CN117340634B - 一种零件精密加工用机床及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种零件精密加工用机床及其控制系统，涉及数控机床技术领域，其包括床身、刀头总成、摇篮总成和夹具总成，床身中设置有移动台，刀头总成设置于床身中，摇篮总成包括转动机构、摇篮架和回转台，回转台设置于摇篮架中并转动机构连接，夹具总成包括夹持座、夹爪和旋转机构，夹持座设置于回转台上并与旋转机构连接，夹爪设置于夹持座中并用于夹持工件；控制终端，控制终端包括加工系统和校准系统，加工系统用于控制刀头总成、摇篮总成和夹具总成对工件加工，校准系统用于对夹持座与刀头总成中心校准，并对回转台和夹持座实时监测以及修正回转台和夹持座的位置。具有对夹持座和刀头总成进行校准，以提高零件加工精度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，更具体的说是涉及一种零件精密加工用机床及其控制系统。
背景技术
五轴机床分为卧式机床和立式机床并用于加工多型面的特殊工件，在航空、航天、科研、精密加工以及高精度医疗设备等等行业中有着重要的应用，随着加工面的精度要求和复杂程度，立式五轴机床的使用效果优于卧式五轴机床，对此立式五轴机床的研究改进也成为了重要的方向。
现有申请公开号为CN113649824A的发明专利公开了一种五轴摇篮加工机床，包括龙门式底座、横梁、主轴箱以及摇篮工作台，横梁滑动设置在龙门式底座上，主轴箱上滑动设置有滑鞍，滑鞍的运动方向与横梁的运动方向相互垂直，主轴箱升降设置在滑鞍上；横梁的运动方向为Y轴方向，滑鞍的运动方向为X轴方向，主轴箱的运动方向为Z轴方向；摇篮工作台转动设置在龙门式底座上，摇篮工作台位于主轴箱的下方，摇篮工作台能够绕X轴方向和Z轴方向转动。通过沿Y轴方向滑移的横梁、沿X轴方向滑移的滑鞍、沿Z轴方向滑移的主轴箱以及绕Z轴轴线和Y轴轴线运动的摇篮工作台配合作用，使机床具有五轴联动特性，实现了对工件的多工序加工。
上述摇篮式加工机床虽然能够实现对零件加工时的五轴联动加工，但是在进行加工时，需要通过设置于机床上的终端设备进行中心校准，中心校准确定的是刀头与工件之间处于同一坐标系中，从而使得输入的加工程序能够对工件加工后达到预期的加工形状和精度的要求，目前的中心校准方式多为人工输入校准程序控制刀头移动并进行校准，这种方式出现校准误差的可能性非常大，因此对一些加工精度要求高的工件加工后容易出现加工误差，并且由于中心校准的偏差以及不具备加工时的纠正控制，造成零件加工后的精度不达标，对此本发明提供一种零件精密加工的机床，能够在加工前进行准确的中心校准，以及加工中的实时校准，从而提高对零件加工的精度。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种零件精密加工用机床及其控制系统，能够在加工前快速进行中心校准，确保零件加工时的坐标参量保持准确，并在加工时进行校准修正，以提高零件加工的精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种零件精密加工用机床，包括：
床身，所述床身中设置有移动台；
刀头总成，所述刀头总成设置于床身中，并用于装夹刀具对工件加工；
还包括：
台架，所述台架设置于移动台上；
摇篮总成，所述摇篮总成包括转动机构、摇篮架和回转台，所述摇篮架与台架连接，所述回转台设置于摇篮架中，所述转动机构设置于摇篮架中并与所述回转台连接，以控制所述回转台转动；
夹具总成，所述夹具总成包括夹持座、夹爪和旋转机构，所述夹持座设置于回转台上，所述夹持座中形成有夹持滑轨，所述夹爪设置于夹持滑轨内并用于夹持工件，所述旋转机构设置于回转台中并与所述夹持座连接，以控制所述夹持座转动。
作为本发明的进一步改进，所述摇篮架包括主轴箱和尾座，所述回转台与主轴箱和尾座连接，所述转动机构包括伺服电机、传动皮带和谐波减速器，所述回转台与主轴箱之间通过中心轴连接，所述伺服电机设置于主轴箱内并同轴固定连接有主动带轮，所述中心轴的端部同轴连接有从动带轮，所述传动皮带用于连接主动带轮和从动带轮，所述谐波减速器与中心轴连接并用于对中心轴减速。
作为本发明的进一步改进，所述旋转机构包括旋转电机和驱动皮带，所述旋转电机设置于回转台中，所述夹持座同轴连接有旋转轴，所述旋转电机同轴固定连接有驱动带轮，所述旋转轴同轴固定连接有旋转带轮，所述驱动皮带用于连接驱动带轮和旋转带轮。
作为本发明的进一步改进，所述摇篮架和夹持座中分别设置有张紧机构，所述张紧机构包括张紧电缸和张紧轮，设置于所述摇篮架中的张紧电缸与摇篮架之间通过螺栓连接，所述张紧电缸的输出轴连接张紧轮，设置于所述摇篮架中的张紧轮用于对传动皮带张紧；
