CN114750042B - 一种测量磨削多工位装置的对刀方法 - Google Patents

一种测量磨削多工位装置的对刀方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量磨削多工位装置的对刀方法，所述装置包括床身、接触式对刀仪、Z向移动模组、X向移动模组、Y向移动模组、磨杆、测杆、测杆夹持座和磨杆夹持座。由于本发明采用测量磨削一体化的加工方式，使具有复杂曲面的非回转类工件在精密加工时，免去了人工找正的过程，实现快速定位，同时测量加工一体化系统的高集成特性能够满足工件具有高性能、高精度的需求。由于本发明采用的测量磨削对刀方式，分别利用测头和磨头的几何尺寸的关系，配合高精度开关，可以快速精确的得到传感器测头和磨头的对刀点在机床中的坐标值，实现了测量磨削一体化加工方式的精密对刀。

Description

一种测量磨削多工位装置的对刀方法
技术领域
本发明涉及一种测量磨削多工位装置，特别是一种测量磨削多工位装置的对刀方法。
背景技术
天线罩是制导系统中集气动、结构和电气性能于一体的关键零部件，其透波率与几何精度会直接影响制导系统的作用距离和稳定性。为保证制导系统的天线罩具有高可靠、高质量的使用性能，防止天线罩在使用过程中出现制导精度不够等故障，对天线罩的电厚度和几何精度提出了较高的要求。
回转类天线罩由于几何形状规则，便于找正，一般采用在天线罩IPD测量仪上进行电性能综合测量，之后在天线罩磨床上进行性能修正。但随着国防科技的发展与进步，为满足更灵活的飞行性能、减少脱靶率，天线罩的形状也逐步变的复杂多样。非回转体天线罩的内外廓面通常是复杂的三维自由曲面，内部具有台阶面和过度圆弧，缺少便于定位的表面，使得非回转体天线罩的装夹与找正变的十分困难。同时为满足制导精度，非回转体的加工精度要求较高，在粗加工后还需要高精度的逐点磨削，磨削时在厚度方向精度需控制在±0.07mm，在长度方向需控制在±0.2mm。复杂的形状与较高的加工精度要求使非回转体天线罩的磨削加工变得十分困难。
当前该类零件的精密磨削加工主要采用人工找正与对刀，一个零件的磨削需要多次找正装夹，步骤繁琐且劳动强度大，工人的装夹经验和熟练程度对天线罩的精度影响很大。由于不成熟的装夹定位方式，使得非回转体天线罩在磨削工序中不仅对刀精度低且效率低下，产品的质量也不稳定，废品率较高。
针对上述存在的问题，需要寻找一种适用于非回转体天线罩精密磨削的装夹与对刀的装置及方法。
目前针对具有高几何精度、高物理性能的复杂曲面零件，为保证工件的制造精度，减少尺寸误差和变形、满足精密工件的几何和性能要求，需要对工件表面进行高精度的测量与磨削。测量加工一体化系统的高集成特性，使得在加工一些具有苛刻加工要求的复杂曲面加工不需要找正，更加省时省力。测量时所需的传感器通常具有不规则的几何形状，通过简单直接的对刀方法难以获取对刀点的精确坐标位置。为满足测量加工的一体化系统，需将测量工具与磨削工具的对刀点位置在机床坐标系中明确。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种对刀精度高、对刀效率高、操作简单和劳动强度小的测量磨削多工位装置的对刀方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种测量磨削多工位装置的对刀方法，所述装置包括床身、接触式对刀仪、Z向移动模组、X向移动模组、Y向移动模组、磨杆、测杆、测杆夹持座和磨杆夹持座；所述床身的结构为T型结构，所述Z向移动模组安装在床身的左侧、X向移动模组安装在床身的右侧；所述Y向移动模组安装在X向移动模组上，所述磨杆和测杆分别通过测杆夹持座和磨杆夹持座安装在Y向移动模组上；所述测杆夹持座安装在Y向移动模组的后侧，所述磨杆夹持座安装在Y向移动模组的前侧；
所述测杆包括碳纤维支撑杆、测头座和非接触式位移传感器；所述碳纤维支撑杆安装在测杆夹持座上，所述测头座安装在碳纤维支撑杆的另一侧，所述非接触式位移传感器安装于测头座的凹槽里；所述非接触式位移传感器的量程为10±0.7mm；
所述磨杆包括电动轴和磨削头；所述磨削头安装在电动轴的左端，电动轴的右端固定在磨杆夹持座上；所述磨削头的端部为标准半球体，其半径r0＝15mm；
所述接触式对刀仪安装在Z向移动模组上；所述接触式对刀仪包括对刀仪底座、位置检测模块和高精度开关；所述对刀仪底座固定在Z向移动模组上，位置检测模块安装在对刀仪底座上，高精度开关安装在对刀仪底座上并向前伸出一段距离。
所述对刀方法，包括以下步骤：
A、测杆对刀
A1、将Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组进行复位处理；设机床坐标系原点为磨杆与磨杆夹持座相交的圆形截面的中心位置；坐标系的Z轴平行于Z向移动模组的运动方向，其中远离对刀仪的方向为Z轴的正方向；坐标系的Y轴平行于Y向移动模组的运动方向；坐标系的X轴平行于X向移动模组的运动方向；X、Y、Z轴组成了机床的直角坐标系，X、Y、Z轴的正方向遵循右手笛卡尔坐标系的规则；其中Z向移动模组为带动对刀仪左右移动的进给轴，X向移动模组为带动测杆和磨杆前后移动的进给轴，Y向移动模组为带动测杆和磨杆上下移动的进给轴；
