CN117484210B - 一种摇篮式五轴联动机床及其联控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摇篮式五轴联动机床及其联控系统，涉及立式数控机床技术领域，其包括床身，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，并用于装夹刀具对毛坯件加工；还包括：摇篮总成，所述摇篮总成包括摇篮架和夹持座，所述摇篮架与移动台连接，所述夹持座设置于摇篮架中，并用于夹持毛坯件；所述摇篮架中设置有转动机构，所述转动机构用于控制夹持座沿摇篮架转动调节，所述夹持座中设置有旋转机构，所述旋转机构用于控制毛坯件沿夹持座转动。具有对特殊的非标工件进行高精度加工和加工控制的效果。

Description

一种摇篮式五轴联动机床及其联控系统

技术领域

本发明涉及立式数控机床技术领域，更具体的说是涉及一种摇篮式五轴联动机床及其联控系统。

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。

由于目前的五轴加工机床的加工精度相对于普通机床更好，对此大部分五轴加工机床用于加工精密零件的居多，其中存在很多加工精度要求高的非标件加工，上述现有技术虽然能够通过五轴联控的方式对工件进行加工，但是现有技术中的五轴加工机床更多的是通过设定编程后，通过设定好的程序对工件进行加工，导致在出现编程或刀具测量的细微误差时，很容易造成撞刀或过加工的情况，以使加工的零件达不到精度要求而报废，对此本发明提供一种摇篮式五轴联动机床及其联控系统，以实现对精度要求较高的非标工件进行加工，提高加工精度，并减小撞刀或过加工的异常情况。

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摇篮式五轴联动机床及其联控系统，具有对特殊的非标工件进行高精度加工和加工控制的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种摇篮式五轴联动机床，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，并用于装夹刀具对毛坯件加工；

还包括：

摇篮总成，所述摇篮总成包括摇篮架和夹持座，所述摇篮架与移动台连接，所述夹持座设置于摇篮架中，并用于夹持毛坯件；

所述摇篮架中设置有转动机构，所述转动机构用于控制夹持座沿摇篮架转动调节，所述夹持座中设置有旋转机构，所述旋转机构用于控制毛坯件沿夹持座转动。

作为本发明的进一步改进，所述摇篮架包括主轴箱和尾座，所述夹持座包括回转台和夹盘，所述回转台设置于主轴箱和尾座之间并分别与主轴箱和尾座转动连接，所述夹盘设置于回转台上并用于夹持毛坯件；

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，旋转电机设置于回转台中，所述夹盘同轴连接有旋转轴，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。

本发明还提供了如下技术方案：

一种摇篮式五轴联动机床的联控系统，应用于上述摇篮式五轴联动机床，所述床身上还设置有控制终端；

所述控制终端包括模型系统和控制系统，模型系统包括程序模块，所述控制系统包括执行模块和调节模块；

所述程序模块包括输入单元和模拟单元，所述输入单元用于输入编程程序和工件参数，所述模拟单元内配置有模型空间和模拟策略，所述模拟策略包括调取工件参数，基于工件参数在模型空间中形成用于加工的毛坯模型，并调取编程程序，根据编程程序对毛坯模型进行模拟加工并获得成型模型；

所述模型系统还包括标记模块，所述标记模块包括视觉单元和标记单元，所述视觉单元用于识别位于夹持座上的毛坯件并形成毛坯图像，所述标记单元包括激光器和配置于标记单元内的标记策略，所述标记策略包括获取毛坯模型和成型模型，基于毛坯模型和成型模型获得在毛坯件上进行加工的范围信息，根据范围信息控制激光器在毛坯件上形成加工标记；

所述执行模块包括执行单元，所述执行单元用于获取基于模拟单元模拟后确定的编程程序，根据编程程序控制刀头总成、移动台和摇篮总成联动控制；

所述调节模块内配置有调节策略，所述调节策略包括获取毛坯图像，并识别毛坯图像中是否存在瑕疵并在存在瑕疵时形成瑕疵标记，并判断瑕疵标记对应的瑕疵会使刀具发生撞刀时，生成调节指令，基于调节指令修正对应瑕疵标记处的编程程序。

作为本发明的进一步改进，所述模拟策略包括坐标逻辑和刀位逻辑；

所述坐标逻辑包括：

获取进行加工时的世界坐标系，所述世界坐标系为基于床身进行设定的坐标系，基于世界坐标系构建模拟空间，利用工件参数在模型空间中显示用于表征毛坯件的毛坯模型，并显示毛坯件在模型空间中的坐标位置；