设置于所述夹持座中的张紧电缸与夹持座之间通过螺栓连接，所述张紧电缸的输出轴连接张紧轮，设置于所述夹持座中的张紧轮用于对驱动皮带张紧。
一种零件精密加工用机床的控制系统，应用于上述的零件精密加工用机床，所述床身上还设置有控制终端，所述控制终端包括加工系统和校准系统，所述加工系统用于输入控制加工的加工程序，所述加工程序用于控制刀头总成、摇篮总成和夹具总成进行加工控制；
所述校准系统包括装夹子系统和修正子系统，所述装夹子系统用于控制夹持座与刀架中心校准，并用于生成夹持定位线，将夹持定位线于夹持座上显示，基于夹持定位线控制夹爪沿夹持滑轨移动并夹持工件，所述修正子系统用于对回转台和夹持座的转动进行检测，并控制转动机构和旋转机构执行对应加工程序中的加工步骤，基于加工步骤检测回转台和夹持座的转动位置并修正回转台和夹持座。
作为本发明的进一步改进，所述加工程序包括工件图样、偏差信息和控制数据，所述工件图样表征工件加工完成后的三维结构样式，所述偏差信息表征工件加工完成后的误差范围，所述控制数据包括控制步骤和偏转角度，所述控制步骤表征用于控制回转台和夹持座转动的分步步骤并进行编号，所述偏转角度包括回转角度和旋转角度，所述回转角度表征对应控制步骤中回转台的转动角度，所述旋转角度表征对应控制步骤中夹持座的转动角度。
作为本发明的进一步改进，所述装夹子系统包括对中模块，所述对中模块包括视觉单元和模型单元，所述视觉单元设置于刀架上，所述夹持座的中心位置形成有标记孔，所述标记孔中喷涂有检测标记，所述视觉单元上还设置有激光发射器，所述视觉单元用于获取夹持座的位置并形成目标图像，所述激光发射器用于在夹持座上形成对中标记，所述模型单元内配置有模型策略，模型策略包括夹持模型逻辑和机床模型逻辑，所述夹持模型逻辑用于控制对中标记与检测标记对中校准，所述机床模型逻辑用于控制回转台、夹持座和刀架的对中复位，并根据加工程序中的偏差信息控制对中标记与检测标记进行复核对中校准。
作为本发明的进一步改进，所述夹持模型逻辑包括：
获取形成有对中标记的目标图像，识别目标图像中的夹持滑轨并形成滑轨标记，以目标图像中标记孔的位置为原点，以滑轨标记为坐标轴构建夹持坐标，并设定夹持坐标的X轴和Y轴，以及确定夹持坐标的正轴方向，根据对中标记位于夹持坐标中的坐标值生成调节数据，刀头总成中的移动装置基于调节数据调节刀架移动以带动对中标记移动至夹持坐标的原点位置。
作为本发明的进一步改进，所述夹持模型逻辑还包括：
所述检测标记包括边缘区域、精进区域和精密区域，调取加工程序中的偏差信息，根据偏差信息划分精度等级，所述精度等级包括一般偏差、精细偏差和精密偏差，调节视觉单元的分辨率，以控制视觉单元获取标记孔的图像并生成标记图像，识别标记图像中对中标记的位置，并根据获取的偏差信息中精度等级确定对中标记对应处于检测标记中的位置；
若对中标记与检测标记中对应位置偏差时，生成修正数据，根据修正数据调节对中标记至检测标记中对应的位置；
当对中标记与检测标记中对应位置匹配时生成校准信号，校准信号用于表征完成刀架与夹持座的对中校准。
作为本发明的进一步改进，所述机床模型逻辑包括：
在床身的加工区域内形成机床坐标，机床坐标以完成对中校准后刀架的位置为坐标原点，以夹持坐标的坐标轴方向为机床坐标的X轴和Y轴，以床身高度方向为Z轴构建，对刀架构建移动坐标一，对移动台构建移动坐标二，移动坐标一以刀架为原点，以夹持坐标的坐标轴方向构建X轴和Y轴，移动坐标二以标记孔为原点，以夹持坐标的坐标轴方向构建X轴和Y轴；
对工件进行加工时以机床坐标为基准确定刀架和工件的移动位置，在对工件完成加工时，控制移动坐标一和移动坐标二以机床坐标为基准复位。
作为本发明的进一步改进，所述机床模型逻辑还包括：
对加工次数进行统计形成统计表，统计表用于记录加工次数和精度等级，床身启动并加工时生成启动信号，识别在统计表中的启动信号是否处于首位；
若启动信号并不处于首位时，生成复核信号，基于复核信号调取偏差信息并获取偏差信息的精度等级；
若精度等级与统计表中上一加工次数的精度等级一致时生成退出信号；
若精度等级与统计表中上一加工次数的精度等级不一致时调节对中标记至获取到偏差信息的精度等级，并在调节完成时生成退出信号，所述退出信号表征完成对中标记复核并退出对中校准。
作为本发明的进一步改进，所述装夹子系统还包括装夹模块，所述装夹模块内配置有定位策略和夹持策略，所述定位策略包括工件识别逻辑和定位标记逻辑，所述工件识别逻辑用于根据工件图像生成装夹图像，所述定位标记逻辑用于获取装夹图像并在夹持座上形成定位线；