A2、测量测头座下底面距离非接触式位移传感器的光学镜头的距离，记为y1；
A3、执行Z轴对刀程序，移动Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组，使高精度开关与测头座的前端相接触，当位置检测模块检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X1,Y1,Z1；移动Y向移动模组，使非接触式位移传感器升至接触式对刀仪上方；移动Z向移动模组，使非接触式位移传感器向接触式对刀仪方向移动，当非接触式位移传感器检测到高精度开关时，记录此时机床光栅坐标值X2,Y2,Z2；
A4、根据步骤A3中得到的机床坐标系中的Y方向和Z方向的坐标值Y1,Z1和Y2,Z2，计算得到非接触式位移传感器的光斑与测头座端点的相互位置关系：
ΔZ＝Z2-Z1
A5、执行X轴测头对刀程序，移动Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组，使高精度开关与测头座的内侧相接触，当位置检测模块检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X3,Y3,Z3；使高精度开关分别与测头座的外侧相接触，当位置检测模块检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X4,Y4,Z4，同时记录此时X轴移动的距离Δx，计算得到非接触式位移传感器的光斑在X向的机床坐标：
X5＝X1+[Δx-(X3-X4)]/2＝(X1+X2+Δx)/2
A6、执行Z轴测头对刀程序，移动Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组，使测头座的端点与高精度开关相接触，当位置检测模块检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X6,Y6,Z6，计算得到非接触式位移传感器的光斑在Z向的机床坐标：
Z7＝Z6+ΔZ
A7、执行Y轴测头对刀程序，移动Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组，使测头座的下端面与高精度开关相接触，当位置检测模块检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X8,Y8,Z8，计算得到非接触式位移传感器的光斑在Y向的机床坐标：
Y9＝Y8+y1+L0
A8、移动Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组进行机床复位。
B、磨杆对刀
B1、执行Z轴磨削头对刀程序，移动Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组，使高精度开关与磨削头的Z向端部相接触，当位置检测模块检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X10,Y10,Z10；计算得到磨削头在Z向的中心位置的机床坐标：
Z0＝Z10+r0
B2、执行X轴磨削头对刀程序，移动Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组，使高精度开关与磨削头的侧面相接触，当位置检测模块检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X11,Y11,Z11；计算得到磨削头在X向的中心位置的机床坐标：
X0＝X11+r0
B3、执行Y轴磨削头对刀程序，移动Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组，使高精度开关与磨削头的侧面相接触，当位置检测模块检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X12,Y12,Z12；计算得到磨削头在Y向的中心位置的机床坐标：
Y0＝Y12+r0
B4、移动Z向移动模组、X向移动模组和Y向移动模组进行机床复位。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明采用测量磨削一体化的加工方式，使具有复杂曲面的非回转类工件在精密加工时，免去了人工找正的过程，实现快速定位，同时测量加工一体化系统的高集成特性能够满足工件具有高性能、高精度的需求；
2、由于本发明采用的测量磨削对刀方式，分别利用测头和磨头的几何尺寸的关系，配合高精度开关，可以快速精确的得到传感器测头和磨头的对刀点在机床中的坐标值，实现了测量磨削一体化加工方式的精密对刀。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的步骤A3测头Z向对刀过程一示意图。
