一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法及装置与流程

1.本发明涉及的是机械加工技术领域，具体涉及一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法及装置。


背景技术：

2.在机械加工领域，会涉及到不同结构类型的零件，在航空领域中,会涉及至许多结构比较复杂的异形件，如图1所示的锁钩零件为典型的异形件，由于其形状由曲面组成，采用常规量具无法测量，只能通过投影和三坐标来进行测量。根据设计要求，该零件的a、b、c三处均为劣弧，并且对该处的劣弧加工精度有比较高的要求，劣弧是指小于半圆的弧。
3.针对此类异形件，在数控加工中心进行加工时，走完外形程序时，不知道外形尺寸如何，也没有办法在机床上进行测量，只能通过投影方式来测量外形尺寸，若当外形尺寸不合格时，则必须进行二次加工。二次加工时，就要再次装夹找正工件，若工件和第一次装夹时的状态不一致，通过数控二次加工，会发现补偿值和测量值不一致，从而造成工件的报废。对于此类异形件，为了确保产品达到标准要求，满足用户使用，因此，设计一种找正装置，通过杠杆百分表，利用扛杆原理实现自动找正及在线测量，避免二次加工，不仅可以提高加工效率，提前完成产品的交付周期，还能降低企业的制造成本。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对背景技术中存在的问题，利用杠杆百分表，实现自动找正及在线测量，避免二次加工，实现一次装夹，通过机床刀补指令实现劣弧的精密加工，具体地说是一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法及装置。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法，包括以下步骤：(1)将具有凹槽的标准块放置于数控机床的工作台上，通过机床主轴转动杠杆百分表，利用杠杆百分表中的测量针与标准块中的凹槽两侧内壁相接触，通过凹槽宽度确定一个辅助圆，并利用cad制图软件确定所述辅助圆的圆心坐标值，在将确定的辅助圆与工作台上工件中待数控铣的劣弧中点相切，同时调节杠杆百分表(1)中的指针，使其指针指向零位；(2)利用工件加工时的加工坐标系，即加工基准的坐标值，确定待数控铣的劣弧理论半径，根据劣弧的原点坐标值与辅助圆的圆心坐标值，计算从劣弧的原点到辅助圆的圆心所对应的距离，从而确定出相应的x值和y值；(3)根据确定的x值和y值，在数控机床中，在手动输入程序控制模式下，输入 x值和y值所对应的代码，移动机床工作台，使机床主轴精确到辅助圆的圆心位置所对应的圆心坐标值，得到辅助测量点；然后在移动机床主轴，使杠杆百分表中的测量针与工件中待数控铣的劣弧中点相接触，记录杠杆百分表中的表盘偏离零位的格度数，通过记录的格度计算出劣弧的实际半径；
(4)利用计算的实际半径与劣弧的理论半径进行比较，根据劣弧的加工精度，计算出相应的补偿数值，所述补偿数值即为刀补时所需要确定的刀具半径补偿值，最后在数控机床中输入补偿数值，通过机床刀补指令来完成精密劣弧加工。
6.进一步地，本发明所述的一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法，其中所述标准块为圆柱形结构，所述标准块中的凹槽宽度小于工件中劣弧的半径，所述杠杆百分表通过机床主轴设置于所述标准块的正上方，所述杠杆百分表中的测量针位于所述标准块的中心位置。
7.进一步地，本发明所述的一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法，其中在所述步骤(3)中，在移动机床主轴过程中，当杠杆百分表中的测量针与工件中待数控铣的劣弧中点相接触时，若杠杆百分表中的表盘在零位的格度数是压缩产生的偏离，则劣弧的实际半径等于理论半径加上0.01乘格度数；若杠杆百分表中的表盘在零位的格度数是拉伸产生的偏离，则劣弧的实际半径等于理论半径减去0.01乘格度数。
8.进一步地，本发明所述的一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法，其中在所述步骤(4)中，若劣弧的实际半径小于理论半径，所述补偿数值为劣弧公差带与理论半径的差值，若劣弧的实际半径大于理论半径，所述补偿数值为实际半径与劣弧公差带的差值。
