專利名稱：大型工件的機(jī)加工尋位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機(jī)械加工制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型工件的機(jī)加工尋位方法。
大型超重零件的加工不同于普通零件的加工，傳統(tǒng)的零件加工步驟是，先根據(jù)零件的設(shè)計(jì)圖紙對(duì)其進(jìn)行工藝分析，確定工藝方法和加工路線，設(shè)計(jì)工裝夾具，進(jìn)行數(shù)控編程；接著將工裝夾具在機(jī)床上進(jìn)行定位，即將工件安裝在夾具中進(jìn)行夾緊，然后進(jìn)行加工。大型超重工件不易采用傳統(tǒng)工藝，因?yàn)檫@類工件一旦就位，由于自身的重量和尺寸，不易進(jìn)行位置調(diào)整，所以采用安裝就位、測(cè)量定位信息、數(shù)控編程，然后進(jìn)行加工的工藝流程，故測(cè)量定位信息就成為保證加工出合格產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。另一方面，由于工件的尺寸和重量，使工件不可避免產(chǎn)生變形，工件毛坯的形狀也可能和設(shè)計(jì)模型之間存在誤差，但又必須使工件在加工狀態(tài)時(shí)的受力情況同工件在實(shí)際應(yīng)用中相同，這樣又給工件定位信息的測(cè)和切削加工帶來不便。
導(dǎo)軌梁的機(jī)械加工是一個(gè)典型的大型超重有變形工件的加工，導(dǎo)軌梁是在水泥預(yù)制件中預(yù)埋金屬部件，由于大尺寸和水泥預(yù)制件的變形，造成采用常規(guī)測(cè)量定位方法不能使用。
本發(fā)明提出的大型工件的機(jī)加工尋位方法，其前提工件毛坯有一定的加工余量，工件進(jìn)入加工工位之前，CAD模型已經(jīng)建立，工件上的待檢測(cè)點(diǎn)的工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為已知。本發(fā)明的具體步驟如下預(yù)先在工件毛坯相應(yīng)位置處標(biāo)出6個(gè)預(yù)定義點(diǎn)O1、O2、O3、O4、O5、O6，將工件按照實(shí)際受力情況進(jìn)行安裝定位，移動(dòng)機(jī)床相關(guān)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，利用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)來測(cè)量預(yù)定義點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的兩維坐標(biāo)(如

圖1所示)，即得到O1、O2、O5、O6點(diǎn)的(Y，Z)坐標(biāo)，和O3，O4點(diǎn)的(X，Z)坐標(biāo)；并和工件CAD模型理論上的待檢測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)比較分析，進(jìn)行誤差均化優(yōu)化處理，得出機(jī)床坐標(biāo)系和工件CAD坐標(biāo)系之間的關(guān)系；在CAD/CAM系統(tǒng)中，根據(jù)所得到的定位信息確定工件在CAD/CAM系統(tǒng)中的位置，經(jīng)過后置處理生成機(jī)床加工的數(shù)控程序，送入機(jī)床進(jìn)行加工。
本發(fā)明中，誤差均化優(yōu)化處理是工程中的常用方法。
本發(fā)明中，測(cè)量裝置采用普通光學(xué)讀數(shù)頭作為測(cè)量桿，裝入機(jī)床主軸中，測(cè)量桿可通過主軸定向功能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量桿的長(zhǎng)度通過類似刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行補(bǔ)償，這樣就可測(cè)量位于X-Z，Y-Z方向上的點(diǎn)的兩維坐標(biāo)。例如，圖1中對(duì)于6個(gè)預(yù)定義點(diǎn)，可先測(cè)量O1，O2的(X，Z)坐標(biāo)，然后，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)90度測(cè)量O3，O4點(diǎn)的(X，Z)坐標(biāo)，最后測(cè)量O5，O6點(diǎn)的(X，Z)坐標(biāo)。如O4點(diǎn)的測(cè)量，從機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中可以得到坐標(biāo)Pm′＝(Xm′，Ym′，Zm′)，測(cè)量裝置的桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，所以該點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)Pm＝(Xm，Ym，Zm)，其中Xm＝Xm′，Zm＝Zm′+L，Ym坐標(biāo)為不確定值。預(yù)定義點(diǎn)O1、O2、O3、O4、O5、O6這六點(diǎn)每個(gè)點(diǎn)兩個(gè)坐標(biāo)已確定，另一個(gè)未知，通過計(jì)算得到工件在機(jī)床坐標(biāo)系中的定位信息，從而得到工件在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。這樣就可生成正確的加工程序。
