CN114833634B - 一种换刀结构及测定并保持五轴增减材加工设备转台中心的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种换刀结构及测定并保持五轴增减材加工设备转台中心的方法。本发明仅需用一根定位针即可完成对转台中心坐标的测定，并且创新一组换刀机构，运用错位交叉结构保证结构完全固连的基础上，只需要简单的拔插动作，即可在不改变端口位置的基础上完成加工端口的更换，使得原先的转台中心仍然准确。定位精度极高，可重复使用。同时，本发明拥有很好的互换性，可适应不局限于铣刀等刀具的多种加工设备。

Description

一种换刀结构及测定并保持五轴增减材加工设备转台中心的 方法

技术领域

本发明涉及一种换刀结构及测定并保持五轴增减材加工设备转台中心的方法，属于增减材领域中设备组件技术领域。

背景技术

增减材复合制造技术(HASM)是结合传统数控技术(CNC)和增材制造技术(AM)发展起来的一项具有广泛的应用前景的技术，在构建具有几何和材料复杂性的零件领域发挥着特别显著的作用，一方面规避了AM技术因精度和表面质量不理想需要离散化处理以及热处理等过程导致尺寸偏差、台阶效应等不良影响；另一方面能够充分发挥CNC技术高精度和高表面质量的优势。因此，探究HASM技术是当下国内外研究者关注的热点之一。

目前市场上的增减材设备通常是将3D打印机与铣刀相结合，进行增减材加工。一般以3D打印机限位开关所限制的点为原点进行加工，切片软件大多也是以三维打印机坐标系原点为基准进行G代码的生成。受目前常用的切片软件的限制，若要使用5轴三维打印机，需要将打印件分成几部分进行打印，每部分分别由切片软件切片后打印。对于旋转后工件的坐标，因为打印时需要知道其在打印机坐标系中的坐标，故需要知道转台的旋转中心来确定其旋转后的位置坐标，这样才可以精确的控制喷头完成加工。由此可见，确定端口和转台的定位对于G代码的生成以及打印产品的精确度都有着非常重要的作用。转台中心一般由厂家制造时便已确定。但由于存在各种制造误差，转轴中心的实际位置可能与制造厂家期望的位置有偏差，影响打印产品的精度。同时，由于增减材设备具有多个加工端口，在加工过程中需要多次重复切换加工端口来进行增减材加工，此外在打印机长期使用的过程中，打印机转台也会存在偏移，导致转台转轴中心变化，需要重新测量打印机转台转轴中心。

目前市场上存在着几种确定并保持转台中心的方法，这些方法各有特点，但是大多比较复杂，工人操作起来有很大的难度，并且后续加工过程中的定位问题多采用大功率电机转盘，由于增减材设备至少需要两个加工末端，铣刀主轴的负载较大，需要大功率电机带动，购买设备的成本比较高，且受限于转台本身的负载，加工端口存在较大限制，较为不便。

本发明在通过两个简单结构，仅需用一根定位针即可完成对转台中心坐标的测定，并且创新一组换刀机构，运用错位交叉结构保证结构完全固连的基础上，只需要简单的拔插动作，即可在不改变端口位置的基础上完成加工端口的更换，使得原先的转台中心仍然准确。定位精度极高，可重复使用。同时，本发明拥有很好的互换性，可适应不局限于铣刀等刀具的多种加工设备。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种测定并保持五轴增减材加工设备转台中心的方法，能够轻松经济的测定转台中心的坐标并保证坐标中心始终准确。

为实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种测定并保持五轴增减材加工设备转台中心的方法，其特征是，先拆下热床，用水平仪和打标仪对转台进行调平，接着用一块装有一根定位针的平板，安装在转台上，将定位针对准端口，记录下X,Y坐标值，将平台旋转180°，后再利用喷嘴对准定位针，记录下第二次的X,Y值。则旋转中心的X,Y坐标即可计算出来。取下大平板并重新安装热床，将喷嘴移动到旋转中心，将Z缓慢下移，待喷嘴与热床平台的距离刚好是能放下一张A4纸，更换任意点重复一次，记录下两次Z值取平均得到平台高度。旋转中心即为平台高度减去平台本身偏差固定值。

为保持在加工过程重复更换加工末端后旋转中心始终保持不变，本发明提供了一种面向增减材复合加工设备的换刀结构，包括基础模块和配套模块；所述基础模块可固定于增减材设备；所述配套模块上可固定加工工具(如刀具、挤丝机)，并与所述基础模块可拆卸式固定连接。

进一步的，所述基础模块包括相互平行的内侧面和外侧面，所述内侧面可与增减材设备固定连接，所述外侧面可与所述配套模块的一个面可拆卸式固定连接；所述配套模块的另一个面可固定加工工具。