9.本发明还提供了用于所述数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法的装置，包括有标准块、杠杆百分表、燕尾座和万向机构，所述标准块为圆柱形结构，并在所述标准块的中心沿其轴向设有一个凹槽，所述杠杆百分表选用分度值为0.01mm的正面式结构，在所述杠杆百分表中设置有可自由转动的测量针，所述测量针与标准块中的凹槽相接触，所述燕尾座设置于杠杆百分表的顶部，所述万向机构与燕尾座固定连接。其中所述万向机构包括有万向连杆、调节块、下部调节螺丝、上部调节螺丝、上连杆万向头和上连杆，所述万向连杆具有一个万向球头，所述万向连杆的下端固定于燕尾座中，具有万向球头的上端通过下部调节螺丝与调节块转动连接，所述上连杆万向头的下端通过上部调节螺丝与调节块转动连接，其上端与上连杆固定连接；其中所述调节块包括有左夹持板、固定螺丝、右夹持板和限位轴，所述限位轴设置于左夹持板和右夹持板之间，并在所述限位轴的两端面设有与所述固定螺丝相匹配的螺纹孔，所述固定螺丝通过限位轴中的螺纹孔分别与左夹持板和右夹持板固定连接。
10.采用本发明所述的一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法及装置，与现有技术相比，其有益效果在于：通过设置的标准块，先利用杠杆百分表绘制一个辅助圆，通过辅助圆与工件中的劣弧中点相切，然后在利用杠杆百分表中的测量针与劣弧相接触，由杠杆百分表中的表盘偏离零位的格度数，即可确定劣弧的实际半径，同时，根据劣弧的加工精度，通过劣弧公差带确定补偿数值，最后在数控机床中输入补偿数值，通过机床刀补指令来完成精密劣弧加工，从而实现一次装夹，完成劣弧的精密加工。利用杠杆百分表，通过测量两个相切圆的切点半径尺寸，以此确定与之相切的另一个被加工工件的圆弧面半径，进而控制并完成补偿加工。利用本发明所述测量方法，可应用于通过两个圆心位置确定的相切圆，以及通过一个相切点半径尺寸，能够确定另一个圆弧半径，或者通过一个可测量相切圆切点半径尺寸，确定与之相切的另一个被加工圆弧面半径。由此可见，采用本发明所述在线测量方法及装置，利用杠杆百分表进行接触式测量，其测量结果精度高，方便操作，
同时，在工件加工完成后，通过在线测量，不仅可以提高工作效率，还避免了二次装夹所带来的定位误差问题，具有结构简单，操作及使用方便，不仅提高了工件的加工效率和加工精度，能够实现精密劣弧的高效精确成形，使其达到加工精度，满足用户使用要求，其实用性强，适合推广应用。
附图说明
11.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
12.图1是锁钩零件结构示意图；图2是本发明所述装置的结构示意图；图3是待测量锁钩零件结构示意图；图4是利用本发明所述装置在线测量方案结构示意图；图5是图4中是辅助圆与劣弧相切位置的结构示意图；图6是本发明所述杠杆百分表利用标准块绘制辅助圆的结构示意图。
13.图中所示：1
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标准块、2
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杠杆百分表、3
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燕尾座、4
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万向连杆、5
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左夹持板、6
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下部调节螺丝、7
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固定螺丝、8
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上部调节螺丝、9
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上连杆万向头、10
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上连杆、11
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右夹持板、12
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限位轴、13
