在四軸臥式加工中心實現(xiàn)刀尖跟隨加工的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在四軸臥式加工中心實現(xiàn)刀尖跟隨加工的方法，通過在普通四軸臥式數(shù)控機床的坐標軸上分別設置位置傳感器，位置傳感器將采集到的加工過程中工件坐標位置的實時值傳輸給計算裝置，由計算裝置根據(jù)工件坐標系零點與B軸中心的距離值與坐標位置的實時值對工件坐標補償值進行實時計算，NC控制器根據(jù)計算裝置提供的工件坐標補償值控制機床實時調(diào)整加工余量對工件進行加工；本發(fā)明方法在兼容四軸臥式加工中心原有加工功能的同時，使刀尖跟隨加工在四軸臥式加工中心得以實現(xiàn)，擴展了普通四軸臥式加工中心的加工領域，突破了刀尖跟隨加工只能在進口五軸高端機床上實現(xiàn)的束縛，打破了國外進口五軸系列機床的技術壟斷。
【專利說明】在四軸臥式加工中心實現(xiàn)刀尖跟隨加工的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于臥式加工中心【技術領域】，具體涉及一種在四軸臥式加工中心實現(xiàn)刀尖跟隨加工的方法。
【背景技術】
[0002]機床是裝備制造業(yè)的龍頭，是機械工業(yè)的基礎。隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，極大地刺激了機床及模具市場需求的快速增長，同時振興東北老工業(yè)基地與西部大開發(fā)戰(zhàn)略給機床模具行業(yè)帶來發(fā)展的新機遇。特別是近幾年，我國當代軍工技術的增強，對高新設備的需求日益增大，為擺脫對國外設備的依賴，需要本國機床廠家提供更好、更經(jīng)濟的加工方案。面對新的國際經(jīng)濟環(huán)境，中國機床模具行業(yè)將融入世界競爭大潮，同時，我國機床將向高檔數(shù)控和更加滿足用戶工藝要求的多功能和成套技術發(fā)展，并帶動為之配套的功能技術新的突破。如今，在現(xiàn)有的加工設備基礎上融入或開發(fā)國際先進的加工技術和計算功能，擴展其加工對象和提升加工效果，越來越被各大機床廠家所重視。
[0003]市場對高檔數(shù)控機床的需求是不爭的事實，關鍵是國內(nèi)制造企業(yè)能否開發(fā)和制造出滿足用戶需要的高端產(chǎn)品。開發(fā)滿足用戶需要的關鍵加工技術是高精機床的發(fā)展趨勢。目前，傳統(tǒng)材質的部件在現(xiàn)代設備中的應用越來越少，甚至某些鑄鐵、鋼等部件已經(jīng)在高新設備中消失，取而代之的是新興的復合型材料，像鋁、鈦等合金，這些材質的合金具有質量輕、強度高、熱變形小等優(yōu)點，越來越受到裝配業(yè)者的青睞，廣泛運用于航天、船舶、汽車等關鍵【技術領域】。但鋁、鈦合金具有加工時易變形、粘性大、需要一次成型等特點，必須使用高速五軸機床才能完成對其的加工，在傳統(tǒng)意義上的三軸、四軸機床上基本無法實現(xiàn)五軸加工。其中最關鍵的技術瓶頸在于普通機床無法實現(xiàn)對工件的刀尖跟隨(即RTCP)加工，因為RTCP加工只適用于五軸以上的機床，這大大制約了普通機床的加工范圍，限制了其在特殊行業(yè)的應用，使用戶只能采購價格昂貴的五軸設備用于復雜模具的加工，由此帶來成本提高、維修保養(yǎng)困難、加工編程復雜等一系列問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是:針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種在四軸臥式加工中心實現(xiàn)刀尖跟隨加工的方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:在四軸臥式加工中心實現(xiàn)刀尖跟隨加工的方法，包括以下步驟:
