一种机床无插补加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机床加工领域，涉及一种无插补加工方法，具体涉及当需要加工带有角度的斜线和弧度的圆弧零件时可以不用直线插补和圆弧插补的方法。该方法可以避免零件加工时由于插补和多电机运动而引起的误差，这样可以提高零件加工的精度。
【背景技术】
[0002]作为一种加工方法而言，加工出来的零件精度是衡量零件质量的一个重要指标。零件的加工精度受很多因素影响。其中数控机床的插补会影响零件加工的精度。插补是机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程。也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也称为“数据点的密化”;数控装置根据输入的零件程序的信息，将程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而形成要求的轮廓轨迹，这种“数据密化”机能就称为“插补”。在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。
[0003]插补的分类:一个零件的轮廓往往是多种多样的，有直线，有圆弧，也有可能是任意曲线，样条线等.数控机床的刀具往往是不能以曲线的实际轮廓去走刀的，而是近似地以若干条很小的直线去走刀，走刀的方向一般是X和Y方向。插补方式有:直线插补，圆弧插补，抛物线插补，样条线插补等。
[0004]插补原理:数控车床的运动控制中，工作台(刀具)X、Y、Z轴的最小移动单位是一个脉冲当量。因此，刀具的运动轨迹是具有极小台阶所组成的折线(数据点密化)。例如，用数控车床加工直线0A、曲线0B，刀具是沿X轴移动一步或几步(一个或几个脉冲当量Dx)，再沿Y轴方向移动一步或几步(一个或几个脉冲当量Dy)，直至到达目标点。从而合成所需的运动轨迹(直线或曲线)。数控系统根据给定的直线、圆弧(曲线)函数，在理想的轨迹上的已知点之间，进行数据点密化，确定一些中间点的方法，称为插补。
[0005]目前机床加工零件的轨迹都是以插补方式来完成零件轮廓的加工，因此会有插补误差。同时插补时需要控制多个电机共同运动来完成运动轨迹，在控制多个电机时由于控制信号需要处理发送及到响应会有延迟，控制系统发送的脉冲在某些情况下还会丢步现象，这些也会导致多个电机无法做到同步而使运动轨迹有误差。
[0006]如何有效解决这些重要问题，本发明可以不采用插补的方式来加工零件，同时在加工时减少运动轴的运动，比如加工直线时直接走直线的轨迹，加工圆弧时直接在圆盘上做旋转运动。这样从根本上解决零件加工的插补误差及机床多电机控制造成的误差。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对现在加工对精度要求越来越高的情况下，从减少加工原理误差及机床本身制造及控制的误差，对于误差分析可以不必考虑有插补及多电机控制产生的误差，提出一种机床无插补加工方法。该加工方法可以从源头上减少误差的产生。
[0008]本发明的方法是基于以下装置，该装置是在现有的机床工作台上另外增加三个运动轴，分别是一个旋转轴、两个移动轴，具体是圆盘通过旋转轴与现有机床工作台活动连接，实现旋转运动，同时该旋转轴下端与机床的电机或者传动机构输出轴连接，通过电机或者传动机构进行驱动；由两个移动轴构成的十字滑台固定在圆盘上，且通过滑轨实现X轴、Y轴直线运动；十字滑台位于上方的移动轴上设有用于装夹待加工零件的工件固件，该工件固件通过滑轨沿十字滑台位于上方的移动轴做直线移动；
[0009]所述的机床底座，可以是固定的，也可以是移动的。
[0010]所述的圆盘的转速可调节，当用来加工圆弧时用以调节加工零件的进给速度；当加工有角度的斜线时用以调节斜线的角度；工件在两个移动轴运动下与旋转轴中心的距离决定了加工圆弧轨迹的半径大小；
[0011]所述的十字滑台，有两个互相垂直的移动轴，两个轴做直线运动；构成十字滑动台的两个移动轴的中心与圆盘的中心重合，便于加工时的定位；
[0012]所述的十字滑动台与工件固件配合使用，通过圆盘上的十字滑台和工件固件的直线运动实现待加工零件圆弧圆心和圆盘位置的重合。
[0013]本发明基于上述装置的一种机床无插补加工方法，包括以下步骤:
[0014]步骤(I)、首先将待加工零件轮廓按照直线、圆弧的加工要求进行分段，然后确定每段待加工线段包含的加工段内容，并确定各加工线段的工序；
[0015]所述的每段待加工线段包含的加工段内容包括直线、圆弧的加工段内容；其中直线的加工段内容包括直线待加工线段与机床X轴或者机床Y轴形成的角度，以及直线待加工线段的起点位置、终点位置；圆弧的加工段内容包括圆弧待加工线段的半径、圆心位置、起点位置、终点位置；对于不同加工线段需要分别定位，分别加工；
