CN115599043A - 用于提升五轴机床加工精度的方法及装置 - Google Patents

用于提升五轴机床加工精度的方法及装置 Download PDF

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朱艳菊
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Abstract

本发明提供一种用于提升五轴机床加工精度的方法及装置。用于提升五轴机床加工精度的方法包括：在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序。该方法通过在机获取刀具测量数据与理论数据的实际差值，并基于实际差值与预设差值的比对结果自动计算确定刀具的实际加工程序，使得机床在无需中断生产的前提下可以自动执行更精确的刀具加工路径，有效提高了机床产品加工的精度和效率，保证了产品加工过程的连续性。同时，降低了生产中对机床实际加工用刀具的尺寸和轮廓的精度要求，从而降低了准备刀具的难度，节约了生产时间，还延长了刀具的使用寿命。

Description

用于提升五轴机床加工精度的方法及装置
技术领域
本发明涉及机械产品加工技术领域，尤其涉及一种用于提升五轴机床加工精度的方法及装置。
背景技术
数控机床是机械产品加工制造中的重要装置。在数控机床的加工过程中，不可避免出现实际刀具的尺寸和轮廓与计算加工路径时使用的理论刀具存在偏差的情况。因此，为了提高工件的精度，目前的机床具有对刀具的加工路径进行补偿的功能。
然而，对于进行五个坐标轴联动控制、算法复杂的五轴机床，如果实际刀具的尺寸和轮廓与计算加工路径时使用的理论刀具偏差较大，将很难保证工件的加工精度，甚至有可能导致产品报废。一般五轴机床只允许对刀具进行少量补偿，也就是刀具补偿值的设定只能在一个允许的阈值范围内。如果实际刀具与理论刀具数据的偏差超过了补偿阈值，就必须停止当前的加工过程，进行人工干预，避免产生废品。这就导致了加工过程不连续，严重影响了产品加工的效率。
发明内容
本发明提供一种用于提升五轴机床加工精度的方法及装置，用以解决现有技术中实际刀具与理论刀具数据的偏差超过补偿阈值时必须中断生产的缺陷，保证生产连续性。
本发明提供的用于提升五轴机床加工精度的方法，包括：
在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；
基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序。
根据本发明的一个实施例，在所述获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值的步骤之前，还包括：
基于预先建立的数字模型，生成与所述数字模型对应的工件加工程序。
根据本发明的一个实施例，所述基于预先建立的数字模型，生成与所述数字模型对应的工件加工程序的步骤，包括：
生成所述刀具的理论加工程序。
根据本发明的一个实施例，所述基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序的步骤，包括：
响应于所述实际差值大于所述预设差值，基于所述测量数据在机计算生成所述刀具的修正加工程序并自动执行所述修正加工程序。
根据本发明的一个实施例，所述基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序的步骤，包括：
响应于所述实际差值小于或等于所述预设差值，基于所述测量数据生成所述刀具的补偿参数；基于所述补偿参数和所述刀具的所述理论加工程序控制所述刀具完成实际的刀具补偿加工。
根据本发明的一个实施例，还包括：
确定所述工件加工程序中的全部所述刀具已完成加工；
停止运行。
根据本发明的一个实施例，还包括：
确定所述工件加工程序中的至少部分所述刀具未完成加工；
在机获取未完成加工的所述刀具的所述理论数据和所述测量数据的实际差值；
基于所述实际差值与所述预设差值的比对结果，在机确定未完成加工的所述刀具的实际加工程序。
本发明还提供一种五轴机床，包括：
检测模块，用于在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；
计算模块，用于响应于所述实际差值大于预设差值，基于所述测量数据在机计算生成所述刀具的修正加工程序；
控制模块，用于自动执行所述修正加工程序，或响应于所述实际差值小于或等于所述预设差值，基于所述测量数据生成所述刀具的补偿参数；基于所述补偿参数和所述刀具的理论加工程序控制所述刀具完成实际的刀具补偿加工。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述的用于提升五轴机床加工精度的方法。
本发明还提供一种非暂态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如上述的用于提升五轴机床加工精度的方法。
本发明提供的用于提升五轴机床加工精度的方法，通过在机获取刀具测量数据与理论数据的实际差值，并基于实际差值与预设差值的比对结果自动计算确定刀具的实际加工程序，使得机床在无需中断生产的前提下可以自动执行更精确的刀具加工路径，有效提高了机床产品加工的精度和效率，保证了产品加工过程的连续性。同时，降低了生产中对机床实际加工用刀具的尺寸和轮廓的精度要求，从而降低了准备刀具的难度，节约了生产时间，还延长了刀具的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的用于提升五轴机床加工精度的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的用于提升五轴机床加工精度的方法中机床的工作流程示意图；
图3是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图；
附图标记：