进一步的，所述外侧面设有若干行间隔设置的第一连接耳，各行第一连接耳上的安装通孔在竖向上大小相等，且圆心在一条竖线上；所述配套模块与所述外侧面连接的面上设有若干个与所述第一连接耳匹配的第二连接耳；每排第一连接耳和第二连接耳可通过定位销连接，使基础模块和配套模块固定连接。

进一步的，所述外侧面的中部，相邻行第一连接耳之间，相邻排第一连接耳之间的间隔处设置没有安装通孔的第三连接耳；所述配套模块与所述外侧面连接的面上设置与所述第三连接耳匹配的安装槽，第三连接耳可嵌入安装槽内；所述第三连接耳所在的行两端留有槽口，便于基础模块和配套模块之间拆卸。

进一步的，所述配套模块为方形结构，其与所述基础模块连接的面的对立面安装加工工具。

进一步的，所述配套模块包括与所述基础模块连接的面所在的方形结构，以及与所述方形结构垂直的连接板，所述连接板上安装加工工具。

有益效果：本发明具有结构轻便、操作简单、定位精度高等特点，同时还进一步解决了增减材设备Z轴负载力不足的问题。本发明能够有效地测定转台的旋转中心并保持其在加工过程中始终维持高准确度。

由于增减材设备等多种多加工端口设备需要在加工过程中经常更换加工端口，若由于换刀机构加工端口位置发生改变，原本测定的转台中心坐标便失去其实际意义，需要重新测定。对于增减材设备等多加工端口设备这种经常更换端口的设备，会极大地增加工作量和累计误差，给加工过程极大影响。本发明提供的换刀机构操作简便的同时能够高精度的保证端口位置不发生偏移，转台中心无需多次测定。

目前市场上通用的换刀机构集中于商业化复杂自动化转台和双端口同时在轨工作。本发明面向于教学和普通家庭使用，面对的市场极为广阔。相比于商业化自动化转台，成本大幅降低，且不需要配合设备其他部分，更换操作简单；相比于双端口同时在轨工作，可提供扩展多加工端口，提供个性化加工服务。

附图说明

图1为附带有定位针的平板示意图，可安装在转台上，定位针可拆卸移动。

图2为本换刀结构的结构示意图，图中1为内侧面，2为配套模块，3为定位销，4为第一连接耳，5为第二连接耳，6为预留槽口；

图3为基础模块主视图，图中7为第三连接耳；

图4为基础模块俯视图；

图5为第一种配套模块主视图，图中8为安装槽；

图6为第一种配套模板俯视图；

图7为定位销主视图；

图8为第二种配套模块的连接件，图中9为连接板，10为安装板。

具体实施方式

现将结合图1-7，对本发明的技术方案进行完整的描述。以下描述仅仅是本发明的一部分实施案例而已，并非全部。基于本发明中的实施案例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明的权利保护范围之内。

1.首先调整平台的平整度，在把热床取下的情况下，利用一般精度的水平仪粗调平台的X方向和Y方向，并通过转台手轮微调转台前后翻转A方向的旋转角度来实现转台的大致水平。完成粗调后，利用高精度的水平仪(即打标仪)调节平台，用打标仪的针头划过转台X方向以及Y方向。在划过Y方向的过程中，通过针尖是否接触来判断两边的高低，利用转台手轮微调A方向的角度。调平Y方向以后，将转台旋转90°(A90)，用针头划过X方向，利用转台自身附带的调姿器旋钮调平。将平台恢复原状，至此完成转台的水平。

2.在完成以上步骤后，安装带有定位针的平板，利用平板上的定位针对准喷嘴，记录下第一次的X,Y坐标值(X1,Y1)。将大平板旋转180度，然后再利用喷嘴对准定位针，记录下第二次的X,Y值(X2,Y2)。则旋转中心的X,Y坐标即可计算出来，

3.取下大平板，将平台恢复原状(C0)，安装好热床，将喷嘴移动到旋转中心。然后利用手轮手动调节加工端口的高度，将端口缓慢下移，待喷嘴与热床平台的距离刚好是能放下一张打印纸，即一张打印纸刚刚恰好被加工端口顶住，抽插略有影响，记录下此时的高度。重复四次，得到四次高度分别为Z1，Z2，Z3,Z4，取高度的平均值，即可得到平板的高度

旋转中心的高度为平板高度减去转台旋转中心到平板的固定偏差值，即/>

4.完成上述操作，即可得到旋转中心坐标(X，Y，Z)。

5.为了保证测得的旋转中心坐标始终准确，在加工端口切换时必须保证端口始终固定不变。本发明提供一种换刀结构，包括基础模块和配套模块，整体结构由铝型材制成。基础模块为方形结构，包括相互平行的内侧面和外侧面，内侧面设置安装通孔，可与增减材设备螺栓连接；外侧面设置四行间隔设置的第一连接耳，每行包括三个间隔设置的第一连接耳，各行第一连接耳上的安装通孔在竖向上大小相等，且圆心在一条竖线上。外侧面中部，相邻行第一连接耳之间，相邻排第一连接耳之间的间隔处设置第三连接耳。第三连接耳之间设有间隔，便于深孔加工。

