一种工件找正方法与流程

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种工件找正方法。

背景技术：

叶轮的加工通常需要在多轴加工中心上进行。一般地，在采用多轴加工中心加工工件时，通常会将加工坐标系原点设置在工件回转中心线的某一点上，并且在工件在机床上安装前都在工件上预留角度基准(如径向槽等)，在工件安装好后，通过校正角度基准，就可以找正叶轮的角度零点，使工件安装的角度方位与CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)软件中工件三维模型的角度方位一致。

但是，在多轴加工中心上对一些叶轮进行精加工时，叶轮并没有预留角度基准。对于无角度基准的叶轮在多轴加工中心上加工时，要让工件安装的角度方位与CAM软件中工件三维模型的角度方位一般比较困难。传统的方法是通过反复旋转多轴加工中心的工作台调整工件的安装角度来逐步找正工件的角度零点，费时费力，而且找正质量依赖于操作者的手法、经验，准确率较低。

技术实现要素：

为了解决现有技术中找正工件的角度零点费时费力，且准确率较低的问题，本发明实施例提供了一种工件找正方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种工件找正方法，所述方法包括：

将工件安装在多轴加工中心的回转工作台上，并使所述工件的回转中心与所述回转工作台的回转中心重合；

在所述多轴加工中心上安装刀具并对刀，设置所述多轴加工中心的加工坐标系的原点与定位控制程序的编程坐标系的原点保持一致，所述加工坐标系的原点位于所述工件的回转中心上；

通过所述定位控制程序控制所述刀具运动，使所述刀具上的第一预定点达到第一预定位置；

转动所述回转工作台带动所述工件转动，使所述工件的第二预定点到达第二预定位置，所述第二预定位置是事先设定的与所述第一预定位置对应的位置；

记录所述刀具上的第一预定点达到第一预定位置时所述定位控制程序中与所述第一预定位置对应的程序段的C轴坐标值，并根据记录的C轴坐标值设置数控系统中所启用的所述加工坐标系在所述工件的第二预定点到达第二预定位置时的C轴坐标值，所述多轴加工中心包括所述数控系统。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述第一预定位置包括M个第一位置，M为正整数，所述第二预定位置包括分别与所述M个第一位置一一对应的M个第二位置，所述第二预定点包括分别与所述M个第一位置一一对应的M个预定点；

当所述第一预定位置包括至少两个第一位置时，通过所述定位控制程序控制刀具运动，使所述刀具上的第一预定点达到第一预定位置；转动所述回转工作台带动所述工件转动，使所述工件上的第二预定点到达第二预定位置，包括：

控制所述刀具运动，使所述刀具上的第一预定点依次达到所述至少两个第一位置；

在所述刀具上的第一预定点每到达所述至少两个第一位置中的一个第一位置时，转动所述回转工作台使所述工件上的与所述第一位置对应的预定点到达与所述第一位置对应的第二位置。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述工件为叶轮，所述第二预定点包括多个预定点，所述多个预定点位于所述叶轮的同一个叶片上。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述工件为叶轮，所述第二预定点包括多个预定点，所述多个预定点位于所述叶轮的多个叶片上。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述工件为叶轮，所述第二预定点包括多个预定点，所述多个预定点位于所述叶轮叶片表面上的同一曲线或曲面上，或者所述多个预定点位于所述叶轮叶片表面上的多条曲线或多个曲面上。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述工件为叶轮，所述预定点位于所述叶轮的叶片边缘宽度的中心。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述记录所述刀具上的第一预定点达到第一预定位置时所述定位控制程序中与所述第一预定位置对应的程序段的C轴坐标值，并根据记录的C轴坐标值设置数控系统中所启用的所述加工坐标系在所述工件的第二预定点到达第二预定位置时的C轴坐标值，包括：

记录所述刀具上的第一预定点到达所述至少两个第一位置中的第一个第一位置时，所述定位控制程序中与所述第一个第一位置对应的程序段的C轴坐标值，并将记录的C轴坐标值设置为数控系统中所启用的所述加工坐标系在所述工件上的与所述第一个第一位置对应的预定点到达对应的第二位置时的C轴坐标值；

