一种加工中心机床零点恢复及校准装置及其使用方法与流程

1.本发明属于数控机床技术领域，涉及一种加工中心机床零点恢复及校准装置及其使用方法，用于未设置回零撞块且使用绝对编码器的加工中心零点的恢复。


背景技术：

2.对于加工中心零点恢复，现有的方法有以下三种，以fanuc系统绝对编码器机床为例，机床零点信息是通过不断电的光电编码器和对应记忆单元的中的位置数据表征：
3.1、机械参考点返回法：此方法是数控加工中心上安装了回零撞块和行程开关，通过机床返回参考点的操作，机床主轴回归至机床参考点，配合存储器中相关脉冲位置信息记忆完成机床坐标系恢复。此方法过程简单功能可靠，但新的加工中心设计中从节约成本和简化结构的需要，由于采用了绝对编码器，使数控机床在绝大多数情况下无需回零(既返回参考点)操作，因此很多设备不在保留相关结构，也就是说不具备上述功能；
4.2、换刀点-行程恢复法：使用塞规与调整刀柄，通过手动机床使主轴端部与刀库换刀位置对齐，记录当前z位置，通过与z坐标出厂设定值进行比较，获得机床零点的z坐标位置；x坐标位置确定：手动机床，通过百分表和钻夹头刀柄，找正确定工作台中心t型槽分中面做基准，结合出厂x坐标的设定值进行比较，获得机床零点的x坐标位置；坐标位置确定：手动机床，将设备运行至正反硬限位，在通过机床标称行程分中法计算近似确定机床零点的y坐标位置。此方法对于z轴换刀位置找正操作技能要求较高，通常需要机床厂商售后服务人员完成且耗时较长，而且本方法的y轴位置确定误差较大，仅仅能起到避免超程的作用。如果机床应用企业在此前的夹具调定过程中，以原机床零点为基准的话，本方法恢复零点后需要重新找正设定。
5.3、工作台预加工定位孔方法：此方法是在机床出厂验收后使用前，先将机床工作台上选择一个位置，预先加工定位孔和定位面(沉孔阶梯面)，然后将定位孔心的x，y的机械坐标位置记录下来，将沉孔阶梯面与端面镶钢球的芯轴通过塞规确定z向机床坐标系位置，工作中需要通过镶嵌非金属镶块，保护定位基准的孔与平面。当需要回复机床坐标系的时候，先取出非金属镶块，在通过百分表扫孔的方式手动确定定位孔中心位置，依据这个中心位置恢复机床零点的xy坐标位置。再通过端面镶钢球的芯轴与塞规检验沉孔阶梯面，以此恢复z坐标零点。此方法恢复精度较高，通过探头也容易实现自动恢复零点功能，但需要在新机床工作台上打孔，对设备精度、工作台面强度均有负作用。
6.cn105415095a公开了一种数控加工原点快速定位仪，在固定杆的上端设有上端锥座，下端通过万向连接件连接活动杆，活动杆的底部设有下端锥座；在固定杆内设有导电盘，导电盘底面的x轴导电体和y轴导电体垂直，设置交点为原点，且原点位于上端锥座的垂直轴线上；在活动杆内设有导电探针，导电探针上端穿过万向连接件与导电盘底面接触，且导电探针在竖直状态下的轴线与上端锥座的轴线重合，导电探针与x轴导电体、y轴导电体和原点分别形成导电回路，通过显示灯显示。该装置利用导电探针与x轴导电体、y轴导电体和原点分别形成的导电回路，通过对应的显示灯显示来确定此位置是否为原点位置。
7.cn105598742a公开了一种工件加工原点设定方法，属于工件加工方法技术领域，所述工件上至少设有孔ⅰ和孔ⅱ，所述孔ⅰ和孔ⅱ的轴向一致，包括以下步骤：将工件安装于机床上；在所述机床上，采用测量工具找孔ⅰ中心的坐标值，初步确定工件原点；测量孔ⅰ的直径d1；试加工孔ⅱ，并测量孔ⅱ的直径d2；在所述机床上，测量孔ⅱ母线到孔ⅰ母线的距离x1，y1；根据x1、y1、d1和d2，计算孔ⅱ的实际坐标x，y；计算实际坐标值x、y与程序坐标值的差值，对工件原点进行修正；重复试加工和测量步骤，直至差值在 0.01mm以内。该方法需要待加工件上至少设有两个孔，并且需要接触量具对空位大致测量，反复试切两孔，直至测量值与设备加工程序输入数值偏差在0.01mm 以内时，才可以确定此圆心孔是坐标系原点。