配套模块有两种结构。第一种结构为方形结构，与基础模块连接的面设置四行第二连接耳，第一连接耳和第二连接耳上的安装通孔在竖向上大小相等，且圆心在一条竖线上，可通过定位销连接，使基础模块和配套模块固定连接。配套模块中部设置与第三连接耳匹配的安装槽，第三连接耳可嵌入安装槽内。第三连接耳所在的行两端设有预留槽口，便于基础模块和配套模块之间拆卸。第二种结构包括与基础模块连接的面所在的方形结构，以及与方形结构垂直的连接板，连接板上安装加工工具。第二种结构的与基础模块连接的面同第一种结构。第二种结构为在第一种结构的基础上增加一个如图7所示的连接件，安装板10固定于配套模块，连接板9垂直于安装板10，用于安装加工工具。

考虑到在进行模块加工时机床加工的误差，第一连接耳相邻行之间的间距比第二连接耳相邻行之间的间距窄0.2mm，起到拆卸简单省力，固连程度优良等作用。

配套模块上下行第二连接耳之间设置与加工工具螺栓连接的通孔。每行的第一连接耳之间的外侧面设置预留通孔，提供配套板块螺栓余留空间，隐藏螺栓，增强效果。

当需要更换加工工具时，仅需要拔出定位销，从两端预留槽口移出配套板块，即可轻松实现分离。更换过程简单省力，固连效果极佳。

将基础模块螺栓连接在增减材设备上，配套模块与加工工具进行螺栓连接，实现加工工具和增减材设备自带连接槽口。

配套模块完成与加工工具的螺栓紧固后，可直接错位插入基础模块由第一连接耳形成的水平凹槽面，与基础模块错位重合，整体成为矩体结构，凹槽被隐藏，实现对竖直方向两个自由度的完全限制。同时，凹槽对应安装通孔重合，形成数值通孔，插入定位销，实现对水平方向四个自由度的完全限制。

配套模块与加工工具螺栓连接后，在与基础模块连接时，余出螺栓部分会穿过基础模块对应预留通孔，确保配套模块与基础模块的完全贴合，消除连接间隙。基础模块上的第三连接耳与配套模块上的安装槽，贴合后显现预留槽口方便拆卸。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (4)

1.一种面向增减材复合加工设备的换刀结构，其特征在于，包括基础模块和配套模块；所述基础模块可固定于增减材设备；所述配套模块上可固定加工工具，并与所述基础模块可拆卸式固定连接；

所述基础模块包括相互平行的内侧面和外侧面，所述内侧面可与增减材设备固定连接，所述外侧面可与所述配套模块的一个面可拆卸式固定连接；所述配套模块的另一个面可固定加工工具；

所述外侧面设有若干行间隔设置的第一连接耳，各行第一连接耳上的安装通孔在竖向上大小相等，且圆心在一条竖线上；所述配套模块与所述外侧面连接的面上设有若干个与所述第一连接耳匹配的第二连接耳；每排第一连接耳和第二连接耳可通过定位销连接，使基础模块和配套模块固定连接；

所述外侧面的中部，相邻行第一连接耳之间，相邻排第一连接耳之间的间隔处设置第三连接耳；所述配套模块的与所述外侧面连接的面上设置有与所述第三连接耳匹配的安装槽，第三连接耳可嵌入安装槽内；所述第三连接耳所在的行两端留有预留槽口，便于基础模块和配套模块之间拆卸。

2.根据权利要求1所述的一种面向增减材复合加工设备的换刀结构，其特征在于，所述配套模块为方形结构，其与所述基础模块连接的面的对立面安装加工工具。

3.根据权利要求1所述的一种面向增减材复合加工设备的换刀结构，其特征在于，所述配套模块包括与所述基础模块连接的面所在的方形结构，以及与所述方形结构垂直的连接板，所述连接板上安装加工工具。

4.基于权利要求1-3任一所述换刀结构的一种测定并保持五轴增减材加工设备转台中心的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：首先调整平台的平整度，完成转台的水平；

步骤2：完成平台水平后，安装带有定位针的平板，利用平板上的定位针对准喷嘴，记录下第一次的X,Y坐标值；旋转平板180度，重复操作，记录下第二次的坐标值；则旋转中心的X,Y坐标即可计算出来，

步骤3：将平板更换为热床，将喷嘴移动到旋转中心；然后调节加工端口的高度，将端口下移，待喷嘴与热床平台的距离刚好是能放下一张打印纸；重复若干次，得到四次高度，取高度的平均值，即得到平板的高度；旋转中心的高度为

平板高度减去转台旋转中心到平板的固定偏差值，即

完成上述操作，

即得到旋转中心坐标(X，Y，Z)。

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