在控制所述刀具上的第一预定点依次达到所述至少两个第一位置中的其他至少一个第一位置的过程中，每当所述刀具上的第一预定点达到所述至少两个第一位置中的一个其他第一位置，且所述工件上的与所述其他第一位置对应的预定点到达对应的第二位置时，记录所述回转工作台的转动角度值；

将至少一个所述转动角度值的和除以所述至少两个第一位置的数量，得到修正值；

采用所述修正值对所述数控系统中所启用的所述加工坐标系中的C轴坐标值进行修正。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述方法还包括：

在CAM软件中编制所述定位控制程序，所述定位控制程序用于控制所述刀具的第一预定点到达所述第一预定位置。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述在CAM软件中编制所述定位控制程序，包括：

以所述工件的回转中心上的一点在所述工件的模型中的对应点为原点，建立所述编程坐标系；

选定所述工件的模型上的所述第二预定点的位置；

根据所述第二预定点确定对应的第二预定位置，编制所述定位控制程序，以控制所述刀具的第一预定点到达所述第二预定位置对应的第一预定位置。

在本发明实施例的另一种实现方式中，当所述刀具为钻头时，所述第一预定点位于所述钻头的钻尖上；当所述刀具为圆刀片铣刀时，所述第一预定点位于所述圆刀片铣刀的刀片圆心上；当所述刀具为球头刀时，所述第一预定点位于所述球头刀的球心上。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将工件安装在回转工作台上，使所述工件的回转中心与所述回转工作台的回转中心重合，此时安装刀具对刀并采用定位控制程序控制刀具运动，使刀具上的第一预定点达到第一预定位置，由于工件安装时并未对准角度零点，所以需要转动工件，以使工件的第二预定点到达第二预定位置，第二预定位置和第一预定位置相对应，记录此时定位控制程序中对应程序段的C轴坐标值，并根据记录的C轴坐标值设置数控系统中启用的坐标系的C轴坐标值，即实现了工件角度的找正。该方法的前半部分在对刀后由程序控制完成，后半部分只需要转动工件，以使其到达的第二预定点也到达预定位置即可，操作简单，时间花费少，且准确率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种工件找正方法流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种工件找正方法流程图；

图3是本发明实施例提供的叶轮的结构示意图；

图4A-图4F是本发明实施例提供的刀具的结构示意图。

图5A-图5C是本发明实施例提供的工件上的第二预定点的位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种工件找正方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101：将工件安装在多轴加工中心的回转工作台上，并使所述工件的回转中心与所述回转工作台的回转中心重合。

其中，工件的回转中心也即工件中心轴线，将其安装在回转工作台的回转中心，在通过后续步骤进行找正，使得多轴加工中心能够自动控制刀具进行加工。

步骤102：在所述多轴加工中心上安装刀具并对刀，设置所述多轴加工中心的加工坐标系的原点与定位控制程序的编程坐标系的原点保持一致，所述加工坐标系的原点位于所述工件的回转中心上，也即所述加工坐标系的原点是所述工件的回转中心上的某一点。

步骤103：通过定位控制程序控制所述刀具运动，使所述刀具上的第一预定点达到第一预定位置。

具体地，在数控系统中运行定位控制程序，以控制刀具运动。该定位控制程序用于控制刀具运动到预定位置。

步骤104：转动所述回转工作台带动所述工件转动，使所述工件上的第二预定点到达所述第二预定位置，所述第二预定位置是事先设定的与所述第一预定位置对应的位置。

步骤105：记录所述刀具上的第一预定点达到第一预定位置时所述定位控制程序中与所述第一预定位置对应的程序段的C轴坐标值，并根据记录的C轴坐标值设置数控系统中所启用的所述加工坐标系在所述工件的第二预定点到达第二预定位置时的C轴坐标值，所述多轴加工中心包括所述数控系统。