8.cn109282772a公开了一种气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法，包括以下步骤：分别通过定位面、第一限位点和第二限位点限制气缸盖毛坯在z 方向、x方向和y方向的位置；在气缸盖毛坯的调整面上选择多个校验点，利用测量头检测每个校验点到定位面的实际距离；判断每个实际距离与对应的理论距离的差值是否在第一预设范围内；若是，则在调整面上选择参考点，结合定位面、第一限位点、第二限位点和参考点确定z值零点、x值零点和y值零点，进而确定原点并建立工件坐标系。该方法需要借助机床测头，测量多个校验点到定位面的距离是否在预设范围内，若不在预设范围内需要进行踢料，若在范围内需要在调整面上选择参考点，通过工件x、y、z三个方向的限位点到参考点的距离确定坐标系原点位置。


技术实现要素：

9.为了解决现有技术常用的加工中心零点恢复校准方法存在的操作复杂、成本高和校准恢复精度低等问题，本发明提供一种加工中心机床零点恢复及校准装置及其使用方法，用于绝对编码器不带回零撞块的加工中心机床零点的校准与恢复，在不破坏机床台面的情况下确立机床零点恢复基准。
10.本发明的目的是通过以下技术方案实现的，结合附图：
11.一种加工中心机床零点恢复及校准装置，其特征在于，包括专用检具5、芯轴2、磁力表座3、百分表头4；专用检具5安装在加工中心机床工作台的任一角点位置，芯轴2安装在加工中心机床的主轴上，磁力表座3安装在芯轴2上，百分表头4安装在磁力表座3上；所述专用检具5包括检具本体11，检具本体 11底部设有定位底面19及圆柱销，检具本体11侧面底部安装有球头螺钉12，通过定位底面19、圆柱销14及球头螺钉12实现专用检具5与加工中心机床工作台的定位；检具本体11上沿竖直方向贯通设有竖直位置标志孔16，检具本体 11上沿水平方向设有水平位置标志孔18，且水平位置标志孔18与竖直位置标志孔16连通。
12.进一步地，所述检具本体11底部设有四个凸台，凸台底面平齐，形成定位底面19。
13.进一步地，所述检具本体11侧面向底面延伸有凸缘，凸缘上设有螺纹孔，球头螺钉12通过螺纹孔安装在凸缘上并通过螺母13固定。
14.进一步地，所述检具本体11一个侧壁设有竖直验证平面17，检具本体11 顶面设有水平验证平面。
15.进一步地，所述芯轴2轴向端部中心孔中使用粘油粘接一个φ6钢球。
16.进一步地，所述百分表头4用于与专用检具4的竖直位置标志孔16或水平位置标志孔18内侧孔壁接触。
17.进一步地，所述专用检具5的定位底面19与加工中心机床工作台面接触，限制专用检具与工作台间的三个自由度；所述专用检具5的两圆柱销14与加工中心机床工作台的t型槽侧壁接触，限制专用检具与工作台间的两个自由度；所述专用检具5的球头螺钉12与加工中心机床工作台侧面接触，限制专用检具与工作台间的最后一个自由度。
18.本发明同时提供了一种加工中心机床零点恢复及校准装置的使用方法，包括以下步骤：
19.步骤一、放置专用检具：
20.新立式加工中心机床验收后，将所述专用检具放置在加工中心机床工作台上任一角点位置且通过定位底面19、圆柱销14及球头螺钉12实现专用检具5 与加工中心机床工作台的定位，确定了检具在机床工作台上唯一位置；
21.步骤二、检测机床坐标系原始x值和y值：
22.将芯轴安装在加工中心机床主轴上，磁力表座安装在芯轴上；使百分表头进入专用检具的竖直位置标志孔内并接触孔壁，找正竖直位置标志孔轴线与机床主轴轴线相重合；记录当前机床坐标系中的x坐标显示值、y坐标显示值及对应机床编号；
23.步骤三、检测机床坐标系原始z值，记录机床坐标位置信息：
24.芯轴轴向端部中心孔中使用粘油粘接一个φ6钢球，钢球部分露出中心孔外；使加工中心机床主轴沿z坐标方向接近专用检具的水平验证平面上，确定钢球与水平验证平面间的距离，确定水平验证平面在机床坐标系的z坐标位置，记录当前机床坐标系中的z坐标显示值，会同步骤二获得的x坐标显示值、y坐标显示值和机床编号一并存档；
25.步骤四、加工中心机床零点恢复及校准：
26.4.1)当加工中心使用过程中机床坐标系的原点丢失时，在加工中心上通过所述步骤一和步骤二的操作，计算当前机床坐标系的x坐标显示值和y坐标显示值，与存档数据中的x坐标值和y坐标值的代数差分别记为x1和y1；通过步骤三操作，计算机床坐标系的z坐标显示值与存档数据中的z坐标值代数差记为z1；