所述刀位逻辑包括：

调取编程程序时识别进行换刀或走刀的程序指令并形成程序标记，根据程序标记获得对应程序操作时的标记坐标，并在世界坐标系中对应的标记坐标位置形成刀位标记。

作为本发明的进一步改进，所述模拟单元内还配置有换刀阈值、厚度阈值和补偿阈值，所述补偿阈值包括第一补偿值和第二补偿值，所述刀位逻辑修正标记坐标的具体方式包括：

识别编程程序中位于刀位标记之前的程序指令，程序指令包括换刀指令或走刀指令；

在识别到为换刀指令时，获取刀位标记之后的编程程序，并基于工件参数确定更换的刀具类型，在刀位标记处形成用于表征刀具类型的刀具模型；

根据换刀阈值修正对应刀位标记的标记坐标值，在对应换刀指令中编辑走位指令并修正编程程序，基于走位指令在换刀后控制刀具移动至未经过换刀阈值修正的标记坐标处；

在识别到为走刀指令时，识别对应走刀指令的刀位标记处毛坯件的厚度，判断毛坯件的厚度是否大于厚度阈值，若毛坯件的厚度大于厚度阈值时，以第一补偿值修正标记坐标，并生成补偿指令一，根据补偿指令一修正编程程序；

若毛坯件的厚度小于厚度阈值时，以第二补偿值修正标记坐标，并生成补偿指令二，根据补偿指令二修正编程程序。

作为本发明的进一步改进，所述走位指令包括路径子指令和转速子指令，所述路径子指令用于控制刀头总成带动更换后的刀具移动至刀位标记未经过换刀阈值修正的标记坐标位置，所述转速子指令用于控制刀具在沿路径子指令移动时降低转速，并在移动至标记坐标位置时恢复编程程序中对应刀位标记处刀具的转速。

作为本发明的进一步改进，所述刀位逻辑还包括：

在生成走位指令、补偿指令一和补偿指令二时，还分别生成反馈指令，基于反馈指令在控制终端中调取对应编程程序的位置，并对走位指令、补偿指令一和补偿指令二形成修改标记，基于修改标记识别对编程程序修正的位置，并判断是否接受修改，若不接受修改时，能够通过控制终端的输入单元对编程程序进行恢复或调整，若接受修改时，将修改后的编程程序替换基于输入单元输入的初始的编程程序。

作为本发明的进一步改进，所述刀位逻辑修正标记坐标时还包括：

在基于换刀阈值和补偿阈值对标记坐标进行修正后，识别标记坐标与编程程序加工后的毛坯件之间是否出现干涉，并在出现干涉时生成报错信息，将报错信息赋于反馈指令中，并在于控制终端中显示编程程序时，将发生报错信息在编程程序中的位置形成报错标记。

作为本发明的进一步改进，所述调节策略包括识别逻辑和调整逻辑，所述识别逻辑用于识别毛坯图像中的瑕疵，所述调整逻辑用于生成调节指令并修正编程程序，所述视觉单元包括设置于床身中的五个视觉相机，五个视觉相机分别用于获取毛坯件的端面和侧面的图像，瑕疵标记包括凸出标记和凹陷标记；

所述识别逻辑具体包括：

调取毛坯图像，毛坯图像包括端面子图像和侧面子图像，调取工件参数，并根据工件参数在端面子图像中形成端面标线，基于端面标线识别端面子图像的完整度；

若出现超出端面标线的位置，则表征毛坯件的外壁上存在凸出的瑕疵区域；

若出现端面标线与端面子图像的边缘之间出现空隙，则表征毛坯件的外壁且靠近端面的位置出现破损区域；

识别侧面子图像中是否出现阴影区域，并在识别到阴影区域时，获取阴影区域沿毛坯件轴线方向对应的端面子图像位置是否出现瑕疵区域，若同时存在瑕疵区域时，判定阴影区域为凸出型瑕疵并在毛坯图像对应阴影区域位置形成凸出标记；

若不存在瑕疵区域时，判定阴影区域为凹陷瑕疵并在毛坯图像对应阴影区域位置形成凹陷标记。

作为本发明的进一步改进，所述识别逻辑还包括：

获取凹陷标记的位置，基于凹陷标记的位置确定位于毛坯件侧面的视觉相机，调节抓取凹陷标记位置视觉相机的角度并对凹陷标记位置进行多次抓取形成比对图像，基于比对图像和侧面子图像获得凹陷标记的深度图像，基于深度图像获得凹陷标记的凹陷深度并生成凹陷值。

作为本发明的进一步改进，所述调节指令包括调整方向和调整值，调整逻辑具体包括：

调取瑕疵区域的边缘，获取瑕疵区域的边缘与端面标线之间的距离值，并提取距离值中的最大值做为凸出值，将凸出值与换刀阈值或补偿阈值做差处理并生成凸出差值；

调取凹陷标记的凹陷值，将凹陷值与换刀阈值或补偿阈值做差处理并生成凹陷差值；

获取凸出差值为负值的凸出标记和凹陷差值为负值的凹陷标记，并生成剔除信号，基于剔除信号在毛坯图像中剔除对应位置的凸出标记和凹陷标记；

配置调整权重，用调整权重调整为正值的凸出差值和凹陷差值以获得对应瑕疵位置刀具的调整值，对瑕疵位置为凸出标记的赋予调整方向为1，对瑕疵位置为凹陷标记的赋予调整方向为0，根据调整值和调整方向调整加工过程中刀具在凸出标记和凹陷标记处的位置。