1)在機床X軸上設置X軸位置傳感器，在機床Y軸上設置Y軸位置傳感器，在機床Z軸上設置z軸位置傳感器，在機床B軸上設置B軸位置傳感器，并將所述的X軸位置傳感器、Y軸位置傳感器、Z軸位置傳感器和B軸位置傳感器分別通過信號傳輸電纜與計算裝置相連；再將所述的計算裝置通過數(shù)據(jù)傳輸電纜與NC控制器相連；
2)在四軸臥式加工中心工作臺任意位置豎直放置一圓柱工件并用千分表打直，再在主軸端面架設一千分表并使其表針與所述的圓柱工件的表面貼合，然后把該主軸端面架設的千分表的讀數(shù)調(diào)整為零，設置此時的機械坐標值為工件坐標系零點；
3)調(diào)整X軸、Y軸和Z軸行程，當X軸行止所述的機械原點時，用千分表精確測出主軸中心至B軸工作臺中心的距離，記為Po_x ;當Y軸行止所述的機械原點時，用千分表精確測出主軸中心至B軸工作臺中心的距離，記為Po_y ;當Z軸行止所述的機械原點時，用千分表精確測出主軸中心至B軸工作臺中心的距離，記為Po_z ;將上述Po_X、Po_y和Po_z數(shù)據(jù)輸入到所述的計算裝置中；
4)使用工作臺旋轉程序將B軸旋轉，對工件進行加工，所述的X軸位置傳感器實時采集工件X軸坐標位置并傳輸給所述的計算裝置，所述的Y軸位置傳感器實時采集工件Y軸坐標位置并傳輸給所述的計算裝置，所述的Z軸位置傳感器實時采集工件Z軸坐標位置并傳輸給所述的計算裝置，所述的B軸位置傳感器實時采集工件B軸坐標位置并傳輸給所述的計算裝置，由所述的計算裝置根據(jù)Po_X、Po_y和Po_z數(shù)據(jù)以及工件加工過程中工件坐標位置的實時值對工件坐標補償值進行實時計算，并將工件坐標補償值的計算結果不斷傳輸給所述的NC控制器，所述的NC控制器根據(jù)所述的計算裝置提供的工件坐標補償值控制機床對工件進行加工。
[0006]所述的計算裝置為8051系列單片機。8051系列單片機結構簡單，數(shù)據(jù)傳輸直接通過寄存器進行交換，運算速度符合數(shù)控加工要求，且價格便宜。
[0007]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明以普通四軸臥式加工中心為平臺，重新對四軸臥式機床數(shù)控系統(tǒng)進行功能改進設計，提供了一種在四軸臥式加工中心實現(xiàn)五軸刀尖跟隨加工的方法。本發(fā)明方法在普通四軸臥式數(shù)控機床的X軸、Y軸、Z軸和B軸上分別設置位置傳感器對加工過程中工件坐標位置的實時值進行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)不斷傳輸給計算裝置，并且在計算裝置中預先輸入工件坐標系零點與B軸中心的距離值的數(shù)據(jù)，再由計算裝置根據(jù)工件坐標系零點與B軸中心的距離值與加工過程中工件坐標位置的實時值對工件坐標補償值進行實時計算，并將工件坐標補償值的計算結果不斷傳輸給NC控制器，NC控制器根據(jù)計算裝置提供的工件坐標補償值控制機床實時調(diào)整加工余量對工件進行加工。采用本發(fā)明方法在普通四軸臥式數(shù)控機床上加工工件時，工件坐標系零點與B軸中心的距離值的數(shù)據(jù)只需預先向計算裝置輸入一次，之后可放置任意形狀的工件直接對刀確定其坐標系零點，加工時只控制一個坐標軸就能得到帶動其他坐標軸插補的效果，各坐標軸能夠自動進行坐標補償，使加工過程中刀尖始終保持貼合于工件表面，從而在普通四軸臥式數(shù)控機床上實現(xiàn)了五軸刀尖跟隨加工。本發(fā)明方法在兼容四軸臥式加工中心原有加工功能的同時，通過開發(fā)新的虛擬五軸功能和插補算法，基于四軸矢量空間進行運算，極大提升普通四軸臥式加工中心的檔次，使刀尖跟隨加工在四軸臥式加工中心得以實現(xiàn)，其加工對象進入高速五軸的范疇，實現(xiàn)四軸機床真正意義上的“四軸聯(lián)動”，擴展了普通四軸臥式加工中心的加工領域，突破了刀尖跟隨加工只能在進口五軸高端機床上實現(xiàn)的束縛，打破了國外進口五軸系列機床的技術壟斷。