本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)一步描述如下1測(cè)量方法1.1測(cè)量點(diǎn)的規(guī)定六個(gè)測(cè)量點(diǎn)布置在工件的側(cè)面和頂面上(如圖1所示)。
1.2測(cè)量方法本方法使用瞄準(zhǔn)鏡進(jìn)行測(cè)量。瞄準(zhǔn)鏡為非接觸式測(cè)量設(shè)備，對(duì)于每個(gè)測(cè)量點(diǎn)只能測(cè)得其中的兩個(gè)坐標(biāo)，頂面的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)缺少y坐標(biāo)，側(cè)面的四個(gè)測(cè)量點(diǎn)缺少x坐標(biāo)，即

Y該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的該坐標(biāo)可以測(cè)得N該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的該坐標(biāo)無法測(cè)得
2建立工件坐標(biāo)系與設(shè)計(jì)坐標(biāo)系之間的關(guān)系2.1工件坐標(biāo)系的設(shè)定在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中已知的六點(diǎn)滿足如下的關(guān)系O1O2→⊥O3O4→]]>O5O6→⊥O3O4→]]>這樣使計(jì)算得到簡(jiǎn)化。
以O(shè)2為原點(diǎn)， 為y軸， 的平行向量為x軸，構(gòu)造成工件坐標(biāo)系(見圖2)。即yw→//O1O2→]]>，xw→//O3O4→]]>， 2.2輔助工件坐標(biāo)系的設(shè)定以O(shè)5為原點(diǎn)， 為y軸， 的平行向量為x軸，構(gòu)造成輔助工件坐標(biāo)系(見圖2)。即yh→//O6O5→]]>，xh→//O4O3→]]>， 2.3工件坐標(biāo)系與設(shè)計(jì)坐標(biāo)系之間的關(guān)系2.3.1確定輔助工件坐標(biāo)系與設(shè)計(jì)坐標(biāo)系的關(guān)系即求O5、 和 在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中的表示。
設(shè)O3、O4、O5和O6在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中的表示為OL3(xL3，yL3，zL3)、OL4(xL4，yL4，zL4)、OL5(xL5，yL5，zL5)、OL6(xL6，yL6，zL6)，這些參數(shù)均已知。OL6OL5→={xL5-xL6,yL5-yL6,zL5-zL6}={Δx65L,Δy65L,Δz65L}]]>OL4OL3→={xL3-xL4,yL3-yL4,zL3-zL4}={Δx43L,Δy43L,Δz43L}]]>則輔助工件坐標(biāo)系的三個(gè)軸向向量在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中的表示為xhl→={xhlx,xhly,xh/z}=1|O3O4→|{Δx43L,Δy43L,Δz43L}]]>yhl→={yhlx,yhly,yhlz}=1|O6O5→|{Δx65L,Δy65L,Δz65L}]]> {xhlyyhlz-xhlzyhly,xhlzyylx-xhlxyhlz,xhlxyhly-xhlyyhlx}(xhlyyhlz-xhlzyhly)2+(xhlzyhlx-xhlxyhlz)2+(xhlxyhly-xhlyyhlx)2]]>2.3.2確定工件坐標(biāo)系與設(shè)計(jì)坐標(biāo)系的關(guān)系即求O2， 和 在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中的表示。