作为本发明的进一步改进，所述控制系统还包括供电模块，所述供电模块包括控电单元、备电单元和异常单元，所述床身内还设置有备用电源，所述异常单元内配置有强制指令，所述强制指令用于在出现异常情况时强行终止编程程序，并通过强制指令控制刀具与毛坯件分离，所述控电单元内配置有主电比例和供电策略；

所述供电策略包括在进行加工时，外接电源保持稳定供电情况下，保持以主电比例进行供电，当外接电源断电时生成备电信号；

所述备电单元内配置有备电域时和备电策略，所述备电策略包括在识别到备电信号时，基于备用电源的总电量和备电域时获得备电电压，所述备电电压用于提供强制指令执行使用的电压。

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，并且在回转台中的旋转机构控制夹盘沿与回转台连接处转动，以及刀头总成的作用下，使得在对毛坯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、通过输入单元输入工件参数和编程程序，以使在模型空间中模拟形成毛坯模型，并根据编程程序在模拟空间中模拟加工过程以形成成型模型，从而判断编程程序是否正确，同时基于模拟策略中的坐标逻辑和刀位逻辑识别刀具在换刀和走刀的调节，根据刀位逻辑实现识别编程程序中换刀指令或走刀指令，以生成对应换刀指令的走位指令，以控制在进行换刀时，刀具不易与毛坯件发生撞刀，在识别到走刀指令时生成对应走刀指令的补偿指令一或补偿指令二，从而控制在进行走刀时，刀具与毛坯件之间存在间隙，以确保走刀时，刀具不易与毛坯件之间发生撞刀，基于模拟后形成修正的编程程序，并且在实际加工时，通过识别毛坯件的毛坯图像，基于毛坯图像识别毛坯件上是否出现瑕疵，以及对瑕疵类型进行识别，对凸出标记和凹陷标记对应的瑕疵位置生成调节指令，以使在调节指令的作用下对刀具在实际加工时修正调节，实现刀具在进行加工时不易因瑕疵出现撞刀损坏。在供电模块的作用下对加工时进行断电保护，以使出现断电时，通过备用电源的切换确保能够执行强制指令，达到对刀具进行断电保护的效果。

附图说明

图1为摇篮式五轴联动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为转动机构的结构示意图；

图4为旋转机构的结构示意图；

图5为加工后的成型工件结构图；

图6为联控系统的系统构成图；

图7为形成成型模型和加工标记的系统流程图；

图8为识别换刀指令或走刀指令并修正编程程序的系统流程图；

图9为基于毛坯图像识别毛坯件表面瑕疵的系统流程图；

图10为生成凹陷值的系统流程图；

图11为形成调节指令并修正编程程序的系统流程图。

附图标记：1、床身；2、移动台；3、刀头总成；4、摇篮总成；5、摇篮架；51、主轴箱；52、尾座；6、夹持座；61、回转台；62、夹盘；7、转动机构；71、伺服电机；72、传动皮带；73、谐波减速器；74、中心轴；75、主动带轮；76、从动带轮；8、旋转机构；81、旋转电机；82、驱动皮带；83、旋转轴；84、驱动带轮；85、旋转带轮。

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。

实施例一

参考图1至图5所示，为本发明一种摇篮式五轴联动机床的具体实施方式，包括床身1、刀头总成3、移动台2和摇篮总成4，床身1中设置有刀库，刀库中用于收纳进行加工的刀具，刀头总成3设置于床身1中并用于装夹刀具，对零件进行加工时，通过刀头总成3选择刀库中对应加工工序的刀具进行装夹，并用于控制刀具移动进行加工，移动台2设置于床身1中并位于刀头总成3的下方，摇篮总成4设置于移动台2上，基于移动台2带动摇篮总成4进行移动，摇篮总成4包括摇篮架5和夹持座6，摇篮架5与移动台2连接，夹持座6与摇篮架5转动连接并用于夹持工件，对零件加工时，通过控制刀头总成3、移动台2和摇篮架5的移动，以使刀具对夹持座6上夹持的工件进行加工，以实现对非标工件进行精密加工的效果。

摇篮架5包括主轴箱51和尾座52，主轴箱51和尾座52分别通过螺栓与移动台2连接，夹持座6包括回转台61和夹盘62，回转台61设置于主轴箱51和尾座52之间并两端分别与主轴箱51和尾座52转动连接，夹盘62设置于回转台61上并用于夹持毛坯件，主轴箱51中设置有用于控制回转台61转动的转动机构7，转动机构7包括伺服电机71、传动皮带72和谐波减速器73，回转台61与主轴箱51之间通过中心轴74连接，伺服电机71设置于主轴箱51内并同轴固定连接有主动带轮75，中心轴74的端部同轴连接有从动带轮76，传动皮带72用于连接主动带轮75和从动带轮76，谐波减速器73与中心轴74连接并用于对中心轴74减速，以使在伺服电机71带动主动带轮75转动时，通过传动皮带72运动，以带动中心轴74转动，从而控制回转台61转动。