其中，C轴是回转工作台绕坐标系中Z轴旋转的角度坐标轴，C轴零点指定坐标系中X轴的指向。

本发明实施例通过将工件安装在回转工作台上，使所述工件的回转中心与所述回转工作台的回转中心重合，此时安装刀具对刀并采用定位控制程序控制刀具运动，使刀具上的第一预定点达到第一预定位置，由于工件安装时并未对准角度零点，所以需要转动工件，以使工件的第二预定点到达第二预定位置，第二预定位置和第一预定位置相对应，记录此时定位控制程序中对应程序段的C轴坐标值，并根据记录的C轴坐标值设置数控系统中启用的坐标系的C轴坐标值，即实现了工件角度的找正。该方法的前半部分在对刀后由程序控制完成，后半部分只需要转动工件，以使其到达的第二预定点也到达预定位置即可，操作简单，时间花费少，且准确率较高。

图2是本发明实施例提供的另一种工件找正方法的流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤200：在CAM软件中编制所述定位控制程序，所述定位控制程序用于控制所述刀具的第一预定点到达所述第一预定位置。

在本发明实施例中，定位控制程序通过预先编制得到，具体可以借助CAM软件完成。

在本发明实施例中，所述在CAM软件中编制所述定位控制程序，包括：

第一步，以所述工件的回转中心上的一点在所述工件的模型中的对应点为原点，建立编程坐标系。

其中，工件的回转中心也即工件中心轴线。图3是本发明实施例提供的工件的结构示意图，参见图3，工件包括轮毂10、以及沿轮毂周向设置在轮毂的侧壁上的多个叶片11，其中，工件的回转中心是轮毂的轴线，也即图3中的直线S。

本发明实施例适用于各种有中心孔可供找正中心轴线，需要定位零件上其他曲面的角向位置的工件，例如叶轮。

具体选择原点时，可以根据工件的特点进行选取，以叶轮为例，优选地，可以选取叶轮轮毂的上端面或下端面的中心点，也即前述轮毂10的上端面或下端面的中心点。建立坐标系时，其中X、Y轴的方向可以任意选择。

第二步，选定所述工件的模型上的所述第二预定点的位置。

第三步，根据所述第二预定点确定对应的第二预定位置，编写所述定位控制程序，以控制所述刀具的第一预定点到达所述第二预定位置对应的第一预定位置。

其中，刀具可以为常用的刀具，优选地选带中心尖点的刀具如钻头、顶尖或仿形铣刀如圆刀片铣刀(俗称牛鼻刀)、球头刀等。

例如，可以在第一预定位置和刀具初始位置之间设定多个紧密相连的点，使得刀具的第一预定点沿这些点运动到达第一预定位置。

图4A-图4F是本发明实施例提供的刀具的结构示意图。参见图4A，该刀具为钻头，其中，第一预定点设置在钻尖上，如图所示A点。参见图4B和图4C，该刀具为圆刀片铣刀，其中，第一预定点可以设置在圆刀片铣刀的刀片圆心上，如图所示A点。参见图4D-图4F，该刀具为球头刀，其中，第一预定点可以设置在球头刀的球心上，如图所示A点。也即，所述第一预定点位于所述刀具的刀尖或切削刃圆弧中心上。定位时，控制刀尖到达第一预定位置或者刀片的切削刃圆弧中心到达第一预定位置。

步骤201：将工件安装在多轴加工中心的回转工作台上，并使所述工件的回转中心与所述回转工作台的回转中心重合。

在多轴加工中心的回转工作台上校正中心，使工件的回转中心与回转工作台的回转中心重合，然后夹紧工件。

其中，多轴加工中心可以为德马吉DMU60型号，5轴5联动(5轴分别为X、Y、Z、B和C)，其中回转工作台的回转角度坐标轴为C轴。

步骤202：在所述多轴加工中心上安装刀具并对刀，设置所述多轴加工中心的加工坐标系的原点与定位控制程序的编程坐标系的原点保持一致，所述加工坐标系的原点位于所述工件的回转中心上，也即所述加工坐标系的原点是所述工件的回转中心上的某一点。