图3是本发明的步骤A3测头Z向对刀过程二示意图。
图4是本发明的步骤A3测头Z向对刀过程三示意图。
图5是本发明的步骤A5测头X向对刀过程一示意图。
图6是本发明的步骤A5测头X向对刀过程二示意图。
图7是本发明的步骤A6测头Z向对刀过程示意图。
图8是本发明的步骤A7测头Y向对刀过程示意图。
图9是本发明的步骤B1磨杆Z向对刀过程示意图。
图10是本发明的步骤B2磨杆X向对刀过程示意图。
图11是本发明的步骤B3磨杆Y向对刀过程示意图。
图12是本发明的方法流程图。
图中：1、床身，2、Z向移动模组，3、接触式对刀仪，4、测头座，5、磨削头，6、测杆，7、X向移动模组，8、测杆夹持座，9、磨杆，10、电动轴，11、Y向移动模组，12、磨杆夹持座，13、对刀仪底座，14、位置检测模块，15、高精度开关，16、非接触式位移传感器，17、碳纤维支撑杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-12所示，一种测量磨削多工位装置的对刀方法，所述装置包括床身1、接触式对刀仪3、Z向移动模组2、X向移动模组7、Y向移动模组11、磨杆9、测杆6、测杆夹持座8和磨杆夹持座12；所述床身1的结构为T型结构，所述Z向移动模组2安装在床身1的左侧、X向移动模组7安装在床身1的右侧；所述Y向移动模组11安装在X向移动模组7上，所述磨杆9和测杆6分别通过测杆夹持座8和磨杆夹持座12安装在Y向移动模组11上；所述测杆夹持座8安装在Y向移动模组11的后侧，所述磨杆夹持座12安装在Y向移动模组11的前侧；
所述测杆6包括碳纤维支撑杆17、测头座4和非接触式位移传感器16；所述碳纤维支撑杆17安装在夹持座8上，所述测头座4安装在碳纤维支撑杆17的另一侧，所述非接触式位移传感器16安装于测头座4的凹槽里；所述非接触式位移传感器16的量程为10±0.7mm；
所述磨杆9包括电动轴10和磨削头5；所述磨削头5安装在电动轴10的左端，电动轴10的右端固定在磨杆夹持座12上；所述磨削头5的端部为标准半球体，其半径r0＝15mm；
所述接触式对刀仪3安装在Z向移动模组2上；所述接触式对刀仪3包括对刀仪底座13、位置检测模块14和高精度开关15；所述对刀仪底座13固定在Z向移动模组2上，位置检测模块14安装在对刀仪底座13上，高精度开关15安装在对刀仪底座13上并向前伸出一段距离。
所述对刀方法，包括以下步骤：
A、测杆6对刀
A1、将Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11进行复位处理；设机床坐标系原点为磨杆9与磨杆夹持座12相交的圆形截面的中心位置；坐标系的Z轴平行于Z向移动模组2的运动方向，其中远离对刀仪的方向为Z轴的正方向；坐标系的Y轴平行于Y向移动模组11的运动方向；坐标系的X轴平行于X向移动模组7的运动方向；X、Y、Z轴组成了机床的直角坐标系，X、Y、Z轴的正方向遵循右手笛卡尔坐标系的规则；其中Z向移动模组2为带动对刀仪左右移动的进给轴，X向移动模组7为带动测杆6和磨杆9前后移动的进给轴，Y向移动模组11为带动测杆6和磨杆9上下移动的进给轴；
A2、测量测头座4下底面距离非接触式位移传感器16的光学镜头的距离，记为y1；
A3、执行Z轴对刀程序，移动Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11，使高精度开关15与测头座4的前端相接触，当位置检测模块14检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X1,Y1,Z1；移动Y向移动模组11，使非接触式位移传感器16升至接触式对刀仪3上方；移动Z向移动模组2，使非接触式位移传感器16向接触式对刀仪3方向移动，当非接触式位移传感器16检测到高精度开关15时，记录此时机床光栅坐标值X2,Y2,Z2；
A4、根据步骤A3中得到的机床坐标系中的Y方向和Z方向的坐标值Y1,Z1和Y2,Z2，计算得到非接触式位移传感器16的光斑与测头座4端点的相互位置关系：
ΔZ＝Z2-Z1
A5、执行X轴测头对刀程序，移动Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11，使高精度开关15与测头座4的内侧相接触，当位置检测模块14检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X3,Y3,Z3；使高精度开关15分别与测头座4的外侧相接触，当位置检测模块14检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X4,Y4,Z4，同时记录此时X轴移动的距离Δx，计算得到非接触式位移传感器16的光斑在X向的机床坐标：