回转台61中设置有用于控制夹盘62转动的旋转机构8，旋转机构8包括旋转电机81和驱动皮带82，旋转电机81设置于回转台61中，夹盘62同轴连接有旋转轴83，旋转电机81同轴固定连接有驱动带轮84，旋转轴83同轴固定连接有旋转带轮85，驱动皮带82用于连接驱动带轮84和旋转带轮85，在转动机构7和旋转机构8的作用下实现对回转台61和夹盘62的转动控制，从而实现在对毛坯件进行加工时调节毛坯件的位置。

工作原理及其效果：

通过设置在床身1中的摇篮总成4中的转动机构7控制回转台61沿与摇篮架5安装位置转动，并且在回转台61中的旋转机构8控制夹盘62沿与回转台61连接处转动，以及刀头总成3的作用下，使得在对毛坯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。

实施例二

参考图6至图11所示，为本发明一种摇篮式五轴联动机床的联控系统的具体实施方式，与实施例一不同之处在于：

床身1上还设置有控制终端，控制终端包括模型系统和控制系统，模型系统包括程序模块和标记模块，程序模块包括输入单元和模拟单元，输入单元用于输入编程程序和工件参数，工件参数包括尺寸信息、材料信息和成型信息，尺寸信息表征进行加工的毛坯件的尺寸，材料信息表征进行加工的毛坯件的材料，成型信息表征为加工完成后工件的结构形状，通过输入单元输入编程程序，以控制刀头总成3、移动台2和摇篮总成4根据编程程序对工件进行加工，模拟单元内配置有模型空间和模拟策略，模拟策略包括调取工件参数，基于工件参数在模型空间中形成用于加工的毛坯模型，并调取编程程序，根据编程程序对毛坯模型进行模拟加工以获得成型模型，标记模块包括视觉单元和标记单元，视觉单元用于识别位于夹持座6上的毛坯件并形成毛坯图像，标记单元包括激光器和配置于标记单元内的标记策略，标记策略包括获取毛坯模型和成型模型，基于毛坯模型和成型模型获得在毛坯件上进行加工的范围信息，根据范围信息控制激光器在毛坯件上形成加工标记，加工标记表征在毛坯件上进行加工的范围。

模拟策略包括坐标逻辑和刀位逻辑，坐标逻辑包括：

获取进行加工时的世界坐标系，世界坐标系为基于床身1进行设定的坐标系，在进行输入编程程序时，编程程序中的刀头的移动、移动台2的移动以及摇篮架5的移动均以世界坐标系为基础，构建的模型空间为以世界坐标系为基准进行建立，基于工件参数在模型空间中显示用于表征毛坯件的毛坯模型，并且在模型空间中显示毛坯件在模型空间中的坐标位置，其中工件参数以坐标值的方式表示，以使通过工件参数能够准确的在模拟空间中形成毛坯模型。

刀位逻辑包括：

调取编程程序时识别进行换刀或走刀的程序指令并形成程序标记，根据程序标记获得对应程序操作时的标记坐标，并在世界坐标系中对应的标记坐标位置形成刀位标记，通过刀位标记能够表示在对毛坯件进行加工时刀具对毛坯件进行加工的位置，并根据编程程序在模拟空间中模拟对毛坯模型进行加工的过程以形成最终的成型模型。

识别编程程序中位于刀位标记之前的程序指令，程序指令包括换刀指令或走刀指令，在识别到为换刀指令时，获取刀位标记之后的编程程序，并基于材料信息确定更换的刀具类型，并在刀位标记处形成刀具模型，以使在进行换刀的刀位标记处形成用于更换的刀具模型。模拟单元内还配置有换刀阈值，换刀阈值表征对刀位标记修正的最小距离值，并由本领域技术人员根据具体应用需求确定，根据换刀阈值修正对应刀位标记的标记坐标值，使得在执行到换刀指令并完成换刀后，刀具处于修正后的标记坐标值处，刀具与毛坯件之间留有间隙。在对应换刀指令中编辑走位指令并修正编程程序，实现编程程序在执行到换刀指令时，根据修正的走位指令，控制刀具从修正后的标记坐标移动至修正前的标记坐标位置，以实现更换后的刀具在进行工件加工时，刀具与工件之间存在间隙，不易出现在换刀后出现撞刀的可能。其中走位指令包括路径子指令和转速子指令，路径子指令用于控制刀头总成3带动更换后的刀具移动至刀位标记对应的标记坐标位置，转速子指令用于控制刀具在沿路径子指令移动时降低转速，并在移动至标记坐标位置时恢复编程程序中对应刀位标记处刀具的转速。