安装刀具并通过对刀将工件加工坐标系的原点设置到编制所述定位控制程序时所采用的编程坐标系的原点上，以保证定位控制程序能够控制刀具运动到预定位置。

步骤203：通过定位控制程序控制所述刀具运动，使所述刀具上的第一预定点达到第一预定位置。

在多轴加工中心的数控系统运行定位控制程序，以控制刀具上的第一预定点达到第一预定位置。其中，数控系统(也即机床控制系统)可以为HEIDENHAINiTNC530数控系统，该数控系统具有刀尖跟随功能。

步骤204：转动所述回转工作台带动所述工件转动，使所述工件上的第二预定点到达所述第二预定位置，所述第二预定位置是事先设定的与所述第一预定位置对应的位置。

当刀具运动到第一预定位置时，停止程序。操作人员通过手轮旋转工作台，使刀具与工件的相对位置关系与CAM软件编程时设定的一致，也即使所述工件上的第二预定点到达所述第二预定位置。

在本发明实施例中，所述第一预定位置包括M个第一位置，M为正整数，所述第二预定位置包括分别与所述M个第一位置一一对应的M个第二位置，所述第二预定点包括分别与所述M个第一位置一一对应的M个预定点，通过设置M个位置进行定位，实现角度零点精准定位。

在定位控制程序中，可以设置M个程序段，分别控制刀具的第一预定点到达M个第一位置，刀具所到达的M个第一位置与工件的M个预定点所对应的M个第二位置有确定的相互位置关系。运行定位控制程序相应的程序段，然后转动工作台，使工件的对应预定点到达第二位置时，刀具的第一预定点的相对位置处于该第二位置对应的第一位置。在数控领域中，一句程序叫做一个程序段。

当所述第一预定位置包括至少两个第一位置时，通过所述定位控制程序控制刀具运动，使所述刀具上的第一预定点达到第一预定位置；转动所述回转工作台带动所述工件转动，使所述工件上的第二预定点到达第二预定位置，可以包括：控制所述刀具运动，使所述刀具上的第一预定点依次达到所述至少两个第一位置(也即沿至少两个点构成的曲线依次运动)；在所述刀具上的第一预定点每到达所述至少两个第一位置中的一个第一位置时，转动所述回转工作台使所述工件上的与所述第一位置对应的预定点到达与所述第一位置对应的第二位置。

在本发明实施例中，所述工件具体为叶轮。所述第二预定点包括多个预定点，所述多个预定点位于所述叶轮的同一个叶片上，或者所述多个预定点位于所述叶轮的多个叶片上。所述多个预定点位于所述叶轮上的同一曲线或曲面上(也即多个预定点构成一曲线或曲面)，或者所述多个预定点位于所述叶轮叶片表面上的多条曲线或多个曲面上，或者所述预定点位于所述叶轮的叶片边缘宽度的中心。

优选地，当第二预定点包括多个预定点时，且多个预定点位于叶片曲面上的曲线或曲面时，多个预定点分布在叶片的两面上，且位于叶片一个面的预定点的数量M1与位于叶片另一个面的数量M2相等或相差小于设定值，例如设定值为2。此时，对应的多个第一位置的布置如下，在工件上的第二预定点每转动到第二位置时，叶片一个面上的M1个预定点对应的M1个第一位置与叶片这个面的距离的平均值为L1，和另外的M2个第一位置与叶片的另一个面的距离的平均值L2相等。当第二预定点位于叶轮叶片边缘宽度的中心时，当工件转动到第二位置时，对应的第一位置与叶片边缘的两条棱线的距离相等。

当然，上述预定点对应的第一位置设定在距叶轮设定距离的位置处，所述设定距离包含定位安全距离和叶片的加工余量及叶片的预计变形量，避免刀具与叶轮发生撞刀。但是，第一位置与叶轮间的距离一般要尽量小，这样便于观察有助于提高找正精度。