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测量针。
具体实施方式
14.为进一步说明本发明的构思，以下将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：由于图1中a、b、c三处劣弧所涉及的加工精度要求比较高，在数控加工中心进行加工时，当走完外形程序时，不知道外形尺寸如何，也没有办法在机床上进行测量，无法满足其加工精度要求。因此，设计一个标准块，并在标准块开一个凹槽，所述凹槽的宽度可以根据不同的劣弧情况，可以设计不同的规格，为了满足使用方便，本技术所述的凹槽宽度设计了三种规格，分别为20mm、12mm和8mm。本技术所采用的规格是凹槽宽度为20mm。其工作原理利用杠杆百分表2，先把扛杆百分表2安装在机床主轴上，转动扛杆百分表2，先通过凹槽宽度确定一个为20mm圆，然后在把扛杆百分表2的指针指向零位，通过主轴转动扛杆百分表2，使扛杆百分表2的测量针13围绕φ20外圆转动并与待精密数控铣的劣弧相切。
15.杠杆百分表2又被称为杠杆表或靠表，是利用杠杆
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齿轮传动机构或者杠杆
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螺旋传动机构，将尺寸变化为指针角位移，并指示出长度尺寸数值的计量器具，用于测量工件几何形状误差和相互位置正确性，并可用比较法测量长度。本发明所采用的杠杆百分表2，为现有技术中常用的杠杆百分表2，选用分度值为0.01mm的正面式结构，方便直接读取数值。
16.如图2至图6所示，本发明所述的一种用于所述数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法的装置，包括有标准块1、杠杆百分表2、燕尾座3和万向机构，所述标准块1为圆柱形结构，并在所述标准块1的中心沿其轴向设有一个凹槽，所述杠杆百分表2选用分度值为0.01mm的正面式结构，在所述杠杆百分表2中设置有可自由转动的测量针13，所述测量针13与标准块1中的凹槽相接触，所述燕尾座3设置于杠杆百分表2的顶部，所述万向机构与燕尾座3固定连接。其中所述万向机构包括有万向连杆4、调节块、下部调节螺丝6、上部调节螺丝8、上连杆万向头9和上连杆10，所述万向连杆4具有一个万向球头，所述万向连杆4的下
端固定于燕尾座3中，具有万向球头的上端通过下部调节螺丝6与调节块转动连接，所述上连杆万向头9的下端通过上部调节螺丝8与调节块转动连接，其上端与上连杆10固定连接；其中所述调节块包括有左夹持板5、固定螺丝7、右夹持板11和限位轴12，所述限位轴12设置于左夹持板5和右夹持板11之间，并在所述限位轴12的两端面设有与所述固定螺丝7相匹配的螺纹孔，所述固定螺丝7通过限位轴12中的螺纹孔分别与左夹持板5和右夹持板11固定连接。
17.采用本发明所述的装置，用于数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法，包括以下步骤：(1)将具有凹槽的标准块1放置于数控机床的工作台上，通过机床主轴转动杠杆百分表2，利用杠杆百分表2中的测量针13与标准块1中的凹槽两侧内壁相接触，通过凹槽宽度确定一个辅助圆，并利用cad制图软件确定所述辅助圆的圆心坐标值，在将确定的辅助圆与工作台上工件中待数控铣的劣弧中点相切，同时调节杠杆百分表1中的指针，使其指针指向零位；(2)利用工件加工时的加工坐标系，即加工基准的坐标值，确定待数控铣的劣弧理论半径，根据劣弧的原点坐标值与辅助圆的圆心坐标值，计算从劣弧的原点到辅助圆的圆心所对应的距离，从而确定出相应的x值和y值；(3)根据确定的x值和y值，在数控机床中，在手动输入程序控制模式下，输入 x值和y值所对应的代码，移动机床工作台，使机床主轴精确到辅助圆的圆心位置所对应的圆心坐标值，得到辅助测量点；然后在移动机床主轴，使杠杆百分表2中的测量针13与工件中待数控铣的劣弧中点相接触，记录杠杆百分表2中的表盘偏离零位的格度数，通过记录的格度计算出劣弧的实际半径；(4)利用计算的实际半径与劣弧的理论半径进行比较，根据劣弧的加工精度，计算出相应的补偿数值，所述补偿数值即为刀补时所需要确定的刀具半径补偿值，最后在数控机床中输入补偿数值，通过机床刀补指令来完成精密劣弧加工。