[0016]步骤(2)、第一条待加工线段的加工
[0017]将待加工零件置于工件固件上，同时将刀具位置通过现有机床的X轴、Y轴移动使其在起点位置；
[0018]若待加工线段为圆弧，首先确定圆弧的圆心，通过十字滑台与工件固件的直线运动使得该圆心与圆盘的圆心重合，将刀具移动到待加工线段的起点位置，开始加工，刀具位置不动；圆盘从待加工线段的起点位置旋转至终点位置，刀具完成零件圆弧走刀的运动；
[0019]通过圆盘上的十字滑台与工件固件的直线运动调整待加工圆弧的圆心与圆盘圆心重合，这样操作能在加工圆弧时无需用插补的方式来完成加工，加工出来的圆弧就是以圆弧线的方式来实现；
[0020]若待加工线段为与机床X轴或者机床Y轴形成θ°角的直线，通过圆盘旋转将该直线调整到与机床X轴或者机床Y轴平行，圆盘旋转-Θ °角，然后通过刀具沿着机床X轴或机床Y轴直线运动来完成；本发明通过控制圆盘的旋转角度来完成有角度的直线无插补加工；
[0021]步骤(3)、判断是否还有未完成的待加工线段，若有则继续下一条待加工线段的加工并重复该步骤直至所有待加工线段完成；
[0022]继续下一条待加工线段的加工的过程是重新确定刀具位置，通过现有机床的X轴、Y轴移动使其固定在下一条待加工线段的起点位置，同时根据步骤(2)所述的操作方法通过圆盘上的旋转轴、十字滑台的两个移动轴以及机床原有的运动轴的运动共同来完成待加工线段的加工。
[0023]本发明的有益效果是:
[0024]本发明加工方法可以引用在各种数控机床上，如铣床，磨床，加工有弧度的斜齿轮，也可以用在手动或半自动机床上，及各种以插补方式来形成运动轨迹的机器，同时该装置对于现有机床可以方便的改装就可实现用本发明方法来加工。
[0025]该方法可以提高运动轨迹的精度，适合用在运动轨迹控制要求比较高的场合。特别是对于微细加工，纳米加工，要求控制精度很高，这样可以用该方法来消除插补误差。
[0026]该方法及装置较现有典型技术方法具有以下优点:
[0027]I)没有插补误差。
[0028]2)该方法无论加工直线还是圆弧，在刀具正式加工时，只有一个运动轴运动，这样就没有多轴同时运动所带来的误差。
[0029]3)本发明方法简单，装置既容易对现有的机床改装，也可以重新设计作为新产品。同时可以适当改装用于四轴，五轴，或六轴等机床，用于广泛，可以根据机床大小适当改变安装位置。
[0030]本发明的无插补加工方法可以运用在高精密的机械加工和用插补方式运动的机器领域中来减少误差。
【附图说明】
[0031]图1为本发明装置的结构示意图；
[0032]图2为本发明装置的俯视结构示意图；
[0033]图3为实施例龙门铣床的正视图；
[0034]图4为实施例龙门铣床的左视图；
[0035]图5为实施例龙门铣床的俯视图；
[0036]其中I为机床工作台，2为圆盘，3为十字滑台的X轴移动轴，4为十字滑台的Y轴移动轴，5是用于装夹待加工零件的工件固件，6为刀具，7为机床Y轴，8为机床Z轴。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明做进一步的分析。
[0038]本发明的特征是从机床系统及加工方式上出发，通过改变圆盘2的转角来控制斜线的角度，加工时只需要一个运动轴(除刀具的运动外)做平动或者转动，就可以完成有一定角度的直线或一定弧度的圆弧轨迹。这样就可以避免传统的多轴联动时，需要控制两个或两个以上的电机来共同带动工件运动，而控制多个电机在电气控制上会有无法避免的误差，比如以圆弧轨迹运动，需要机床X轴，Y轴同时开始运动，且速度要绝对相同才能以圆弧轨迹运动。而事实上由于电气及电机元器件加工上或多或少都有差别，无法做出一模一样的两个以上的电机。同时因为是插补，本身机床的运动轨迹就不是圆弧及斜线，所以这也会带来加工误差，本发明在就可以避免电机控制时的误差以及插补时所产生的误差。本发明在加工方式上与原有的方式有很大不同，原来的运动是有插补的方式来完成不同轮廓，这样可以对不同轮廓连续的进行加工。而本发明是不同的线段，不同的圆弧进行分段加工，车刀要运动到加工的起点处，零件要在一定位置，当到第二条线时，要第二次零件的对齐，及刀具要运动到加工的起点处。这些是本发明的重要关键特征。
[0039]我们加工时轮廓会有多条直线与多条圆弧构成。对于加工这种轮廓的零件，我们首先将每段直线及圆弧进行分段加工。确定加工的起点，圆弧的圆心，加工的终点。用原有机床上的X轴、Y轴的平移运动使机床的刀具移动到加工的起点，同时对于加工有角度的斜线，圆盘转到一定角度，如果是圆弧，是圆弧的圆心与圆盘的圆心重合。然后刀具从加工的起点开始加工，直到加工到终点。然后继续加工第二条直线或圆弧，找到第二条直线的起点，终点，如果是圆弧，找到圆弧圆心。