所述装夹模块还包括投影单元，所述投影单元用于在夹持座上投影夹持定位线。
作为本发明的进一步改进，所述装夹模块内还配置有夹持策略，所述夹持策略包括：
控制夹爪沿夹持滑轨移动至夹持定位线处，在移动至夹持定位线处后调取偏差信息，基于偏差信息确定偏差权重，偏差权重与精度等级成正比，并根据偏差权重修正夹持定位线生成偏差标线；
识别到工件遮挡标记孔时，调取端面图像并识别端面图像是否位于偏差标线范围内；
若端面图像与偏差标线存在重叠区域时生成校验信号，基于校验信号控制对中模块重新进行中心校准；
若端面图像与偏差标线不存在重叠区域时生成加工信号，以使刀头总成、摇篮总成和夹具总成基于控制数据对工件加工。
作为本发明的进一步改进，所述修正子系统包括回转模块和旋转模块，所述回转模块用于监测回转台的转动角度并对回转台进行修正调节，所述旋转模块用于监测夹持座的转动角度并对夹持座进行修正调节。
作为本发明的进一步改进，所述回转模块包括检测光源一和光敏环一，所述光敏环一设置于主轴箱朝向回转台的一侧，所述检测光源一设置于夹持座一侧，所述检测光源一用于发射检测光至光敏环一上并形成回转标记；
所述回转模块内配置有回转策略，所述回转策略用于识别回转标记沿光敏环一移动的弧长以得到回转台的回转弧长并修正回转台。
作为本发明的进一步改进，所述旋转模块包括检测光源二和光敏环二，所述光敏环二设置于回转台上并与夹持座同轴设置，所述检测光源二设置于夹持座的底部，所述检测光源二用于发射检测光至光敏环二上并形成旋转标记；
所述旋转模块内配置有旋转策略，所述旋转策略用于识别旋转标记沿光敏环二移动的弧长以得到夹持座的旋转弧长并修正夹持座。
本发明的有益效果：
1、通过设置在床身中的摇篮总成中的转动机构控制回转台沿与摇篮架安装位置转动，并且在夹具总成中的旋转机构控制夹持座沿与回转台连接处转动，以及刀头总成的作用下，使得在对工件夹持并加工时实现五轴联动控制，从而实现对工件进行精密加工；
2、通过控制终端输入用于工件加工的加工程序，基于加工程序分步控制刀头总成、摇篮总成和夹具总成工作，以达到对工件进行加工控制，在装夹子系统的作用下对夹持座与刀架进行中心校准，并在中心校准后对工件进行中心定位夹持，使得对工件进行加工时不易出现因为中心位置出现偏差造成加工精度降低，并且在修正子系统的作用下，在加工过程中实时对回转台和夹持座进行监测，并在回转台和夹持座与加工程序中对应的加工步骤比对出现转动偏差时进行修正调节，实现对工件进行对中夹持，并且在加工过程中对影响工件位置的回转台和夹持座实时监测修正，从而提高工件加工的精度。
附图说明
图1为整体机床的立体结构示意图；
图2为摇篮总成的结构示意图；
图3为转动机构和张紧机构的结构示意图；
图4为旋转机构的结构示意图；
图5为控制终端的系统组成图；
图6为构建夹持坐标系和调节刀架的系统流程图；
图7为构建机床坐标系和控制刀架与移动台对中控制的系统流程图；
图8为对中标记修正调节的系统流程图；
图9为生成端面图像并填补形成装夹图像的系统流程图；
图10为形成定位标记的系统流程图；
图11为对工件装夹时识别端面图像与偏差标线位置并调节的系统流程图。
附图标记：1、床身；11、移动台；12、台架；2、刀头总成；3、摇篮总成；31、摇篮架；311、主轴箱；312、尾座；32、回转台；4、转动机构；41、伺服电机；42、传动皮带；43、谐波减速器；44、中心轴；45、主动带轮；46、从动带轮；5、夹具总成；51、夹持座；52、夹爪；53、夹持滑轨；6、旋转机构；61、旋转电机；62、驱动皮带；63、旋转轴；64、驱动带轮；65、旋转带轮；7、张紧机构；71、张紧电缸；72、张紧轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
参考图1至图11所示，为本发明一种零件精密加工用机床及其控制系统的具体实施方式，包括床身1、刀头总成2、摇篮总成3和夹具总成5，床身1中设置有移动台11，刀头总成2包括刀具库、移动装置和台架12，刀具库设置于床身1中并用于安放加工刀头，刀架与床身1连接并用于装夹刀头，移动装置设置于床身1中并用于连接刀架和移动台11，在移动装置的作用下用于控制刀架从刀具库中选定用于加工的刀头并装夹刀头，移动装置还用于控制刀架沿X轴、Y轴和Z轴方向移动。台架12设置于移动台11上，摇篮总成3和夹具总成5设置于台架12上，从而达到在位移总成的作用下能够带动台架12刀架移动，以实现五轴联动控制，摇篮总成3包括转动机构4、摇篮架31和回转台32，摇篮架31与台架12连接，回转台32设置于摇篮架31中，转动机构4设置于摇篮架31中并与回转台32连接，以通过转动机构4能够控制回转台32沿摇篮架31转动。夹具总成5包括夹持座51、夹爪52和旋转机构6，夹持座51设置于回转台32上，夹持座51中形成有夹持滑轨53，夹爪52设置于夹持滑轨53内并用于夹持工件，旋转机构6设置于回转台32中并与夹持座51连接，以控制所述夹持座51转动。从而实现通过移动总成、转动机构4和旋转机构6进行五轴联动控制的效果。