310：处理器；320：通信接口；330：存储器；340：通信总线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
下面结合图1-图3描述本发明的用于提升五轴机床加工精度的方法。
如图1所示，本发明实施例提供的用于提升五轴机床加工精度的方法，包括：
步骤010：在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；
步骤020：基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序。
本发明实施例提供的用于提升五轴机床加工精度的方法，通过在机获取刀具测量数据与理论数据的实际差值，并基于实际差值与预设差值的比对结果自动计算确定刀具的实际加工程序，使得机床在无需中断生产的前提下可以自动执行更精确的刀具加工路径，有效提高了机床产品加工的精度和效率，保证了产品加工过程的连续性。同时，降低了生产中对机床实际加工用刀具的尺寸和轮廓的精度要求，从而降低了准备刀具的难度，节约了生产时间，还延长了刀具的使用寿命。
需要说明的是，本发明实施例提供的用于提升五轴机床加工精度的方法，在步骤010之前，还包括：
步骤000：基于预先建立的数字模型，生成与所述数字模型对应的工件加工程序。
具体来说，在有生产需要时，用户可以首先在CAD/CAM软件中建立待加工工件的数字模型。所述数字模型包括各工件的CAD模型、刀具数据等全部用于计算工件加工路径的数据信息。
根据所述工件的数字模型，CAD/CAM软件计算输出对应的工件加工程序，并存储工件数字模型和工件加工程序的对应关系。
其中，工件加工程序为机床的数控系统可以加载和执行的NC程序。工件加工程序至少包括整个工件加工过程中的控制工件运动的指令、刀具测量指令、与CAD/CAM软件的通讯指令、换刀指令，以及使用刀具的顺序。
其中，工件数字模型和工件加工程序的对应关系，可以是映射表或数据库。基于这种对应关系，在后续的加工过程中，CAM软件可以通过工件加工程序号检索到对应的工件数字模型。
需要重点说明的是，在步骤000中，包括步骤001：生成所述刀具的理论加工程序。
这里提及的刀具的理论加工程序是刀具加工的NC程序。各个刀具的理论加工程序包括在上述的工件加工程序内。
也就是说，数控系统通过执行上述的工件加工程序，自动控制机床和CAD/CAM软件的全部动作，完成工件的加工。整个过程无需人工干预，保证了生产的连续性，提高了加工效率。
如图2所示，机床通过预先建立的通讯连接，从CAD/CAM软件获取工件加工程序。
其中，所述通讯连接，可以为包括以太网、串口、USB通讯、内存映射在内的所有数据通讯形式，通讯数据协议采用自定义的数据格式，CAD/CAM软件作为通讯服务器。CAD/CAM软件可以运行在单独的计算机上，也可以与机床的数控系统运行在同一台计算机上。
在执行工件加工程序之前，机床先进行工件加工的准备工作，包括工件安装固定、刀具测量装置标定、加工程序核对、加工刀具核对等。随后，启动工件加工程序的执行，完成工件的对位和摆正，并执行换刀指令，也就是控制首个要使用的刀具移动到工作位置。
然后，继续执行步骤010：在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值。
其中，刀具的理论数据和测量数据具体包括刀具轮廓、刀具半径、刀具长度、刀具厚度、刀具角度、刀具精度中的至少一种。也就是说，可以是上述的某一种刀具数据，或其中不同类型刀具数据的组合数据。
刀具的理论数据是来自用户的预先存储。例如，初次使用时，用户可以在系统中对各刀具的理论数据进行预先存储；再次使用时，对于同一刀具，机床可以直接调用之前存储的理论数据记录，以简化生产过程。一些实施例中，刀具的理论数据也可以由机床基于刀具型号和理论数据之间的对应关系自动生成。例如，当机床的数控系统识别刀具为某型号时，可以基于该型号生成包括如下参数的理论数据：刀片形状、刀片后角、刀片制造的精度等级、刀片前刃面及中心孔型、刀片切削刃长度、刀片厚度、刀尖圆弧半径。
刀具的测量数据来自实时的在机测量。刀具的在机测量装置可以为包括激光对刀仪、接触式对刀仪和影像测刀仪在内的所有在机刀具测量装置中的一种，也可以是多种测量装置的组合。
所述的实际差值，也就是在机获取的理论数据和实时在机测量得到的测量数据之间的差值。
随后，机床的数控系统执行步骤020：基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序。
刀具的预设差值为用户在系统中预先设定的数值。可以理解的是，加工精度要求越高，相应的预设差值就越小。例如，对于要进行五个坐标轴的联动控制的五轴机床，当刀具的测量数据与五轴路径计算时使用的理论数据有较大偏差时，即使系统进行了刀具补偿计算，最终的工件加工精度也很难保证。因此为了避免产生废品，往往将预设差值设定在较小的范围内。
具体来说，步骤020包括以下两种情况：
情况一：
响应于所述实际差值大于所述预设差值，基于所述测量数据在机计算生成所述刀具的修正加工程序并自动执行所述修正加工程序。
具体来说，当数控系统判断到测量数据与理论数据的实际差值大于预设差值时，会主动发起和CAD/CAM软件的交互，也即将测量数据和工件加工程序号通过自定义的通讯指令发送到CAD/CAM软件。CAD/CAM软件根据接收到的当前工件加工程序号，查询得到对应的工件数字模型, 并基于接收到的当前刀具测量数据，重新计算该刀具的加工路径，输出该刀具的修正加工程序，并通过通讯指令将修正的刀具加工程序发送至机床数控系统。数控系统接收并执行上述指令，加载刀具的修正加工程序。随后，数控系统继续执行工件加工程序，跳过该刀具的理论加工程序，执行修正后的刀具加工程序，完成该刀具的加工。
情况二：
响应于所述实际差值小于或等于所述预设差值，基于所述测量数据生成所述刀具的补偿参数；基于所述补偿参数和所述刀具的所述理论加工程序控制所述刀具完成实际的刀具补偿加工。