27.4.2)使机床到达当前坐标零点；
28.使机床到达(x1，y1，z1)位置；再将机床零点预置参数标志为置“1”，重启机床系统完成机床零点恢复。
29.作为替换的，本发明提供的一种加工中心机床零点恢复及校准装置的使用方法，包括以下步骤：
30.步骤一、放置专用检具：
31.新卧式加工中心机床验收后，将所述专用检具放置在加工中心机床工作台上任一角点位置且通过定位底面19、圆柱销14及球头螺钉12实现专用检具5 与加工中心机床工作台的定位，确定了检具在机床工作台上唯一位置；
32.步骤二、检测机床坐标系原始x值和y值：
33.将芯轴安装在加工中心机床主轴上，磁力表座安装在芯轴上；使百分表头进入专用检具的水平位置标志孔内并接触孔壁，找正水平位置标志孔轴线与机床主轴轴线相重合；记录当前机床坐标系中的x坐标显示值、y坐标显示值及对应机床编号；
34.步骤三、检测机床坐标系原始z值，记录机床坐标位置信息：
35.芯轴轴向端部中心孔中使用粘油粘接一个φ6钢球，钢球部分露出中心孔外；使加
工中心机床主轴沿z坐标方向接近专用检具的竖直验证平面上，确定钢球与竖直验证平面间的距离，确定设置验证平面在机床坐标系的z坐标位置，记录当前机床坐标系中的z坐标显示值，会同步骤二获得的x坐标显示值、y坐标显示值和机床编号一并存档；
36.步骤四、加工中心机床零点恢复及校准：
37.4.1)当加工中心使用过程中机床坐标系的原点丢失时，在加工中心上通过所述步骤一和步骤二的操作，计算当前机床坐标系的x坐标显示值和y坐标显示值，与存档数据中的x坐标值和y坐标值的代数差分别记为x1和y1；通过步骤三操作，计算机床坐标系的z坐标显示值与存档数据中的z坐标值代数差记为z1；
38.4.2)使机床到达当前坐标零点；
39.使机床到达(x1，y1，z1)位置；再将机床零点预置参数标志为置“1”，重启机床系统完成机床零点恢复。
40.进一步地，所述步骤一中，通过检具本体的定位底面与加工中心机床工作台面接触，限制检具与工作台间的三个自由度，以确定专用检具z坐标位置；通过圆柱销与工作台t型槽侧壁接触，限制专用检具与工作台间的两个自由度，确定专用检具的y坐标位置；最后通过球头螺钉与工作台侧面接触，限制专用检具与工作台间的最后一个自由度，确定专用检具的x坐标位置，依照上述过程确定了专业检具在机床工作台上的唯一位置。
41.本发明具有以下有益效果：
42.本发明使用检具和机床原点数据的备份，通过百分表找正检具上的体素，配合mdi操作即可迅速还原机床原点的出厂设置。具有操作过程简单、工辅具成本低和操作简单的优点，相较于机床厂家恢复机床原点的方法，具有x、y恢复坐标恢复精度高、简单快捷的优点。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
44.图1为本发明实施例1所述一种加工中心机床零点恢复及校准装置的专用检具结构示意图；
45.图2为本发明实施例1所述专用检具另一角度结构示意图；
46.图3为本发明实施例1所述专用检具主视剖视结构示意图；
47.图4为本发明实施例1所述专用检具左视局部剖视示意图；
48.图5为本发明实施例1所述专用检具俯视图；
49.图6为本发明实施例1所述专用检具仰视图；
50.图7为本发明实施例2所述一种加工中心机床零点恢复及校准装置应用于立式加工中心机床示意图；
51.图8为本发明实施例2所述一种加工中心机床零点恢复及校准装置应用于立式加工中心机床主视示意图；
52.图9为本发明实施例2所述一种加工中心机床零点恢复及校准装置应用于立式加
工中心机床俯视示意图；
53.图10为本发明实施例2所述一种加工中心机床零点恢复及校准装置应用于立式加工中心机床左视图；
54.图11为本发明实施例2所述一种加工中心机床零点恢复及校准装置应用于立式加工中心机床局部放大示意图；
55.图12为本发明实施例3所述一种加工中心机床零点恢复及校准装置应用于卧式加工中心机床示意图；