摇篮架31包括主轴箱311和尾座312，主轴箱311和尾座312分别通过螺栓与台架12连接，回转台32设置于主轴箱311和尾座312之间并两端分别与主轴箱311和尾座312连接，转动机构4包括伺服电机41、传动皮带42和谐波减速器43，回转台32与主轴箱311之间通过中心轴44连接，伺服电机41设置于主轴箱311内并同轴固定连接有主动带轮45，中心轴44的端部同轴连接有从动带轮46，传动皮带42用于连接主动带轮45和从动带轮46，谐波减速器43与中心轴44连接并用于对中心轴44减速，以使在伺服电机41带动主动带轮45转动时，通过传动皮带42运动，以带动中心轴44转动，从而控制回转台32转动。
旋转机构6包括旋转电机61和驱动皮带62，旋转电机61设置于回转台32中，夹持座51同轴连接有旋转轴63，旋转电机61同轴固定连接有驱动带轮64，旋转轴63同轴固定连接有旋转带轮65，驱动皮带62用于连接驱动带轮64和旋转带轮65，在转动机构4和旋转机构6的作用下实现对回转台32和夹持座51的转动控制，夹持滑轨53中还设置有用于连接夹爪52的夹持气缸，在夹持气缸的作用下用于控制夹爪52沿夹持滑轨53移动，实现对工件的夹持或松弛。
摇篮架31和夹持座51中分别设置有张紧机构7，张紧机构7包括张紧电缸71和张紧轮72，设置于摇篮架31中的张紧电缸71与摇篮架31之间通过螺栓连接，张紧电缸71的输出轴连接张紧轮72，设置于摇篮架31中的张紧轮72用于对传动皮带42张紧，设置于夹持座51中的张紧电缸71与夹持座51之间通过螺栓连接，张紧电缸71的输出轴连接张紧轮72，设置于夹持座51中的张紧轮72用于对驱动皮带62张紧，随着传动皮带42和驱动皮带62的使用会出现松弛，在出现松弛时容易导致回转台32和夹持座51的转动出现误差，由于加工的工件要求精度高，在出现误差时容易造成工件的加工尺寸不符合要求，对此在张紧机构7的作用下对传动皮带42和驱动皮带62进行张紧调节，从而修正回转台32和夹持座51的转动角度，以实现回转台32和夹持座51能够精准转动，提高工件的加工精度。
床身1上还设置有控制终端，控制终端包括加工系统和校准系统，加工系统用于输入控制加工的加工程序，加工程序用于控制刀头总成2、摇篮总成3和夹具总成5进行加工控制，加工程序包括工件图样、偏差信息和控制数据，工件图样表征工件加工完成后的三维结构样式，偏差信息表征工件加工完成后的误差范围，控制数据包括控制步骤和偏转角度，控制步骤表征用于控制回转台32和夹持座51转动的分步步骤并进行编号，偏转角度包括回转角度和旋转角度，回转角度表征对应控制步骤中回转台32的转动角度，旋转角度表征对应控制步骤中夹持座51的转动角度。校准系统包括装夹子系统和修正子系统，装夹子系统用于控制夹持座51与刀架中心校准，并用于生成夹持定位线，将夹持定位线于夹持座51上显示，基于夹持定位线控制夹爪52沿夹持滑轨53移动并夹持工件，修正子系统用于对回转台32和夹持座51的转动进行检测，并控制转动机构4和旋转机构6执行对应加工程序中的控制步骤，基于控制步骤和偏转角度检测回转台32和夹持座51的转动位置并修正回转台32和夹持座51。
装夹子系统包括对中模块和装夹模块，对中模块包括视觉单元和模型单元，视觉单元设置于刀架上，夹持座51的中心位置形成有标记孔，标记孔中喷涂有检测标记，视觉单元上还设置有激光发射器，视觉单元用于获取夹持座51的位置并形成目标图像，激光发射器用于在夹持座51上形成对中标记，模型单元内配置有模型策略，模型策略包括夹持模型逻辑和机床模型逻辑，夹持模型逻辑包括：
获取形成有对中标记的目标图像，识别目标图像中的夹持滑轨53并形成滑轨标记，设置于夹持座51上的夹持滑轨53沿夹持座51圆周阵列设置为四个，四个夹持滑轨53形成十字型，以目标图像中标记孔的位置为原点，以滑轨标记为坐标轴构建夹持坐标，并设定夹持坐标的X轴和Y轴，以及确定夹持坐标的正轴方向，根据对中标记位于夹持坐标中的坐标值生成调节数据，调节数据包括调节方向和调节距离，调节方向表征沿夹持坐标调节的对中标记的方向，调节距离表征沿夹持坐标的X轴、Y轴调节对中标记移动的距离值，刀头总成2中的移动装置基于调节数据调节刀架移动以带动对中标记移动至夹持坐标的原点位置。例如，识别到对中标记位于夹持坐标中的坐标值为（-5,7），此时调节方向为沿X轴的正向调节并且沿X轴调节的调节距离为5，沿Y轴的负向调节并且沿Y轴调节的调节距离为7，从而调节对中标记至夹持坐标的原点位置，此时表征刀架位置与夹持座51的中心位置对准。