18.进一步地，本发明所述的一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法，其中所述标准块1为圆柱形结构，所述标准块中1的凹槽宽度小于工件中劣弧的半径，所述杠杆百分表2通过机床主轴设置于所述标准块1的正上方，所述杠杆百分表2中的测量针13位于所述标准块1的中心位置。
19.进一步地，本发明所述的一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法，其中在所述步骤(3)中，在移动机床主轴过程中，当杠杆百分表2中的测量针13与工件中待数控铣的劣弧中点相接触时，若杠杆百分表2中的表盘在零位的格度数是压缩产生的偏离，则劣弧的实际半径等于理论半径加上0.01乘格度数；若杠杆百分表2中的表盘在零位的格度数是拉伸产生的偏离，则劣弧的实际半径等于理论半径减去0.01乘格度数。
20.进一步地，本发明所述的一种数控铣精密劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法，其中在所述步骤(4)中，若劣弧的实际半径小于理论半径，所述补偿数值为劣弧公差带与理论半径的差值，若劣弧的实际半径大于理论半径，所述补偿数值为实际半径与劣弧公差带的差值。
21.在具体应用过程中，采用本发明所述装置应用于劣弧的刀具半径补偿值在线测量方法， 以测量a处劣弧为例进行说明，a处的劣弧尺寸为r30h9，具体测量步骤为：
先做一个凹槽宽度为20mm的标准块，通过上连杆10把扛杆百分表2安装在机床主轴上，转动扛杆百分表2，从而确定一个尺寸为20mm的辅助圆，然后将扛杆百分表2的指针指向零位，通过主轴转动扛杆百分表2，使扛杆百分表2的测量针13围绕φ20外圆转动并与待精密数控铣的劣弧相切。
22.利用工件加工基准的坐标值，确定加工时的原点，也是机床g54点。由于机床精度具有小数后三位，可以满足测量要求，通过辅助圆来间接测量a点处r30 的补偿值。在mdi模式下输入g 0 g90 g54 x
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30.29 y
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26.13，让机床移动到相对于原点外的辅助圆的圆心处，即x
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30.29 ，y
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26.13，这点就是辅助圆φ20中心点，移动主轴让扛杆百分表2的测量针13接触到工件，此时，转动主轴，相当于φ20的刀具与r30相切点，看扛杆百分表2中的表盘偏离零位的格度数，若杠杆百分表2中的表盘在零位的格度数是压缩产生的偏离，则劣弧的实际半径等于理论半径加上0.01乘格度数；若杠杆百分表2中的表盘在零位的格度数是拉伸产生的偏离，则劣弧的实际半径等于理论半径减去0.01乘格度数。然后利用计算的实际半径与劣弧的理论半径进行比较，根据劣弧的加工精度，计算出相应的补偿数值，所述补偿数值即为刀补时所需要确定的刀具半径补偿值，最后在数控机床中输入补偿数值，通过机床刀补指令来完成精密劣弧加工。若实际半径与理论半径之间相差数值为0.1,说明要加工的劣弧半径达到r30时，还差0.1，同时，根据精度要求，即劣弧半径需要的精度为r30.07～r30.0，则刀补时，需要确定的刀具半径补偿值为0.03～0.1。
23.而对于b的劣弧r52和c处的劣弧r42，其测量方法与a处劣弧r30的测量方法相同。
24.利用本发明所述测量方法，可应用于通过两个圆心位置确定的相切圆，以及通过一个相切点半径尺寸，能够确定另一个圆弧半径，或者通过一个可测量相切圆切点半径尺寸，确定与之相切的另一个被加工圆弧面半径。
25.由此可见，采用本发明所述在线测量方法及装置，利用杠杆百分表2进行接触式测量，其测量结果精度高，方便操作，同时，在工件加工完成后，通过在线测量，不仅可以提高工作效率，还避免了二次装夹所带来的定位误差问题，具有结构简单，操作及使用方便，不仅提高了工件的加工效率和加工精度，能够实现精密劣弧的高效精确成形，使其达到加工精度，满足用户使用要求，其实用性强，适合推广应用。
26.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，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。