專利名稱：一種基于三球的加工中心多工位坐標(biāo)統(tǒng)一方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造、檢測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域，通過三個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球，建立空間坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)變換理論，精確定位轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn)角的方法，最終達(dá)到精確加工，相當(dāng)于增加了數(shù)控加工中心的維數(shù)。
背景技術(shù)：
對(duì)于現(xiàn)在的數(shù)控加工中心，由于轉(zhuǎn)臺(tái)的質(zhì)量很大，故慣性很大，很難實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)精確定位，尤其很難實(shí)現(xiàn)對(duì)心鏜孔，會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品的合格率低和多次修復(fù)現(xiàn)象，提高了成本，面對(duì)這些問題，利用激光 干涉儀器可以實(shí)現(xiàn)精確的定位，但是成本太高。主要還是采用離線檢測(cè)和二次修復(fù)的辦法。這樣大大的延長(zhǎng)了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和加工成本，同時(shí)也降低了精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)創(chuàng)造的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于三球的加工中心多工位坐標(biāo)統(tǒng)一方法，結(jié)合在機(jī)測(cè)量功能，很好的解決了以上面臨的問題，該方法同時(shí)具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案利用加工中心的在機(jī)測(cè)量功能，在轉(zhuǎn)臺(tái)上實(shí)現(xiàn)工件的對(duì)心鏜孔步驟一，首先將被加工工件裝卡在加工中心的轉(zhuǎn)臺(tái)上，并固定好；步驟二，將緊固有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的夾具固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，且三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球不能共線；步驟三，利用加工中心刀具對(duì)工件進(jìn)行鏜孔；步驟四，在刀庫(kù)中，將刀具換成測(cè)頭，對(duì)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)測(cè)量加工件孔的位置，通過測(cè)量軟件建立初始工件坐標(biāo)系。步驟五，將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，利用測(cè)頭再次對(duì)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行標(biāo)定，建立二次工件坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)變換理論，求出實(shí)際旋轉(zhuǎn)地角度。步驟六，再次將測(cè)頭換成刀具，使刀具沿著角度差的方向進(jìn)行第二次鏜孔，完成了對(duì)心鏜孔。該方法是借鑒了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中利用標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行探測(cè)誤差的檢測(cè)方法和坐標(biāo)變換理論，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺(tái)的精確定位。探測(cè)誤差是使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球半球上的25個(gè)點(diǎn)，用全部25個(gè)計(jì)算出最小二乘球的中心，并計(jì)算最大最小的差值為探測(cè)誤差，而在加工中心中，以加工中心作為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)體和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用測(cè)頭代替刀具實(shí)現(xiàn)的一種在機(jī)測(cè)量的方法，相當(dāng)于將整個(gè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)移植到了加工中心上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球球心的標(biāo)定，進(jìn)而建立了工件的一個(gè)參考坐標(biāo)系，無論加工中心怎么運(yùn)動(dòng)，它們的相對(duì)位置是不變的，再結(jié)合了坐標(biāo)變換理論，就可以實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系的統(tǒng)一，坐標(biāo)變換理論已經(jīng)在加工中心上及測(cè)量上得到了很好的應(yīng)用。整個(gè)的算法是集成在數(shù)控系統(tǒng)中或是外接的PC機(jī)上， 通過RS232通信實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量控制和算法處理。