X5＝X1+[Δx-(X3-X4)]/2＝(X1+X2+Δx)/2
A6、执行Z轴测头对刀程序，移动Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11，使测头座4的端点与高精度开关15相接触，当位置检测模块14检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X6,Y6,Z6，计算得到非接触式位移传感器16的光斑在Z向的机床坐标：
Z7＝Z6+ΔZ
A7、执行Y轴测头对刀程序，移动Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11，使测头座4的下端面与高精度开关15相接触，当位置检测模块14检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X8,Y8,Z8，计算得到非接触式位移传感器16的光斑在Y向的机床坐标：
Y9＝Y8+y1+L0
A8、移动Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11进行机床复位。
B、磨杆9对刀
B1、执行Z轴磨削头5对刀程序，移动Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11，使高精度开关15与磨削头5的Z向端部相接触，当位置检测模块14检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X10,Y10,Z10；计算得到磨削头5在Z向的中心位置的机床坐标：
Z0＝Z10+r0
B2、执行X轴磨削头5对刀程序，移动Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11，使高精度开关15与磨削头5的侧面相接触，当位置检测模块14检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X11,Y11,Z11；计算得到磨削头5在X向的中心位置的机床坐标：
X0＝X11+r0
B3、执行Y轴磨削头5对刀程序，移动Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11，使高精度开关15与磨削头5的侧面相接触，当位置检测模块14检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X12,Y12,Z12；计算得到磨削头5在Y向的中心位置的机床坐标：
Y0＝Y12+r0
B4、移动Z向移动模组2、X向移动模组7和Y向移动模组11进行机床复位。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种测量磨削多工位装置的对刀方法，其特征在于：所述装置包括床身(1)、接触式对刀仪(3)、Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)、Y向移动模组(11)、磨杆(9)、测杆(6)、测杆夹持座(8)和磨杆夹持座(12)；所述床身(1)的结构为T型结构，所述Z向移动模组(2)安装在床身(1)的左侧、X向移动模组(7)安装在床身(1)的右侧；所述Y向移动模组(11)安装在X向移动模组(7)上，所述磨杆(9)和测杆(6)分别通过测杆夹持座(8)和磨杆夹持座(12)安装在Y向移动模组(11)上；所述测杆夹持座(8)安装在Y向移动模组(11)的后侧，所述磨杆夹持座(12)安装在Y向移动模组(11)的前侧；
所述测杆(6)包括碳纤维支撑杆(17)、测头座(4)和非接触式位移传感器(16)；所述碳纤维支撑杆(17)安装在测杆夹持座(8)上，所述测头座(4)安装在碳纤维支撑杆(17)的另一侧，所述非接触式位移传感器(16)安装于测头座(4)的凹槽里；所述非接触式位移传感器(16)的量程为10±0.7mm；
所述磨杆(9)包括电动轴(10)和磨削头(5)；所述磨削头(5)安装在电动轴(10)的左端，电动轴(10)的右端固定在磨杆夹持座(12)上；所述磨削头(5)的端部为标准半球体，其半径r0＝15mm；
所述接触式对刀仪(3)安装在Z向移动模组(2)上；所述接触式对刀仪(3)包括对刀仪底座(13)、位置检测模块(14)和高精度开关(15)；所述对刀仪底座(13)固定在Z向移动模组(2)上，位置检测模块(14)安装在对刀仪底座(13)上，高精度开关(15)安装在对刀仪底座(13)上并向前伸出一段距离；
所述对刀方法，包括以下步骤：
A、测杆(6)对刀
A1、将Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)进行复位处理；设机床坐标系原点为磨杆(9)与磨杆夹持座(12)相交的圆形截面的中心位置；坐标系的Z轴平行于Z向移动模组(2)的运动方向，其中远离对刀仪的方向为Z轴的正方向；坐标系的Y轴平行于Y向移动模组(11)的运动方向；坐标系的X轴平行于X向移动模组(7)的运动方向；X、Y、Z轴组成了机床的直角坐标系，X、Y、Z轴的正方向遵循右手笛卡尔坐标系的规则；其中Z向移动模组(2)为带动对刀仪左右移动的进给轴，X向移动模组(7)为带动测杆(6)和磨杆(9)前后移动的进给轴，Y向移动模组(11)为带动测杆(6)和磨杆(9)上下移动的进给轴；