图5A-图5C是本发明实施例提供的第二预定点的位置示意图，参见图5A，第二预定点设置在叶片边缘宽度的中心处，即图中B点，此时刀具的第一预定点对应到达的第一预定位置应该与叶片边缘的两条棱线的距离相同。参见图5B，第二预定点包括多个预定点，多个预定点沿叶片外缘弧线(每个都在叶片外缘宽度中间点)设置，也即图中线条b上。参见图5C，第二预定点包括多个预定点，多个预定点沿叶片表面某一条弧线设置，也即图中线条b上，在其他实施例中多个预定点也可以沿叶片底面某一条弧线设置。

步骤205：记录所述刀具上的第一预定点达到第一预定位置时所述定位控制程序中与所述第一预定位置对应的程序段的C轴坐标值，并根据记录的C轴坐标值设置数控系统中所启用的所述加工坐标系在所述工件的第二预定点到达第二预定位置时的C轴坐标值，所述多轴加工中心包括所述数控系统。

其中，当第一预定位置包括至少两个第一位置时，定位控制程序中对于每一个第一位置都有一个单独的程序段进行控制，因此在记录C轴坐标值时需要记录与当前的第一预定位置对应的程序段的C轴坐标值。

当所述第二预定位置包括至少两个第二位置时，步骤205可以包括：记录所述刀具上的第一预定点到达所述至少两个第一位置中的第一个第一位置时，所述定位控制程序中与所述第一个第一位置对应的程序段的C轴坐标值，并将记录的C轴坐标值设置为数控系统中所启用的所述加工坐标系在所述工件上的与所述第一个第一位置对应的预定点到达对应的第二位置时的C轴坐标值；在控制所述刀具上的第一预定点依次达到所述至少两个第一位置中的其他至少一个第一位置(除第一个第一位置)的过程中，每当所述刀具上的第一预定点达到所述至少两个第一位置中的一个其他第一位置，且所述工件上的与所述其他第一位置对应的预定点到达对应的第二位置时，记录所述回转工作台的转动角度值；将至少一个所述转动角度值的和除以所述至少两个第一位置的数量，得到修正值；采用所述修正值对所述数控系统中所启用的所述加工坐标系中的C轴坐标值进行修正。

例如，第一预定位置包括5个第一位置，分别为第一个～第五个第一位置，第二预定位置包括对应的第一个～第五个第二位置，第二预定点包括对应的第一个～第五个预定点(这里的对应是指，第一个第一位置对应第一个第二位置和第一个预定点，依次类推)。当第一预定点到达第一个第一位置时，记录定位控制程序中与第一个第一位置对应的程序段的C轴坐标值，并将记录的C轴坐标值设置为数控系统中所启用的加工坐标系在工件上的第一个预定点到达第一个第二位置时的C轴坐标值；然后控制刀具的第一预定点到达第二个第一位置，工件上的第二个预定点到达第二个第二位置，记录回转工作台的转动角度值，重复该步骤(使得工件上的第三个～第五个预定点依次到达第三个～第五个第二位置)，得到四个转动角度值；将四个转动角度值的和除以5得到修正值，采用修正值进行C轴坐标值进行修正。

其中，转动所述回转工作台具体可以采用手轮实现；记录所述回转工作台的转动角度值，具体可以借助数控系统的坐标显示面板实现。

在计算出转动角度值的修正值(可正可负)后，将该修正值加到数控系统所启用的加工坐标系中的C轴坐标值上，并将加上修正值后的新值重新填入加工坐标系中。其中，转动角度值的修正值有正负，当转动角度值的修正值为负值时，相当于减去该修正值的绝对值。

本发明实施例通过将工件安装在回转工作台上，使所述工件的回转中心与所述回转工作台的回转中心重合，此时安装刀具对刀并采用定位控制程序控制刀具运动，使刀具上的第一预定点达到第一预定位置，由于工件安装时并未对准角度零点，所以需要转动工件，以使工件的第二预定点到达第二预定位置，第二预定位置和第一预定位置相对应，记录此时定位控制程序中对应程序段的C轴坐标值，并根据记录的C轴坐标值设置数控系统中启用的坐标系的C轴坐标值，即实现了工件角度的找正。该方法的前半部分在对刀后由程序控制完成，后半部分只需要转动工件，以使其到达的第二预定点也到达预定位置即可，操作简单，时间花费少，且准确率较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。