標(biāo)準(zhǔn)球的夾具必須設(shè)計(jì)合理，設(shè)計(jì)了矩陣式的安裝孔，根據(jù)不同的系統(tǒng)，要調(diào)整三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的位置關(guān)系，防止干涉，實(shí)現(xiàn)正確的測(cè)量。為了更好的提高定位精度，可以采用三個(gè)以上的標(biāo)準(zhǔn)球建立坐標(biāo)系，利用更多的冗余數(shù)據(jù)提高數(shù)學(xué)模型的精度。同時(shí)可以利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球?qū)崿F(xiàn)對(duì)在機(jī)測(cè)量測(cè)頭的標(biāo)定，進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償。利用的是相對(duì)位置的不變性，可以實(shí)現(xiàn)任意轉(zhuǎn)角的定位。利用參考坐標(biāo)系，可以實(shí)現(xiàn)工件的裝卡的二次精確定位。


圖1為工件在工作轉(zhuǎn)臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)心鏜孔的示意圖。其中的標(biāo)號(hào)分別表示1、二次工件坐標(biāo)系的Y軸，2、加工中心工作轉(zhuǎn)臺(tái)，3、夾具， 4、角度差，5、旋轉(zhuǎn)后的工件，6、初始工件坐標(biāo)系的Y軸，7、刀庫(kù)中刀具8、刀庫(kù)9、測(cè)頭10、初始工件坐標(biāo)系的X軸，11、二次工件坐標(biāo)系的X軸，12、標(biāo)準(zhǔn)球，13、旋轉(zhuǎn)前的工件，14、旋轉(zhuǎn)前的刀具，15、旋轉(zhuǎn)后的刀具。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參見圖1，本發(fā)明涉及的應(yīng)用工具主要包括加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)及其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，刀庫(kù)和三球定位裝置。所述的加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)就是指加工中心工作轉(zhuǎn)臺(tái)2，刀庫(kù)包括刀架8，測(cè)頭9和刀具7/14/15，三球定位裝置主要包括夾具3和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球12。將旋轉(zhuǎn)前的工件13放在加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)2的中心附近并固定，而對(duì)于三球定位裝置可以同時(shí)固定好，也可以將刀具換成測(cè)頭后再固定，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球可以根據(jù)具體的平臺(tái)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)球的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行更多測(cè)點(diǎn)分布，提高所建坐標(biāo)系的精度。加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)2是利用電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，并帶有編碼器，其中編碼器就是一種利用光柵計(jì)數(shù)，并帶有傳感器處理電路的讀取裝置，用來實(shí)現(xiàn)位置的相對(duì)或絕度檢測(cè)。其中，初始工件坐標(biāo)系的γ軸6和初始工件坐標(biāo)系的X軸10是旋轉(zhuǎn)前的坐標(biāo)系， 二次工件坐標(biāo)系的Y軸1和二次工件坐標(biāo)系的X軸11是旋轉(zhuǎn)后的實(shí)際坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)后的夾具3采用的是普通鐵板。三球定位裝置是實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)統(tǒng)一的基礎(chǔ)，根據(jù)它們位置的相對(duì)不變性，通過兩個(gè)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的統(tǒng)一，可以通過計(jì)算得出理論和實(shí)際的角度差4，然后將旋轉(zhuǎn)前的工件13映射到二次工件坐標(biāo)系的Y軸1和二次工件坐標(biāo)系的 X軸11組成的二次坐標(biāo)系下，計(jì)算出加工起始點(diǎn)，最終使刀具沿著理論和實(shí)際的角度差4的矢量方向，從加工起始點(diǎn)開始加工，最終實(shí)現(xiàn)精確鏜孔?？梢娫摲椒ǚ浅７奖愕膶?shí)現(xiàn)了多工位的坐標(biāo)統(tǒng)一和定位。使用該方法，可以使加工中心鏜孔的精度提高，提高加工的效率和質(zhì)量，降低次品率，減少離線檢測(cè)和使用附加設(shè)備的費(fèi)用，可以方便的實(shí)現(xiàn)二次裝卡定位。