56.图13为本发明实施例3所述一种加工中心机床零点恢复及校准装置应用于卧式加工中心机床主视示意图；
57.图14为本发明实施例3所述一种加工中心机床零点恢复及校准装置应用于卧式加工中心机床俯视示意图；
58.图中：
59.1-机床主轴；2-芯轴；3-磁力表座；4-百分表头；5-专用检具；
60.11-检具本体；12-球头螺钉；13-螺母；14-圆柱销；15-水平验证平面；16
‑ꢀ
竖直位置标志孔；17-竖直验证平面；18-水平位置标志孔；19-定位底面。
具体实施方式
61.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
62.实施例1
63.一种加工中心机床零点恢复及校准装置，包括专用检具5、芯轴2、磁力表座3、百分表头4，专用检具5安装在加工中心机床工作台的任一角点位置，芯轴2安装在加工中心机床的主轴上，磁力表座3安装在芯轴2上，百分表头4 安装在磁力表座3上。
64.如图2至图6所示，所述专用检具5包括检具本体11，检具本体11底部设有四个凸台，凸台底面平齐，形成定位底面19；检具本体11底部还设有两个圆柱销14；检具本体11侧面向底面延伸有凸缘，凸缘上设有螺纹孔，球头螺钉 12通过螺纹孔安装在凸缘上并通过螺母13固定；通过定位底面19、圆柱销14 及球头螺钉12实现专用检具5与加工中心机床工作台的定位；检具本体11一个侧壁设有竖直验证平面17，检具本体11顶面设有水平验证平面；检具本体 11上沿竖直方向贯通设有竖直位置标志孔16，检具本体11上沿水平方向设有水平位置标志孔18，且水平位置标志孔18与竖直位置标志孔16连通。
65.所述百分表头4用于与专用检具4的竖直位置标志孔16或水平位置标志孔 18内侧孔壁接触。
66.所述芯轴2轴向端部中心孔中使用粘油粘接一个φ6钢球。
67.所述专用检具5的定位底面19与加工中心机床工作台面接触，限制专用检具与工作台间的三个自由度，以确定专用检具z坐标位置。
68.所述专用检具5的两圆柱销14与加工中心机床工作台的t型槽侧壁接触，限制专用检具与工作台间的两个自由度，确定专用检具的y坐标位置。
69.所述专用检具5的球头螺钉12与加工中心机床工作台侧面接触，限制专用检具与
工作台间的最后一个自由度，确定专用检具的x坐标位置。
70.实施例2
71.一种加工中心机床零点恢复及校准装置的使用方法，包括以下步骤：
72.步骤一、放置专用检具：
73.如图7至图11所示，新加工中心机床验收后，将所述专用检具放置在加工中心机床工作台上，通过检具本体底面的凸台与加工中心机床工作台面接触，限制检具与工作台间的三个自由度，以确定专用检具z坐标位置；通过两圆柱销与工作台t型槽侧壁接触，限制专用检具与工作台间的两个自由度，确定专用检具的y坐标位置；最后通过球头螺钉与工作台侧面接触，限制专用检具与工作台间的最后一个自由度，确定专用检具的x坐标位置，依照这样的方法确定了检具在机床工作台上唯一位置。
74.步骤二、检测机床坐标系原始x值和y值：
75.将芯轴安装在立式加工中心机床主轴上，磁力表座安装在芯轴上；手动操作机床使百分表头进入专用检具的竖直位置标志孔内并接触孔壁，找正竖直位置标志孔轴线与机床主轴轴线相重合；记录当前机床坐标系(机床出厂时设定，作为机床唯一位置基准的点)中的x坐标及y坐标显示值和对应机床编号，以便用于未来恢复机床零点时使用。
76.步骤三、检测机床坐标系原始z值，记录机床坐标位置信息：
77.芯轴轴向端部中心孔中使用粘油粘接一个φ6钢球，钢球部分露出中心孔外；手动操作机床使加工中心机床主轴沿z坐标方向接近专用检具的水平验证平面上，通过塞规确定钢球与水平验证平面间的距离，确定水平验证平面在机床坐标系的z坐标位置，记录当前机床坐标系中的z坐标显示值，会同步骤二获得的x坐标和y坐标位置和机床编号存档；
78.步骤四、加工中心机床零点恢复及校准：