模拟单元内还配置有厚度阈值和补偿阈值，厚度阈值表征刀具对毛坯件加工位置的最小安全厚度值，补偿阈值表征刀具在进行走刀时用于修正标记坐标的距离值，补偿阈值包括第一补偿值和第二补偿值，第一补偿值大于第二补偿值。在识别到为走刀指令时，识别对应走刀指令的刀位标记处毛坯件的厚度，判断毛坯件的厚度是否大于厚度阈值，若毛坯件的厚度大于厚度阈值时，以第一补偿值修正标记坐标，并生成补偿指令一，根据补偿指令一修正编程程序，以使在进行走刀时，通过补偿指令一控制刀具从修正后的标记坐标位置开始移动并对毛坯件加工。若毛坯件的厚度小于厚度阈值时，以第二补偿值修正标记坐标，并生成补偿指令二，根据补偿指令二修正编程程序，以使在进行走刀时，通过补偿指令二控制刀具从修正后的标记坐标位置开始移动并对毛坯件加工。

刀位逻辑还包括：

在生成走位指令、补偿指令一和补偿指令二时，还分别生成反馈指令，基于反馈指令在控制终端中调取对应编程程序的位置，并对走位指令、补偿指令一和补偿指令二形成修改标记，基于修改标记能够使操作员获知进行修改的位置，并判断是否接受修改，若不接受修改时，能够通过控制终端的输入单元对编程程序进行恢复或调整，若接受修改时，将修改后的编程程序替换基于输入单元输入的初始的编程程序。

在基于换刀阈值和补偿阈值对标记坐标进行修正后，识别标记坐标与编程程序加工后的毛坯件之间是否出现干涉，并且在出现干涉时生成报错信息，在发生报错信息时表示刀具在换刀或走刀时与毛坯件之间发生撞刀，并将报错信息赋于反馈指令中，并在控制终端中显示编程程序时，将发生报错信息的位置形成报错标记，以使操作员能够获知编程程序造成撞刀的错误部分，并对编程程序进行修改以获得修改后正确的编程程序。通过刀位逻辑能够判断编程程序是否正确，并且通过模拟加工的过程能够识别在刀位标记处是否发生撞刀风险，以及在出现撞刀时进行反馈编程程序错误的位置，使得操作员不需要遍历整体的编程程序而快速地获取编程错误的部分，达到通过模拟加工的过程验证编程程序和调整编程程序，以提高在进行加工时的安全性，减小出现撞刀的概率。

控制系统包括执行模块和调节模块，执行模块包括执行单元和监测单元，执行单元用于获取基于模拟单元模拟后确定的编程程序，根据编程程序控制刀头总成3、移动台2和摇篮总成4联动控制，以实现对毛坯件加工形成预期的成型工件，监测单元用于对加工过程进行实时监测，并在监测到加工区域超出加工标记的加工范围时生成异常信号，基于异常信号控制整机停机并进行检查。调节模块内配置有调节策略，调节策略包括获取毛坯图像，并识别毛坯图像中对应刀位标记处是否存在瑕疵并在存在瑕疵时形成瑕疵标记，并判断瑕疵标记对应的瑕疵会使刀具发生撞刀时，生成调节指令，基于调节指令修正对应瑕疵标记处的编程程序，以使对毛坯件进行实际加工时能够进行调整，减小出现撞刀的风险。

调节策略包括识别逻辑和调整逻辑，识别逻辑用于识别毛坯图像中的瑕疵，调整逻辑用于生成调节指令并修正编程程序，视觉单元包括设置于床身1中的五个视觉相机，五个视觉相机分别用于获取毛坯件的端面和侧面的图像，瑕疵标记包括凸出标记和凹陷标记，识别逻辑具体包括：

调取毛坯图像，毛坯图像包括端面子图像和侧面子图像，端面子图像表征毛坯件远离夹盘62一端的图像，侧面子图像表征毛坯件外壁的图像，其中在形成侧面子图像时，分别获取位于毛坯件侧面的视觉相机获取到的侧面图像，对侧面图像进行拟合拼接，对拟合拼接的重叠部分进行降噪处理，以获得用于表征毛坯件侧面的侧面子图像，将端面子图像和侧面子图像进行拟合以获得用于表征毛坯件的毛坯图像。

调取工件参数，并根据工件参数在端面子图像中形成端面标线，基于端面标线识别端面子图像的完整度，若出现超出端面标线的位置，则表征毛坯件的外壁上存在凸出的瑕疵区域，若出现端面标线与端面子图像的边缘之间出现空隙，则表征毛坯件的外壁且靠近端面的位置出现破损区域。识别侧面子图像中是否出现阴影区域，并在识别到阴影区域时，获取阴影区域沿毛坯件轴线方向对应的端面子图像位置是否出现瑕疵区域，若同时存在瑕疵区域时，判定阴影区域为凸出型瑕疵并在毛坯图像对应阴影区域位置形成凸出标记，若不存在瑕疵区域时，判定阴影区域为凹陷瑕疵并在毛坯图像对应阴影区域位置形成凹陷标记，从而通过对毛坯图像的识别，获知实际加工的毛坯件上存在瑕疵的位置和瑕疵的类型。