夹持模型逻辑还包括：
检测标记包括边缘区域、精进区域和精密区域，调取加工程序中的偏差信息，根据偏差信息划分精度等级，精度等级包括一般偏差、精细偏差和精密偏差，其中一般偏差表征偏差等级为百分级别，精细偏差表征偏差等级为千分级别，精密偏差表征偏差等级为微分级别，调节视觉单元的分辨率，以控制视觉单元获取标记孔的图像并生成标记图像，识别标记图像中对中标记的位置，并根据获取的偏差信息中精度等级确定对中标记对应处于检测标记中的位置，若对中标记与检测标记中对应位置偏差时，生成修正数据，根据修正数据调节对中标记至检测标记中对应的位置，当对中标记与检测标记中对应位置匹配时生成校准信号，校准信号用于表征完成刀架与夹持座51的对中校准。例如，对零件的加工的精度等级为精密偏差，此时若对中标记未落入至检测标记对应的精密区域内时，根据修正数据控制对中标记移动至精密区域范围内，从而完成对中校准。
机床模型逻辑包括：
在床身1的加工区域内形成机床坐标，机床坐标以完成对中校准后刀架的位置为坐标原点，以夹持坐标的坐标轴方向为机床坐标的X轴和Y轴，以床身1高度方向为Z轴构建，对刀架构建移动坐标一，对移动台11构建移动坐标二，移动坐标一以刀架为原点，以夹持坐标的坐标轴方向构建X轴和Y轴，移动坐标二以标记孔为原点，以夹持坐标的坐标轴方向构建X轴和Y轴，以使在对工件进行加工时以机床坐标为基准确定刀架和工件的移动位置，在对工件完成加工时，控制移动坐标一和移动坐标二以机床坐标为基准复位，从而实现回转台32、夹持座51和刀架的对中复位，以使在完成对中校准后，不需要每次加工完成后再次进行对中校准。
机床模型逻辑还包括：
对加工次数进行统计形成统计表，统计表用于记录加工次数和精度等级，床身1启动并加工时生成启动信号，识别在统计表中的启动信号是否处于首位，若启动信号并不处于首位时，生成复核信号，基于复核信号调取偏差信息并获取偏差信息的精度等级，若精度等级与统计表中上一加工次数的精度等级一致时生成退出信号，若精度等级与统计表中上一加工次数的精度等级不一致时调节对中标记至获取到偏差信息的精度等级，并在调节完成时生成退出信号，退出信号表征完成对中标记复核并退出对中校准。
装夹模块内配置有定位策略，定位策略包括工件识别逻辑和定位标记逻辑，工件识别逻辑用于根据工件图像生成装夹图像，定位标记逻辑用于获取装夹图像并在夹持座51上形成定位线，工件识别逻辑包括：
在获取到校准信号或退出信号时，调取加工程序中的工件图样，识别对工件加工以获得工件图样的装夹方向，根据装夹方向获取工件图样正对视觉单元的端面图像，识别端面图像的边缘并填补形成装夹图像，装夹图像表征对工件进行装夹时工件正对视觉单元的端面图像，端面图像为装夹图像的内切图形。
装夹模块还包括投影单元，投影单元用于在夹持座51上形成夹持定位线，定位标记逻辑包括：
获取装夹图像的中点位置形成图像中点，在夹持坐标中拟合装夹图像，将图像中点与夹持坐标的原点重合，识别装夹图像与夹持坐标的坐标轴之间是否出现偏转，在出现偏转时调节装夹图像的边缘线与夹持坐标的坐标轴平行，此时装夹图像的边缘线与夹持滑轨53平行，获取装夹图像的边角在夹持坐标中的坐标值并形成边角坐标集，投影单元获取边角坐标集并在夹持座51上形成定位标记，并沿夹持滑轨53的方向连接定位标记形成夹持定位线，在形成夹持定位线时还用于生成夹持信号。
装夹模块内还配有夹持策略，夹持策略包括：
对夹爪52沿夹持坐标编号以形成夹爪编号，获取夹持信号，并生成夹持步骤，基于夹持步骤控制对应夹爪编号的夹爪52沿夹持滑轨53移动至夹持定位线处，在移动至夹持定位线处后调取偏差信息，基于偏差信息确定偏差权重，偏差权重与精度等级成正比，并根据偏差权重修正夹持定位线生成偏差标线。
夹持策略还包括：
在装夹工件时，工件遮挡标记孔，在识别到标记孔被遮挡时，调取端面图像并识别端面图像是否位于偏差标线范围内，若端面图像与偏差标线存在重叠区域时生成校验信号，基于校验信号控制对中模块重新进行中心校准，若端面图像与偏差标线不存在重叠区域时生成加工信号，以使刀头总成2、摇篮总成3和夹具总成5基于控制数据对工件加工。
修正子系统包括回转模块和旋转模块，回转模块用于监测回转台32的转动角度并对回转台32进行修正调节，旋转模块用于监测夹持座51的转动角度并对夹持座51进行修正调节。
