIGHT～

Q305＝+9；NUMBER IN TABLE～

Q333＝+0；PRESET～

Q303＝+1；MEAS.VALUE TRANSFER

12 M140 MB MAX

*

14END PGM HHH MM

Q61＝0

Q62＝0

Q63＝1

Q1＝XA(第一点X坐标)

Q2＝YA(第一点Y坐标)

Q3＝ZA(第一点Z坐标)

Q11＝XB(第二点X坐标)

Q12＝YB(第二点Y坐标)

Q13＝ZB(第三点Z坐标)

Q21＝XC(第三点X坐标)

Q22＝YC(第三点Y坐标)

Q23＝ZC(第三点Z坐标)

Q31＝Q11-Q1(Q31-Q33，Q41-Q43为3点组成的两个向量的X，Y，Z)

Q32＝Q12-Q2

Q33＝Q13-Q3

Q41＝Q21-Q1

Q42＝Q22-Q2

Q43＝Q23-Q3

Q51＝Q32*Q43-Q42*Q33(Q51,Q52,Q53为三点形成的平面的法向量)

Q52＝Q33*Q41-Q31*Q43

Q53＝Q31*Q42-Q41*Q32

Q71＝Q52*Q63-Q62*Q53

Q72＝Q53*Q61-Q51*Q63

Q81＝ATAN(-Q71/Q72)(通过三点形成的法向量与平面XOY的平面方程式可求出两平面交线与X轴夹角)

L C+Q81FMAX(通过运行机床C轴，使零件最高点和X轴重合)

M30

步骤5、运行编辑好的程序，此时将夹角α输入机床坐标系C轴补偿值或通过运行机床C轴，使该交线和机床X轴重合，用这种方法与机床建立联系。此时倾斜面的最高点已经在机床X轴上。

程序结束后，零件倾斜面的最高点和X轴重合。对坐标系中C轴值进行补偿，确定零件C轴坐标。然后找正零件X、Y坐标就可以确定该零件坐标了。

步骤6、空间平面使用该找正方法的质量控制

运用该找正方法进行大批量加工生产时，可以在机床工作台面上加工检测样件进行检测，该检测样件复合角度应和零件复合角度相同。通过运行程序观察实际旋转角度和理论角度的偏差，结合加工产品的精度，判断零件加工过程质量是否稳定。

在单件生产时，运行程序确定旋转角度后，可以通过转动第四轴(A轴)，第四轴的数值为零件理论角度，然后使用探头或者百分表测量复合斜面上表面的平面度，检测零件平面度是否满足产品精度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种数控机床空间型面的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)将零件固定放置在机床上，完成零件的底面定位和夹紧；

4)使用校准好的探头探测零件的复合斜面，取零件复合斜面上三点，记录这三个点的X、Y、Z坐标；

所述步骤5)中确定工件找正时C轴的补偿值是通过在机床中编写程序，使机床自动进行探测、采点、运算后获取C轴的补偿值，具体如下：

5.4)以交线与平面坐标系的夹角α作为坐标系C轴补偿值；

2.根据权利要求1所述的数控机床空间型面的测量方法，其特征在于，所述步骤5.1)中采集零件上的三点为间距最大的三点。