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數控加工中工件的自動定位

時間:2011-02-27 10:22:22 來源:

筆者提出的工件自動定位，是使工件坐標系自動適應機床的加工要求。此方法與傳統找正方法不同之處在于不是努力“擺正”工件，而是測出工件放在工作臺上的偏斜角度及偏移量，然后根據此偏角和偏移量，通過自動修正零件的加工程序，保證加工出合格的工件。該方法可減少工件定位、裝夾所占用的輔助時間，較大限度地發揮數控加工的高效性。

1 工件自動定位原理

  1. 工件位置的測量
    為說明問題并考慮實際裝夾情況，設工件只在XOY平面內偏斜。當工件安裝偏斜時，為確定機床坐標系與工件坐標系的關系，應首先測出工件所在位置。設圖1為安裝偏斜的工件，外輪廓為O'ABC，X'O'Y' 為工件坐標系，XOY 為機床坐標系。利用測量頭沿O'A 邊任意測量兩點，顯示出測頭中心坐標( x1，y1)，( x2，y2)，再沿O'C 邊任意測出另外兩點( x3，y3)，( x4，y4)，由以上4 點并考慮測頭半徑r，可求出O'點坐標值及O'A邊傾斜角a為


圖1 機床坐標系與工件坐標系關系圖

  1. a=tan-1[( y2-y1)/( x2-x1)]
    ∆x=( k1 x1-k2 x3-y1+y3)/(k1-k2)+rcos [(b+a)/2]/sin[(b-a)/2]
    ∆y=[( k1 y3-k2 y1)+k1 k2 ( x1-x3)]/(k1-k2)+r sin[(b+a)/2]/sin[(b-a)/2]
    式中：k1=tana
    k2=tanb=( y3-y4)/(x3-x4)


     

  2. 坐標變換
    設在工件坐標系X'O'Y'下的某點坐標值(x'，y')，若已知工件坐標系X'O'Y 相對機床坐標系XOY平移∆x、∆y，并旋轉一角度a，在XOY 坐標系下該點的坐標值，可按下式求出為
    x=x'cosa-y'sina+∆x
    y=x'sina+y'cosa+∆y

圖2 程序框圖

  1. 自動定位方法的實現及程序框圖
    根據測量點求出a、∆x、∆y后，由坐標變換公式，
    可修正原數控代碼中的坐標值，生成新的數控代碼，按新的數控代碼加工即可獲得與原方法相同的加工結果。
    這一方法實際操作非常簡便，即只需測出4個點的坐標值并將其輸入計算機，計算和修正原數控代碼的工作可由編制好的程序自動完成。因只需作簡單的計算和修正原數控代碼中的坐標值，所編程序可方便地用Borland C++實現，其程序框圖見圖2。

2 實例

如圖3 所示工件，加工內腔體輪廓ABCD，各點坐標為A(10，10)、B(60，10)、C(60，40)、D(10，40)，圖中用箭頭標出了走刀路線，原數控加工代碼為
N10 G90 G54 G00 X40.0 Y30.0：
N11=15.0，
N12 G41 G01 X40.0 Y10.0 F100 D01：
N13 X60.0 Y10.0：
N14 X60.0 Y40.0：
N15 X10.0 Y40.0：
N16 X10.0 Y10.0：
N17 X40.0 Y10.0：
N18 G40 X40.0 Y30.0：
……


 

工件安裝偏斜后，已知測頭半徑r為10mm，經測量得(10.92，-8.26)，(60.84，-5.64)，(-9.58，40.62)，(-8.01，10.66)，將其代入修改程序后，可輸出新的數控代碼為
N10 G90 G54 G00 X40.88 Y33.25：
N11 Z15.0：
N12 G41 G01 X41.92 Y13.28 F100 D01：
N13 X61.89 Y14.33：
N14 X60.32 Y44.29：
N15 X10.39 Y41.67：
N16 X11.96 Y11.71：
N17 X41.92 Y13.28：
N18 G40 X40.88 Y33.25：
……

圖3 加工實例

以新的數控代碼進行加工即可獲得與原方法相同的加工結果，顯然加工精度不會改變。

3 結論

  1. 提出了以加工工件為基準的自動定位原理。該方法可放寬對工件安裝的要求，并可獲得與原方法相同的加工結果，對縮短工件安裝調整時間，提高生產效率有一定實際意義。