本發(fā)明方法可大大降低用戶的設備采購成本，采用本發(fā)明方法加工同樣零件所需成本僅為現(xiàn)有加工成本的10%左右，同時使加工編程量和操作時間大大減少，使加工效率提高近3倍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為實施例中四軸臥式加工中心RTCP模型的正視圖；圖2為實施例中四軸臥式加工中心RTCP模型的側視圖。
【具體實施方式】
[0009]以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0010]以西門子840D四軸臥式加工中心為例，使用本發(fā)明方法對工件進行刀尖跟隨加工，具體步驟為:
1)在西門子840D機床X軸上設置X軸位置傳感器，在機床Y軸上設置Y軸位置傳感器，在機床Z軸上設置Z軸位置傳感器，在機床B軸上設置B軸位置傳感器，并將X軸位置傳感器、Y軸位置傳感器、Z軸位置傳感器和B軸位置傳感器分別通過信號傳輸電纜與8051系列單片機相連；再將8051系列單片機通過數(shù)據(jù)傳輸電纜與NC控制器相連；
2)在西門子840D臥式加工中心工作臺任意位置豎直放置一圓柱工件并用千分表打直，再在主軸端面架設一千分表并使其表針與圓柱工件的表面貼合，然后把該主軸端面架設的千分表的讀數(shù)調(diào)整為零，設置此時的機械坐標值為工件坐標系零點；
3)首先利用西門子五軸加工軟件包和寧波海天集團制造的HTM-80H(X軸、Y軸、Z軸、B軸)實驗設備建立本實施例的四軸臥式加工中心RTCP模型，該模型的正視圖如圖1所示、側視圖如圖2所示；然后調(diào)整X軸、Y軸和Z軸行程，當X軸行止機械原點時，用千分表精確測出主軸中心至B軸工作臺中心的距離，記為Po_x ；當Y軸行止機械原點時，用千分表精確測出主軸中心至B軸工作臺中心的距離，記為Po_y ；當Z軸行止機械原點時，用千分表精確測出主軸中心至B軸工作臺中心的距離，記為Po_z ;將上述Po_x、Po_y和Po_z數(shù)據(jù)輸入到8051系列單片機中；
4)設置工件旋轉模式(而不是傳統(tǒng)的刀尖旋轉模式)，開啟RTCP功能指令，使用工作臺旋轉程序將B軸旋轉，對工件進行加工，加工過程中X軸位置傳感器實時采集工件X軸坐標位置并傳輸給8051系列單片機，Y軸位置傳感器實時采集工件Y軸坐標位置并傳輸給8051系列單片機，Z軸位置傳感器實時采集工件Z軸坐標位置并傳輸給8051系列單片機，B軸位置傳感器實時米集工件B軸坐標位置并傳輸給8051系列單片機，由8051系列單片機根據(jù)Po_x、Po_y和Po_z數(shù)據(jù)以及工件加工過程中工件坐標位置的實時值對工件坐標補償值進行實時計算，并將工件坐標補償值的計算結果不斷傳輸給NC控制器，NC控制器根據(jù)8051系列單片機提供的工件坐標補償值控制機床對工件進行加工。
[0011]在工件加工過程中可發(fā)現(xiàn)，B軸轉動的同時，X、Y軸跟著聯(lián)動，千分表讀數(shù)幾乎在零點不動，從而達到只控制一個坐標軸就能得到帶動其他坐標軸插補的效果，并且加工過程中刀尖保持貼合于工件表面，從而在普通四軸臥式數(shù)控機床上實現(xiàn)了 RTCP的功能。當然，加工時也可執(zhí)行X軸、Y軸或Z軸的移動，另外三軸也會跟著聯(lián)動，達到刀尖跟隨的效果。
[0012]上述步驟3)中，建立RTCP模型時對系統(tǒng)參數(shù)進行如下設置:
N24100 $MC_TRAF0_TYPE_1=40 ;工件旋轉模式