回转模块包括检测光源一和光敏环一，光敏环一设置于主轴箱311朝向回转台32的一侧，检测光源一设置于夹持座51一侧，检测光源一用于发射检测光至光敏环一上并形成回转标记，回转模块内配置有回转策略，回转策略用于识别回转标记沿光敏环一移动的弧长以得到回转台32的回转弧长并修正回转台32，回转策略修正回转台32的具体方式包括：
在主轴箱311上形成正向标记一，调取控制数据并根据加工步骤匹配对应控制步骤以获取对应控制步骤的回转角度，识别回转标记在对应控制步骤时形成的回转弧长并转换成回转台32的实时角度，将实时角度与回转角度匹配，若出现偏差时生成修正信号，根据修正信号生成回转参数，回转参数包括回转差角和回转方向，回转差角表征实时角度与回转角度的差值，回转方向表征控制回转台32修正的方向，基于回转参数修正回转台32的位置。例如，回转差角为3°，并且实时角度大于回转角度，此时表示回转台32多旋转了3°，回转方向赋值为负向转动，控制回转台32沿正向标记一的反方向转动3°，从而修正回转台32旋转至回转角度对应的位置。
旋转模块包括检测光源二和光敏环二，光敏环二设置于回转台32上并与夹持座51同轴设置，检测光源二设置于夹持座51的底部，检测光源二用于发射检测光至光敏环二上并形成旋转标记，旋转模块内配置有旋转策略，旋转策略用于识别旋转标记沿光敏环二移动的弧长以得到夹持座51的旋转弧长并修正夹持座51，旋转策略修正夹持座51的具体方式包括：
在夹持座51上形成正向标记二，调取控制数据并根据加工步骤匹配对应控制步骤以获取对应控制步骤的旋转角度，识别旋转标记在对应控制步骤时形成的旋转弧长并转换成夹持座51的实时转角，将实时转角与旋转角度匹配，若出现偏差时生成修正信号，根据修正信号生成旋转参数，旋转参数包括旋转差角和旋转方向，旋转差角表征实时转角与旋转角度的差值，旋转方向表征控制夹持座51修正的方向，基于旋转参数修正夹持座51的位置。例如，旋转差角为5°，并且实时转角小于旋转角度，此时表示夹持座51少旋转了5°，旋转方向赋值为正向转动，控制夹持座51沿正向标记二同向转动5°，从而修正夹持座51旋转至旋转角度对应的位置。
工作原理及其效果：
通过设置在床身1中的摇篮总成3中的转动机构4控制回转台32沿与摇篮架31安装位置转动，并且在夹具总成5中的旋转机构6控制夹持座51沿与回转台32连接处转动，以及刀头总成2的作用下，使得在对工件夹持并加工时实现五轴联动控制，从而实现对工件进行精密加工。通过控制终端输入用于工件加工的加工程序，基于加工程序分步控制刀头总成、摇篮总成3和夹具总成5工作，以达到对工件进行加工控制，在装夹子系统的作用下对夹持座51与刀架进行中心校准，并在中心校准后对工件进行中心定位夹持，使得对工件进行加工时不易出现因未中心位置出现偏差造成加工精度降低，并且在修正子系统的作用下，在加工过程中实时对回转台32和夹持座51进行监测，并在回转台32和夹持座51与加工程序中对应的加工步骤比对出现转动偏差时进行修正调节，实现对工件进行对中夹持，并且在加工过程中对影响工件位置的回转台32和夹持座51实时监测修正，从而提高工件加工的精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种零件精密加工用机床的控制系统，应用于零件精密加工用机床中，所述的机床包括：
床身(1)，所述床身(1)中设置有移动台(11)；
刀头总成(2)，所述刀头总成(2)设置于床身(1)中，并用于装夹刀具对工件加工；
其特征在于，还包括：
台架(12)，所述台架(12)设置于移动台(11)上；
摇篮总成(3)，所述摇篮总成(3)包括转动机构(4)、摇篮架(31)和回转台(32)，所述摇篮架(31)与台架(12)连接，所述回转台(32)设置于摇篮架(31)中，所述转动机构(4)设置于摇篮架(31)中并与所述回转台(32)连接，以控制所述回转台(32)转动；
夹具总成(5)，所述夹具总成(5)包括夹持座(51)、夹爪(52)和旋转机构(6)，所述夹持座(51)设置于回转台(32)上，所述夹持座(51)中形成有夹持滑轨(53)，所述夹爪(52)设置于夹持滑轨(53)内并用于夹持工件，所述旋转机构(6)设置于回转台(32)中并与所述夹持座(51)连接，以控制所述夹持座(51)转动；
所述床身(1)上还设置有控制终端，所述控制终端包括加工系统和校准系统，所述加工系统用于输入控制加工的加工程序，所述加工程序用于控制刀头总成(2)、摇篮总成(3)和夹具总成(5)进行加工控制；
所述校准系统包括装夹子系统和修正子系统，所述装夹子系统用于控制夹持座(51)与刀头总成(2)中心校准，并用于生成夹持定位线，将夹持定位线于夹持座(51)上显示，基于夹持定位线控制夹爪(52)沿夹持滑轨(53)移动并夹持工件，所述修正子系统用于对回转台(32)和夹持座(51)的转动进行检测，并控制转动机构(4)和旋转机构(6)执行对应加工程序中的加工步骤，基于加工步骤检测回转台(32)和夹持座(51)的转动位置并修正回转台(32)和夹持座(51)。