79.当加工中心使用过程中机床坐标系的原点丢失时，在加工中心上借助专用检具、芯轴、磁力表座和百分表头，通过上述步骤一和步骤二的操作，计算当前机床坐标系的x坐标显示值和y坐标显示值，与存档数据中的x坐标值和y坐标值的代数差分别记为x1和y1；通过步骤三操作，计算机床坐标系的z坐标显示值与存档数据中的z坐标值代数差记为z1；
80.手动操作机床或使用mdi状态运行g53g00x0y0z0，使机床到达当前坐标零点；
81.使用增量坐标编程或手动操作机床到达(x1，y1，z1)位置,也就是机床出厂时的机床零点位置；再将机床零点预置参数标志为置“1”，重启机床系统完成机床零点恢复。
82.步骤五、精度检测：
83.使用专用检具周边的水平验证平面和竖直验证平面，通过百分表可以进行机床xyz轴各运动坐标间的垂直、平行精度检验，精度可以达到0.015/200mm，可以发现机床的几何误差缺陷，避免检测结果有误而影响精度恢复的效果。
84.实施例3
85.一种加工中心机床零点恢复及校准装置的使用方法，包括以下步骤：
86.步骤一、放置专用检具：
87.如图12至图14所示，新加工中心机床验收后，将所述专用检具放置在加工中心机床工作台上，通过检具本体底面的凸台与加工中心机床工作台面接触，限制检具与工作台间的三个自由度，以确定专用检具z坐标位置；通过两圆柱销与工作台t型槽侧壁接触，限制专用检具与工作台间的两个自由度，确定专用检具的y坐标位置；最后通过球头螺钉与工作
台侧面接触，限制专用检具与工作台间的最后一个自由度，确定专用检具的x坐标位置，依照这样的方法确定了检具在机床工作台上唯一位置。
88.步骤二、检测机床坐标系原始x值和y值：
89.将芯轴安装在卧式加工中心机床主轴上，磁力表座安装在芯轴上；手动操作机床使百分表头进入专用检具的竖直位置标志孔内并接触孔壁，找正竖直位置标志孔轴线与机床主轴轴线相重合；记录当前机床坐标系(机床出厂时设定，作为机床唯一位置基准的点)中的x坐标及y坐标显示值和对应机床编号，以便用于未来恢复机床零点时使用。
90.步骤三、检测机床坐标系原始z值，记录机床坐标位置信息：
91.芯轴轴向端部中心孔中使用粘油粘接一个φ6钢球，钢球部分露出中心孔外；手动操作机床使加工中心机床主轴沿z坐标方向接近专用检具的竖直验证平面上，通过塞规确定钢球与竖直验证平面间的距离，确定竖直验证平面在机床坐标系的z坐标位置，记录当前机床坐标系中的z坐标显示值，会同步骤二获得的x坐标和y坐标位置和机床编号存档；
92.步骤四、加工中心机床零点恢复及校准：
93.当加工中心使用过程中机床坐标系的原点丢失时，在加工中心上借助专用检具、芯轴、磁力表座和百分表头，通过上述步骤一和步骤二的操作，计算当前机床坐标系的x坐标显示值和y坐标显示值，与存档数据中的x坐标值和y坐标值的代数差分别记为x1和y1；通过步骤三操作，计算机床坐标系的z坐标显示值与存档数据中的z坐标值代数差记为z1；
94.手动操作机床或使用mdi状态运行g53g00x0y0z0，使机床到达当前坐标零点；
95.使用增量坐标编程或手动操作机床到达(x1，y1，z1)位置,也就是机床出厂时的机床零点位置；再将机床零点预置参数标志为置“1”，重启机床系统完成机床零点恢复。
96.步骤五、精度检测：
97.使用专用检具周边的水平验证平面和竖直验证平面，通过百分表可以进行机床xyz轴各运动坐标间的垂直、平行精度检验，精度可以达到0.015/200mm，可以发现机床的几何误差缺陷，避免检测结果有误而影响精度恢复的效果。
98.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
99.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
100.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
101.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
102.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。