识别逻辑还包括：

获取凹陷标记的位置，基于凹陷标记的位置确定位于毛坯件侧面的视觉相机，并调节抓取凹陷标记位置视觉相机的角度，在调节视觉相机角度后对凹陷标记位置进行多次抓取并形成比对图像，基于比对图像和侧面子图像获得凹陷标记的深度图像，基于深度图像获得凹陷标记的凹陷深度并生成凹陷值。

调节指令包括调整方向和调整值，调整逻辑具体包括：

调取瑕疵区域的边缘，并获取瑕疵区域的边缘与端面标线之间的距离值，并提取距离值中的最大值做为凸出值，将凸出值与换刀阈值或补偿阈值做差处理并生成凸出差值，若凸出差值为正值时表征实际加工时在凸出标记位置会发生撞刀，若凸出差值为负值时表征实际加工时在凸出标记位置不会发生撞刀。

调取凹陷标记的凹陷值，将凹陷值与换刀阈值或补偿阈值做差处理并生成凹陷差值，若凹陷差值为正值时表征实际加工时在凹陷标记位置会出现加工尺寸偏差，若凹陷差值为负值时表征实际加工时凹陷标记位置不影响对毛坯件的加工。

获取凸出差值为负值的凸出标记和凹陷差值为负值的凹陷标记，并生成剔除信号，基于剔除信号在毛坯图像中剔除对应位置的凸出标记和凹陷标记。

配置调整权重，调整权重表征用于修正凸出差值和凹陷差值的系数，并由本领域技术人员根据具体应用需求确定，用调整权重调整为正值的凸出差值和凹陷差值以获得对应瑕疵位置刀具的调整值，对瑕疵位置为凸出标记的赋予调整方向为1，以表征对刀具的调整方向为背离毛坯件的方向调整，对瑕疵位置为凹陷标记的赋予调整方向为0，以表征对刀具的调整方向为朝向毛坯件的方向调整，从而获得对应瑕疵位置的调节指令，通过调节指令对编程程序进一步修正，进而达到在实际加工过程中，调整刀具在凸出标记和凹陷标记处的位置，不易出现刀具与毛坯件之间出现撞刀的可能。

控制系统还包括供电模块，供电模块包括控电单元、备电单元和异常单元，床身1内还设置有备用电源，控电单元内配置有主电比例和供电策略，主电比例表征在进行加工时外接电源提供的电量与备用电源提供电量的比值，供电策略包括在进行加工时，外接电源保持稳定供电情况下，保持以主电比例进行供电，当外接电源断电时生成备电信号。异常单元内配置有强制指令，强制指令用于在出现异常情况时强行终止编程程序，并通过强制指令控制刀具与毛坯件分离，从而维护刀具在异常情况下不易出现撞刀损坏的情况。备电单元内配置有备电域时和备电策略，备电域时表征备用电源供电的时间，备电策略包括在识别到备电信号时，基于备用电源的总电量和备电域时获得备电电压，通过备电电压保障强制指令的执行，以使在备电单元的备电控制作用下，出现突发断电情况时，备用电源能够快速地供电以达到维护刀具的效果。

工作原理及其效果：

通过输入单元输入工件参数和编程程序，以使在模型空间中模拟形成毛坯模型，并根据编程程序在模拟空间中模拟加工过程以形成成型模型，从而判断编程程序是否正确，同时基于模拟策略中的坐标逻辑和刀位逻辑识别刀具在换刀和走刀的调节，根据刀位逻辑实现识别编程程序中换刀指令或走刀指令，以生成对应换刀指令的走位指令，以控制在进行换刀时，刀具不易与毛坯件发生撞刀，在识别到走刀指令时生成对应走刀指令的补偿指令一或补偿指令二，从而控制在进行走刀时，刀具与毛坯件之间存在间隙，以确保走刀时，刀具不易与毛坯件之间发生撞刀，基于模拟后形成修正的编程程序，并且在实际加工时，通过识别毛坯件的毛坯图像，基于毛坯图像识别毛坯件上是否出现瑕疵，以及对瑕疵类型进行识别，对凸出标记和凹陷标记对应的瑕疵位置生成调节指令，以使在调节指令的作用下对刀具在实际加工时修正调节，实现刀具在进行加工时不易因瑕疵出现撞刀损坏。在供电模块的作用下对加工时进行断电保护，以使出现断电时，通过备用电源的切换确保能够执行强制指令，达到对刀具进行断电保护的效果。

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 (8)

1.一种摇篮式五轴联动机床的联控系统，应用于摇篮式五轴联动机床中，所述的摇篮式五轴联动机床包括：

床身（1），所述床身（1）中设置有移动台（2）；

刀头总成（3），所述刀头总成（3）设置于床身（1）中，并用于装夹刀具对毛坯件加工；

其特征在于，还包括：

摇篮总成（4），所述摇篮总成（4）包括摇篮架（5）和夹持座（6），所述摇篮架（5）与移动台（2）连接，所述夹持座（6）设置于摇篮架（5）中，并用于夹持毛坯件；

所述摇篮架（5）中设置有转动机构（7），所述转动机构（7）用于控制夹持座（6）沿摇篮架（5）转动调节，所述夹持座（6）中设置有旋转机构（8），所述旋转机构（8）用于控制毛坯件沿夹持座（6）转动；