2.根据权利要求1所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述摇篮架(31)包括主轴箱(311)和尾座(312)，所述回转台(32)与主轴箱(311)和尾座(312)连接，所述转动机构(4)包括伺服电机(41)、传动皮带(42)和谐波减速器(43)，所述回转台(32)与主轴箱(311)之间通过中心轴(44)连接，所述伺服电机(41)设置于主轴箱(311)内并同轴固定连接有主动带轮(45)，所述中心轴(44)的端部同轴连接有从动带轮(46)，所述传动皮带(42)用于连接主动带轮(45)和从动带轮(46)，所述谐波减速器(43)与中心轴(44)连接并用于对中心轴(44)减速。
3.根据权利要求2所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述旋转机构(6)包括旋转电机(61)和驱动皮带(62)，所述旋转电机(61)设置于回转台(32)中，所述夹持座(51)同轴连接有旋转轴(63)，所述旋转电机(61)同轴固定连接有驱动带轮(64)，所述旋转轴(63)同轴固定连接有旋转带轮(65)，所述驱动皮带(62)用于连接驱动带轮(64)和旋转带轮(65)。
4.根据权利要求3所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述摇篮架(31)和夹持座(51)中分别设置有张紧机构(7)，所述张紧机构(7)包括张紧电缸(71)和张紧轮(72)，设置于所述摇篮架(31)中的张紧电缸(71)与摇篮架(31)之间通过螺栓连接，所述张紧电缸(71)的输出轴连接张紧轮(72)，设置于所述摇篮架(31)中的张紧轮(72)用于对传动皮带(42)张紧；
设置于所述夹持座(51)中的张紧电缸(71)与夹持座(51)之间通过螺栓连接，所述张紧电缸(71)的输出轴连接张紧轮(72)，设置于所述夹持座(51)中的张紧轮(72)用于对驱动皮带(62)张紧。
5.根据权利要求4所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述加工程序包括工件图样、偏差信息和控制数据，所述工件图样表征工件加工完成后的三维结构样式，所述偏差信息表征工件加工完成后的误差范围，所述控制数据包括控制步骤和偏转角度，所述控制步骤表征用于控制回转台(32)和夹持座(51)转动的分步步骤并进行编号，所述偏转角度包括回转角度和旋转角度，所述回转角度表征对应控制步骤中回转台(32)的转动角度，所述旋转角度表征对应控制步骤中夹持座(51)的转动角度。
6.根据权利要求5所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述装夹子系统包括对中模块，所述对中模块包括视觉单元和模型单元，所述视觉单元设置于刀架上，所述夹持座(51)的中心位置形成有标记孔，所述标记孔中喷涂有检测标记，所述视觉单元上还设置有激光发射器，所述视觉单元用于获取夹持座(51)的位置并形成目标图像，所述激光发射器用于在夹持座(51)上形成对中标记，所述模型单元内配置有模型策略，模型策略包括夹持模型逻辑和机床模型逻辑，所述夹持模型逻辑用于控制对中标记与检测标记对中校准，所述机床模型逻辑用于控制回转台(32)、夹持座(51)和刀架的对中复位，并根据加工程序中的偏差信息控制对中标记与检测标记进行复核对中校准。
7.根据权利要求6所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述夹持模型逻辑包括：
获取形成有对中标记的目标图像，识别目标图像中的夹持滑轨(53)并形成滑轨标记，以目标图像中标记孔的位置为原点，以滑轨标记为坐标轴构建夹持坐标，并设定夹持坐标的X轴和Y轴，以及确定夹持坐标的正轴方向，根据对中标记位于夹持坐标中的坐标值生成调节数据，刀头总成(2)中的移动装置基于调节数据调节刀架移动以带动对中标记移动至夹持坐标的原点位置。
8.根据权利要求7所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述夹持模型逻辑还包括：
所述检测标记包括边缘区域、精进区域和精密区域，调取加工程序中的偏差信息，根据偏差信息划分精度等级，所述精度等级包括一般偏差、精细偏差和精密偏差，调节视觉单元的分辨率，以控制视觉单元获取标记孔的图像并生成标记图像，识别标记图像中对中标记的位置，并根据获取的偏差信息中精度等级确定对中标记对应处于检测标记中的位置；