具体来说，当数控系统判断到测量数据与理论数据的实际差值小于或等于预设差值时，根据测得的测量数据自动生成刀具的补偿参数。所述的补偿参数是用于在理论加工程序基础上对刀具运动的轨迹进行补偿。换句话说，结合补偿参数和刀具的理论加工路径，从而完成该刀具的高精度加工。
通过步骤020可以实现的效果是，无论测量数据与理论数据的实际差值大于还是小于等于预设差值，机床均能在无需中断生产的前提下执行刀具的高精度加工路径，有效提高了机床产品加工的精度和效率，保证了产品加工过程的连续性。同时，降低了生产中对实际刀具尺寸和轮廓的要求，从而降低了准备刀具的难度，节约了生产时间，还延长了刀具的使用寿命。
在执行步骤020后，数控系统需要对工件加工程序中的各个刀具的加工完成情况进行确定。若确定工件加工程序中的全部刀具已完成加工，也就是说需要对工件进行的加工均已完成，则停止运行。可以理解的是，在机床停机之前，为保证生产安全性，需要对刀具补偿参数进行复位。
若确定工件加工程序中的至少部分刀具未完成加工，则意味着还需要对当前加工的工件进行进一步操作，此时数控系统按照工件加工程序中的刀具使用顺序执行换刀指令，对于未完成加工的刀具，重复执行步骤010至020所述的用于提升五轴机床加工精度的方法，直至确定工件加工程序中的全部刀具已完成加工。
本发明实施例还提供一种五轴机床，包括：
检测模块，用于在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；
计算模块，用于响应于所述实际差值大于所述预设差值，基于所述测量数据在机计算生成所述刀具的修正加工程序；
控制模块，用于自动执行所述修正加工程序，或响应于所述实际差值小于或等于所述预设差值，基于所述测量数据生成所述刀具的补偿参数；基于所述补偿参数和所述刀具的所述理论加工程序控制所述刀具完成实际的刀具补偿加工。图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行用于提升五轴机床加工精度的方法，该方法包括：
在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；
基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述的用于提升五轴机床加工精度的方法，该方法包括：
在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；
基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的用于提升五轴机床加工精度的方法，该方法包括：
在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；
基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于提升五轴机床加工精度的方法，其特征在于，包括：
在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；
基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序。
2.根据权利要求1所述的用于提升五轴机床加工精度的方法，其特征在于，在所述获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值的步骤之前，还包括：
基于预先建立的数字模型，生成与所述数字模型对应的工件加工程序。
3.根据权利要求2所述的用于提升五轴机床加工精度的方法，其特征在于，所述基于预先建立的数字模型，生成与所述数字模型对应的工件加工程序的步骤，包括：
生成所述刀具的理论加工程序。
4.根据权利要求3所述的用于提升五轴机床加工精度的方法，其特征在于，所述基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序的步骤，包括：
响应于所述实际差值大于所述预设差值，基于所述测量数据在机计算生成所述刀具的修正加工程序并自动执行所述修正加工程序。
5.根据权利要求3所述的用于提升五轴机床加工精度的方法，其特征在于，所述基于所述实际差值与预设差值的比对结果，在机确定所述刀具的实际加工程序的步骤，包括：
响应于所述实际差值小于或等于所述预设差值，基于所述测量数据生成所述刀具的补偿参数；基于所述补偿参数和所述刀具的所述理论加工程序控制所述刀具完成实际的刀具补偿加工。
6.根据权利要求2所述的用于提升五轴机床加工精度的方法，其特征在于，还包括：
确定所述工件加工程序中的全部所述刀具已完成加工；
停止运行。
7.根据权利要求2所述的用于提升五轴机床加工精度的方法，其特征在于，还包括：
确定所述工件加工程序中的至少部分所述刀具未完成加工；
在机获取未完成加工的所述刀具的所述理论数据和所述测量数据的实际差值；
基于所述实际差值与所述预设差值的比对结果，在机确定未完成加工的所述刀具的实际加工程序。
8.一种五轴机床，其特征在于，包括：
检测模块，用于在机获取刀具的理论数据和测量数据的实际差值；
计算模块，用于响应于所述实际差值大于预设差值，基于所述测量数据在机计算生成所述刀具的修正加工程序；
控制模块，用于自动执行所述修正加工程序，或响应于所述实际差值小于或等于所述预设差值，基于所述测量数据生成所述刀具的补偿参数；基于所述补偿参数和所述刀具的理论加工程序控制所述刀具完成实际的刀具补偿加工。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的用于提升五轴机床加工精度的方法。
10.一种非暂态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如权利要求1至7中任一项所述的用于提升五轴机床加工精度的方法。
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