所述摇篮架（5）包括主轴箱（51）和尾座（52），所述夹持座（6）包括回转台（61）和夹盘（62），所述回转台（61）设置于主轴箱（51）和尾座（52）之间并分别与主轴箱（51）和尾座（52）转动连接，所述夹盘（62）设置于回转台（61）上并用于夹持毛坯件；

所述转动机构（7）包括伺服电机（71）、传动皮带（72）和谐波减速器（73），所述回转台（61）与主轴箱（51）之间通过中心轴（74）连接，所述伺服电机（71）设置于主轴箱（51）内并同轴固定连接有主动带轮（75），所述中心轴（74）的端部同轴连接有从动带轮（76），所述传动皮带（72）用于连接主动带轮（75）和从动带轮（76），所述谐波减速器（73）与中心轴（74）连接并用于对中心轴（74）减速；

所述旋转机构（8）包括旋转电机（81）和驱动皮带（82），旋转电机（81）设置于回转台（61）中，所述夹盘（62）同轴连接有旋转轴（83），所述旋转电机（81）同轴固定连接有驱动带轮（84），所述旋转轴（83）同轴固定连接有旋转带轮（85），所述驱动皮带（82）用于连接驱动带轮（84）和旋转带轮（85）；

所述床身（1）上还设置有控制终端；

所述控制终端包括模型系统和控制系统，模型系统包括程序模块，所述控制系统包括执行模块和调节模块；

所述程序模块包括输入单元和模拟单元，所述输入单元用于输入编程程序和工件参数，所述模拟单元内配置有模型空间和模拟策略，所述模拟策略包括调取工件参数，基于工件参数在模型空间中形成用于加工的毛坯模型，并调取编程程序，根据编程程序对毛坯模型进行模拟加工并获得成型模型；

所述模型系统还包括标记模块，所述标记模块包括视觉单元和标记单元，所述视觉单元用于识别位于夹持座（6）上的毛坯件并形成毛坯图像，所述标记单元包括激光器和配置于标记单元内的标记策略，所述标记策略包括获取毛坯模型和成型模型，基于毛坯模型和成型模型获得在毛坯件上进行加工的范围信息，根据范围信息控制激光器在毛坯件上形成加工标记；

所述执行模块包括执行单元，所述执行单元用于获取基于模拟单元模拟后确定的编程程序，根据编程程序控制刀头总成（3）、移动台（2）和摇篮总成（4）联动控制；

所述调节模块内配置有调节策略，所述调节策略包括获取毛坯图像，并识别毛坯图像中是否存在瑕疵并在存在瑕疵时形成瑕疵标记，并判断瑕疵标记对应的瑕疵会使刀具发生撞刀时，生成调节指令，基于调节指令修正对应瑕疵标记处的编程程序；

所述模拟策略包括坐标逻辑和刀位逻辑；

所述坐标逻辑包括：

获取进行加工时的世界坐标系，所述世界坐标系为基于床身（1）进行设定的坐标系，基于世界坐标系构建模拟空间，利用工件参数在模型空间中显示用于表征毛坯件的毛坯模型，并显示毛坯件在模型空间中的坐标位置；

所述刀位逻辑包括：

调取编程程序时识别进行换刀或走刀的程序指令并形成程序标记，根据程序标记获得对应程序操作时的标记坐标，并在世界坐标系中对应的标记坐标位置形成刀位标记；

所述模拟单元内还配置有换刀阈值、厚度阈值和补偿阈值，所述补偿阈值包括第一补偿值和第二补偿值，所述刀位逻辑修正标记坐标的具体方式包括：

识别编程程序中位于刀位标记之前的程序指令，程序指令包括换刀指令或走刀指令；

在识别到为换刀指令时，获取刀位标记之后的编程程序，并基于工件参数确定更换的刀具类型，在刀位标记处形成用于表征刀具类型的刀具模型；

根据换刀阈值修正对应刀位标记的标记坐标值，在对应换刀指令中编辑走位指令并修正编程程序，基于走位指令在换刀后控制刀具移动至未经过换刀阈值修正的标记坐标处；

在识别到为走刀指令时，识别对应走刀指令的刀位标记处毛坯件的厚度，判断毛坯件的厚度是否大于厚度阈值，若毛坯件的厚度大于厚度阈值时，以第一补偿值修正标记坐标，并生成补偿指令一，根据补偿指令一修正编程程序；

若毛坯件的厚度小于厚度阈值时，以第二补偿值修正标记坐标，并生成补偿指令二，根据补偿指令二修正编程程序。

2.根据权利要求1所述的一种摇篮式五轴联动机床的联控系统，其特征在于：所述走位指令包括路径子指令和转速子指令，所述路径子指令用于控制刀头总成（3）带动更换后的刀具移动至刀位标记未经过换刀阈值修正的标记坐标位置，所述转速子指令用于控制刀具在沿路径子指令移动时降低转速，并在移动至标记坐标位置时恢复编程程序中对应刀位标记处刀具的转速。