N24110 $MC_TRAF0_AXES_IN_1 [0] =1 ;代表 X 軸N24110 $MC_TRAF0_AXES_IN_1 [1] =2 ;代表 Y 軸N24110 $MC_TRAF0_AXES_IN_1 [2] =3 ;代表 Z 軸N24110 $MC_TRAF0_AXES_IN_1 [3] =4 ;代表 B 軸N24500 $MC_TRAF05_PART_0FFSET_1 [0] =635 ;代表 Po_xN24500 $MC_TRAF05_PART_0FFSET_1[1]=-891.5 ;代表 Po_ yN24500 $MC_TRAF05_PART_0FFSET_1[2]=1120 ;代表 Po_ zN24550 $MC_TRAF05_BASE_T00L_1 [0] =-635 ;同上，符號取反N24550 $MC_TRAF05_BASE_T00L_1 [1]=891.5 ;同上，符號取反N24550 $MC_TRAF05_BASE_T00L_1 [2] =-1120 ;同上，符號取反N24570 $MC_TRAF05_AXIS1_1 [1]=1 ;代表該旋轉軸繞 Y 旋轉N24574 $MC_TRAF05_BASE_0RIENT_1 [2] =1 ;刀尖軸為 Z 軸
參數(shù)設置完成后，西門子840D四軸臥式加工中心的RTCP模型即已建立?？捎脠A柱檢棒進行刀尖跟隨檢測程序進行檢測，具體為:
G54T1D1
ROT Y XX ;如果刀尖對刀時B軸不在機械原點，需要在XX項輸入B軸的坐標值
G0G90X0Y0Z0
TRAORI ；RTCP功能開啟
0RIWKS ;刀尖跟隨于工件坐標系
G91B90 。
【權利要求】
1.在四軸臥式加工中心實現(xiàn)刀尖跟隨加工的方法，其特征在于包括以下步驟:1)在機床X軸上設置X軸位置傳感器，在機床Y軸上設置Y軸位置傳感器，在機床Z軸上設置z軸位置傳感器，在機床B軸上設置B軸位置傳感器，并將所述的X軸位置傳感器、Y軸位置傳感器、Z軸位置傳感器和B軸位置傳感器分別通過信號傳輸電纜與計算裝置相連；再將所述的計算裝置通過數(shù)據(jù)傳輸電纜與NC控制器相連；2)在四軸臥式加工中心工作臺任意位置豎直放置一圓柱工件并用千分表打直，再在主軸端面架設一千分表并使其表針與所述的圓柱工件的表面貼合，然后把該主軸端面架設的千分表的讀數(shù)調(diào)整為零，設置此時的機械坐標值為工件坐標系零點；3)調(diào)整X軸、Y軸和Z軸行程，當X軸行止所述的機械原點時，用千分表精確測出主軸中心至B軸工作臺中心的距離，記為Po_x ;當Y軸行止所述的機械原點時，用千分表精確測出主軸中心至B軸工作臺中心的距離，記為Po_y ;當Z軸行止所述的機械原點時，用千分表精確測出主軸中心至B軸工作臺中心的距離，記為Po_z ;將上述Po_X、Po_y和Po_z數(shù)據(jù)輸入到所述的計算裝置中；4)使用工作臺旋轉程序將B軸旋轉，對工件進行加工，所述的X軸位置傳感器實時采集工件X軸坐標位置并傳輸給所述的計算裝置，所述的Y軸位置傳感器實時采集工件Y軸坐標位置并傳輸給所述的計算裝置，所述的Z軸位置傳感器實時采集工件Z軸坐標位置并傳輸給所述的計算裝置，所述的B軸位置傳感器實時采集工件B軸坐標位置并傳輸給所述的計算裝置，由所述的計算裝置根據(jù)Po_X、Po_y和Po_z數(shù)據(jù)以及工件加工過程中工件坐標位置的實時值對工件坐標補償值進行實時計算，并將工件坐標補償值的計算結果不斷傳輸給所述的NC控制器，所述的NC控制器根據(jù)所述的計算裝置提供的工件坐標補償值控制機床對工件進行加工。
2.根據(jù)權利要求1所述的在四軸臥式加工中心實現(xiàn)刀尖跟隨加工的方法，其特征在于所述的計算裝置為8051系列單片機。
【文檔編號】B23Q17/00GK103659460SQ201310558082
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權日:2013年11月11日
【發(fā)明者】魏峰, 田紹新, 王翰韜, 薛琳 申請人:寧波海天精工股份有限公司