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于三球的加工中心多工位坐標(biāo)統(tǒng)一方法，其特征在于該方法包括下列步驟步驟一，首先將旋轉(zhuǎn)前的工件13裝卡在加工中心工作轉(zhuǎn)臺(tái)2上，并固定好； 步驟二，將緊固有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球12的夾具3固定在加工中心工作轉(zhuǎn)臺(tái)2上，且三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球12不能共線； 步驟三，利用旋轉(zhuǎn)前的刀具14對(duì)旋轉(zhuǎn)前的工件13進(jìn)行鏜孔；步驟四，在刀庫(kù)8中，將旋轉(zhuǎn)前的刀具14換成測(cè)頭10，對(duì)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球12進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)測(cè)量旋轉(zhuǎn)前的工件13孔的位置，通過測(cè)量軟件建立初始工件坐標(biāo)系；所述的初始工件坐標(biāo)系就是利用三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球12的球心建立的坐標(biāo)系；步驟五，將加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)2旋轉(zhuǎn)180°，所述的180°是加工中心工作轉(zhuǎn)臺(tái)2理論上要旋轉(zhuǎn)的角度，利用測(cè)頭10再次對(duì)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球12進(jìn)行標(biāo)定，建立二次工件坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)變換理論，求出角度差4 ；所述的二次工件坐標(biāo)系是在加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)2旋轉(zhuǎn)180°后再次利用三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球12的球心建立的坐標(biāo)系；步驟六，再次將測(cè)頭10換成旋轉(zhuǎn)后的刀具15，使刀具沿著角度差4的方向進(jìn)行第二次鏜孔，完成了對(duì)心鏜孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的加工中心包括X方向、Y方向、Z方向直線運(yùn)動(dòng)和W方向轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，且為臥式加工中心，刀具和工作轉(zhuǎn)臺(tái)平行，每個(gè)軸都裝有高精度編碼器，具有在機(jī)測(cè)量功能。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的標(biāo)準(zhǔn)球12是鋼球，選用的是直徑為 10mm、最高圓度為0. 08um、尺寸精度為0. 5um、并帶有固定桿的鋼球。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的夾具3上面帶有矩陣式螺孔用來固定標(biāo)準(zhǔn)球，夾具3下面也有鎖緊螺栓用于和轉(zhuǎn)臺(tái)的工作平面固定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的鏜孔是對(duì)旋轉(zhuǎn)前的工件13加工一個(gè)通孑L。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的測(cè)頭10是機(jī)械式觸發(fā)測(cè)頭，用于接觸式測(cè)量。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的測(cè)量軟件是基于PC機(jī)的具有測(cè)量和誤差評(píng)價(jià)功能的軟件，也可以是數(shù)控系統(tǒng)中增加的測(cè)量模塊，可以根據(jù)測(cè)點(diǎn)建立工件坐標(biāo)系。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的坐標(biāo)變換理論就是通過矩陣運(yùn)算，利用平移和旋轉(zhuǎn)變換算法實(shí)現(xiàn)一個(gè)坐標(biāo)系向另一個(gè)坐標(biāo)系的變換。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的角度差4就是理論旋轉(zhuǎn)的角度和實(shí)際計(jì)算得到的角度之差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三球的加工中心多工位坐標(biāo)統(tǒng)一方法，該方法以三球建立的相對(duì)位置不變參照系為基準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件任意角度的定位，相當(dāng)于增加加工中心的運(yùn)動(dòng)維數(shù)，主要可以實(shí)現(xiàn)精確對(duì)心鏜孔。首先將工件固定在工作轉(zhuǎn)臺(tái)之上，對(duì)工件進(jìn)行一側(cè)鏜孔，然后將刀具換成測(cè)頭，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球和工件加工孔進(jìn)行標(biāo)定，然后旋轉(zhuǎn)180°，再次進(jìn)行標(biāo)定，利用在機(jī)測(cè)量的坐標(biāo)變換算法實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)系的統(tǒng)一，計(jì)算理論和實(shí)際的角度差，調(diào)整主軸的加工方向，進(jìn)行另一側(cè)鏜孔，最終完成。同樣也可以實(shí)現(xiàn)工件的二次裝卡準(zhǔn)確定位。
文檔編號(hào)B23B35/00GK102151866SQ201110064690
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者王金棟, 紹偉, 郭俊杰, 韓浦江 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)