3.根据权利要求2所述的一种摇篮式五轴联动机床的联控系统，其特征在于：所述刀位逻辑还包括：

在生成走位指令、补偿指令一和补偿指令二时，还分别生成反馈指令，基于反馈指令在控制终端中调取对应编程程序的位置，并对走位指令、补偿指令一和补偿指令二形成修改标记，基于修改标记识别对编程程序修正的位置，并判断是否接受修改，若不接受修改时，能够通过控制终端的输入单元对编程程序进行恢复或调整，若接受修改时，将修改后的编程程序替换基于输入单元输入的初始的编程程序。

4.根据权利要求3所述的一种摇篮式五轴联动机床的联控系统，其特征在于：所述刀位逻辑修正标记坐标时还包括：

在基于换刀阈值和补偿阈值对标记坐标进行修正后，识别标记坐标与编程程序加工后的毛坯件之间是否出现干涉，并在出现干涉时生成报错信息，将报错信息赋于反馈指令中，并在于控制终端中显示编程程序时，将发生报错信息在编程程序中的位置形成报错标记。

5.根据权利要求4所述的一种摇篮式五轴联动机床的联控系统，其特征在于：所述调节策略包括识别逻辑和调整逻辑，所述识别逻辑用于识别毛坯图像中的瑕疵，所述调整逻辑用于生成调节指令并修正编程程序，所述视觉单元包括设置于床身（1）中的五个视觉相机，五个视觉相机分别用于获取毛坯件的端面和侧面的图像，瑕疵标记包括凸出标记和凹陷标记；

所述识别逻辑具体包括：

调取毛坯图像，毛坯图像包括端面子图像和侧面子图像，调取工件参数，并根据工件参数在端面子图像中形成端面标线，基于端面标线识别端面子图像的完整度；

若出现超出端面标线的位置，则表征毛坯件的外壁上存在凸出的瑕疵区域；

若出现端面标线与端面子图像的边缘之间出现空隙，则表征毛坯件的外壁且靠近端面的位置出现破损区域；

识别侧面子图像中是否出现阴影区域，并在识别到阴影区域时，获取阴影区域沿毛坯件轴线方向对应的端面子图像位置是否出现瑕疵区域，若同时存在瑕疵区域时，判定阴影区域为凸出型瑕疵并在毛坯图像对应阴影区域位置形成凸出标记；

若不存在瑕疵区域时，判定阴影区域为凹陷瑕疵并在毛坯图像对应阴影区域位置形成凹陷标记。

6.根据权利要求5所述的一种摇篮式五轴联动机床的联控系统，其特征在于：所述识别逻辑还包括：

获取凹陷标记的位置，基于凹陷标记的位置确定位于毛坯件侧面的视觉相机，调节抓取凹陷标记位置视觉相机的角度并对凹陷标记位置进行多次抓取形成比对图像，基于比对图像和侧面子图像获得凹陷标记的深度图像，基于深度图像获得凹陷标记的凹陷深度并生成凹陷值。

7.根据权利要求6所述的一种摇篮式五轴联动机床的联控系统，其特征在于：所述调节指令包括调整方向和调整值，调整逻辑具体包括：

调取瑕疵区域的边缘，获取瑕疵区域的边缘与端面标线之间的距离值，并提取距离值中的最大值做为凸出值，将凸出值与换刀阈值或补偿阈值做差处理并生成凸出差值；

调取凹陷标记的凹陷值，将凹陷值与换刀阈值或补偿阈值做差处理并生成凹陷差值；

获取凸出差值为负值的凸出标记和凹陷差值为负值的凹陷标记，并生成剔除信号，基于剔除信号在毛坯图像中剔除对应位置的凸出标记和凹陷标记；

配置调整权重，用调整权重调整为正值的凸出差值和凹陷差值以获得对应瑕疵位置刀具的调整值，对瑕疵位置为凸出标记的赋予调整方向为1，对瑕疵位置为凹陷标记的赋予调整方向为0，根据调整值和调整方向调整加工过程中刀具在凸出标记和凹陷标记处的位置。

8.根据权利要求7所述的一种摇篮式五轴联动机床的联控系统，其特征在于：所述控制系统还包括供电模块，所述供电模块包括控电单元、备电单元和异常单元，所述床身（1）内还设置有备用电源，所述异常单元内配置有强制指令，所述强制指令用于在出现异常情况时强行终止编程程序，并通过强制指令控制刀具与毛坯件分离，所述控电单元内配置有主电比例和供电策略；

所述供电策略包括在进行加工时，外接电源保持稳定供电情况下，保持以主电比例进行供电，当外接电源断电时生成备电信号；

所述备电单元内配置有备电域时和备电策略，所述备电策略包括在识别到备电信号时，基于备用电源的总电量和备电域时获得备电电压，所述备电电压用于提供强制指令执行使用的电压。