若对中标记与检测标记中对应位置偏差时，生成修正数据，根据修正数据调节对中标记至检测标记中对应的位置；
当对中标记与检测标记中对应位置匹配时生成校准信号，校准信号用于表征完成刀架与夹持座(51)的对中校准。
9.根据权利要求8所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述机床模型逻辑包括：
在床身(1)的加工区域内形成机床坐标，机床坐标以完成对中校准后刀架的位置为坐标原点，以夹持坐标的坐标轴方向为机床坐标的X轴和Y轴，以床身(1)高度方向为Z轴构建，对刀架构建移动坐标一，对移动台(11)构建移动坐标二，移动坐标一以刀架为原点，以夹持坐标的坐标轴方向构建X轴和Y轴，移动坐标二以标记孔为原点，以夹持坐标的坐标轴方向构建X轴和Y轴；
对工件进行加工时以机床坐标为基准确定刀架和工件的移动位置，在对工件完成加工时，控制移动坐标一和移动坐标二以机床坐标为基准复位。
10.根据权利要求9所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述机床模型逻辑还包括：
对加工次数进行统计形成统计表，统计表用于记录加工次数和精度等级，床身(1)启动并加工时生成启动信号，识别在统计表中的启动信号是否处于首位；
若启动信号并不处于首位时，生成复核信号，基于复核信号调取偏差信息并获取偏差信息的精度等级；
若精度等级与统计表中上一加工次数的精度等级一致时生成退出信号；
若精度等级与统计表中上一加工次数的精度等级不一致时调节对中标记至获取到偏差信息的精度等级，并在调节完成时生成退出信号，所述退出信号表征完成对中标记复核并退出对中校准。
11.根据权利要求10所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述装夹子系统还包括装夹模块，所述装夹模块内配置有定位策略和夹持策略，所述定位策略包括工件识别逻辑和定位标记逻辑，所述工件识别逻辑用于根据工件图像生成装夹图像，所述定位标记逻辑用于获取装夹图像并在夹持座(51)上形成定位线；
所述装夹模块还包括投影单元，所述投影单元用于在夹持座(51)上投影夹持定位线。
12.根据权利要求11所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述装夹模块内还配置有夹持策略，所述夹持策略包括：
控制夹爪(52)沿夹持滑轨(53)移动至夹持定位线处，在移动至夹持定位线处后调取偏差信息，基于偏差信息确定偏差权重，偏差权重与精度等级成正比，并根据偏差权重修正夹持定位线生成偏差标线；
识别到工件遮挡标记孔时，调取端面图像并识别端面图像是否位于偏差标线范围内；
若端面图像与偏差标线存在重叠区域时生成校验信号，基于校验信号控制对中模块重新进行中心校准；
若端面图像与偏差标线不存在重叠区域时生成加工信号，以使刀头总成(2)、摇篮总成(3)和夹具总成(5)基于控制数据对工件加工。
13.根据权利要求5-12中任意一项所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述修正子系统包括回转模块和旋转模块，所述回转模块用于监测回转台(32)的转动角度并对回转台(32)进行修正调节，所述旋转模块用于监测夹持座(51)的转动角度并对夹持座(51)进行修正调节。
14.根据权利要求13所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述回转模块包括检测光源一和光敏环一，所述光敏环一设置于主轴箱(311)朝向回转台(32)的一侧，所述检测光源一设置于夹持座(51)一侧，所述检测光源一用于发射检测光至光敏环一上并形成回转标记；
所述回转模块内配置有回转策略，所述回转策略用于识别回转标记沿光敏环一移动的弧长以得到回转台(32)的回转弧长并修正回转台(32)。
15.根据权利要求13所述的一种零件精密加工用机床的控制系统，其特征在于：所述旋转模块包括检测光源二和光敏环二，所述光敏环二设置于回转台(32)上并与夹持座(51)同轴设置，所述检测光源二设置于夹持座(51)的底部，所述检测光源二用于发射检测光至光敏环二上并形成旋转标记；
所述旋转模块内配置有旋转策略，所述旋转策略用于识别旋转标记沿光敏环二移动的弧长以得到夹持座(51)的旋转弧长并修正夹持座(51)。
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