A2、测量测头座(4)下底面距离非接触式位移传感器(16)的光学镜头的距离，记为y1；
A3、执行Z轴对刀程序，移动Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)，使高精度开关(15)与测头座(4)的前端相接触，当位置检测模块(14)检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X1,Y1,Z1；移动Y向移动模组(11)，使非接触式位移传感器(16)升至接触式对刀仪(3)上方；移动Z向移动模组(2)，使非接触式位移传感器(16)向接触式对刀仪(3)方向移动，当非接触式位移传感器(16)检测到高精度开关(15)时，记录此时机床光栅坐标值X2,Y2,Z2；
A4、根据步骤A3中得到的机床坐标系中的Y方向和Z方向的坐标值Y1,Z1和Y2,Z2，计算得到非接触式位移传感器(16)的光斑与测头座(4)端点的相互位置关系：
ΔZ＝Z2-Z1
A5、执行X轴测头对刀程序，移动Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)，使高精度开关(15)与测头座(4)的内侧相接触，当位置检测模块(14)检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X3,Y3,Z3；使高精度开关(15)分别与测头座(4)的外侧相接触，当位置检测模块(14)检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X4,Y4,Z4，同时记录此时X轴移动的距离Δx，计算得到非接触式位移传感器(16)的光斑在X向的机床坐标：
X5＝X1+[Δx-(X3-X4)]/2＝(X1+X2+Δx)/2
A6、执行Z轴测头对刀程序，移动Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)，使测头座(4)的端点与高精度开关(15)相接触，当位置检测模块(14)检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X6,Y6,Z6，计算得到非接触式位移传感器(16)的光斑在Z向的机床坐标：
Z7＝Z6+ΔZ
A7、执行Y轴测头对刀程序，移动Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)，使测头座(4)的下端面与高精度开关(15)相接触，当位置检测模块(14)检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X8,Y8,Z8，计算得到非接触式位移传感器(16)的光斑在Y向的机床坐标：
Y9＝Y8+y1+L0
A8、移动Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)进行机床复位；
B、磨杆(9)对刀
B1、执行Z轴磨削头(5)对刀程序，移动Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)，使高精度开关(15)与磨削头(5)的Z向端部相接触，当位置检测模块(14)检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X10,Y10,Z10；计算得到磨削头(5)在Z向的中心位置的机床坐标：
Z0＝Z10+r0
B2、执行X轴磨削头(5)对刀程序，移动Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)，使高精度开关(15)与磨削头(5)的侧面相接触，当位置检测模块(14)检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X11,Y11,Z11；计算得到磨削头(5)在X向的中心位置的机床坐标：
X0＝X11+r0
B3、执行Y轴磨削头(5)对刀程序，移动Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)，使高精度开关(15)与磨削头(5)的侧面相接触，当位置检测模块(14)检测到信号时，记录此时机床光栅坐标值X12,Y12,Z12；计算得到磨削头(5)在Y向的中心位置的机床坐标：
Y0＝Y12+r0
B4、移动Z向移动模组(2)、X向移动模组(7)和Y向移动模组(11)进行机床复位。
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