設(shè)O1、O2、O3和O4在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中的表示為OL1(xL1，yL1，zL1)、OL2(xL2，yL2，zL2)、OL3(xL3，yL3，zL3)、OL4(xL4，yL4，zL4)，這些參數(shù)均已知。OL1OL2→={xL2-xL1,yL2-yL1,zL2-zL1}={Δx12L,Δy12L,Δz12L}]]>OL3OL4→=-OL4OL3→={Δx34L,Δy34L,Δz34L}]]>則工件坐標(biāo)系的三個(gè)軸向向量在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中的表示為xwl→={xwlx,xwly,xwlz}=1|O3O4→|{Δx34L,Δy34L,Δz34L}=-xhl→]]>ywl→={ywlx,ywly,ywlz}=1|O1O2→|{Δx12L,Δy12L,Δz12L}]]> {xwlyywlz-xwlzywly,xwlzywlx-xwlxywlz,xwlxywly-xwlyywlx}(xwlyywlz-xwlzywly)2+(xwlzywlx-xwlxywlz)2+(xwlxywly-xwlyywlx)2]]>設(shè)某一點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中表示為Owi(xwi，ywi，zwi)，在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中表示為OLi(xLi，yLi，zLi)，則有以下變換關(guān)系xLiyLizLi1=xwlxywlxzwlxxL2xwlyywlyzwlyyL2xwlzywlzzwlzzL20001x117y117z1171]]>
設(shè)Awl=xwlxywlxzwlxxL2xwlyywlyzwlyyL2xwlzywlzzwlzzL20001]]>則用xWiyWizWi1=Awl-1xLiyLizLi1]]>可將所有點(diǎn)從設(shè)計(jì)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至工件坐標(biāo)系。
2.3.3確定工件坐標(biāo)系與輔助工件坐標(biāo)系之間的關(guān)系即確定輔助工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)和三個(gè)軸向向量在工件坐標(biāo)系中的表示。
設(shè)O5在工件坐標(biāo)系中的表示為Ow5(xw5，yw5，zw5)， 在工件坐標(biāo)系中的表示為xhw→(xhwx,xhwy,xhwz)]]> 在工件坐標(biāo)系中的表示為yhw→(yhwx,yhwy,yhwz)]]>， 在工件坐標(biāo)系中的表示為zhw→(zhwx,zhwy,zhwz)]]>。則有xL5yL5zL51=xwlxywlxzwlxxL2xwlyywlyzwlyyL2xwlzywlzzwlzzL20001xW5yW5zW51=AwlxW5yW5zW51]]>xhlxxhlyxhlz0xwlxywlxzwlxxL2xwlyywlyzwlyyL2xwlzywlzzwlzzL20001xhwxxhwyxhwz0=Awlxhwxxhwyxhwz0]]>yhlxyhlyyhlz0=xwlxywlxzwlxxL2xwlyywlyzwlyyL2xwlzywlzzwlzzL20001yhwxyhwyyhwz0=Awlyhwxyhwyyhwz0]]>zhlxzhlyzhlz0=xwlxywlxzwlxxL2xwlyywlyzwlyyL2xwlzywlzzwlzzL20001zhwxzhwyzhwz0=Awlzhwxzhwyzhwz0]]>則xW5yW5zW51=Awl-1xL5yL5zL51,xhwxxhwyxhwz0=Awl-1xhlxxhlxxhlz0]]>yhwzyhwyyhwz0=Awl-1yhlxyhlyyhlz0,zhwxzhwyzhwz0=Awl-1zhlxzhlyzhlz0]]>設(shè)某一點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的表示為Owi(xwi，ywi，zwi)，在輔助工件坐標(biāo)系中的表示為OHi(xHi，yHi，zHi)，則有xWiyWizWi1=xhwxyhwxzhwxxW5xhwyyhwyzhwyyW5xhwzyhwzzhwzzW50001xHiyHizHi1=AOhxHiyHizHi1]]>O1、O2和O4在工件坐標(biāo)系中的表示為Ow1(xw1，yw1，zw1)、Ow2(xw2，yw2，zw2)和Ow4(xw4，yw4，zw4)，在輔助工件坐標(biāo)系中的表示為OH1(xH1，yH1，zH1)、OH2(xH2，yH2，zH2)和OH4(xH4，yH4，zH4)，有xW1yW1zW11=xhwxyhwxzhwxxW5xhwyyhwyzhwyyW5xhwzyhwzzhwzzW50001xH1yH1zH11=AOhxH1yH1zH11]]>xW2yW2zW21=xhwxyhwxzhwxxW5xhwyyhwyzhwyyW5xhwzyhwzzhwzzW50001xH2yH2zH21=AOhxH2yH2zH21]]>xW4yW4zW41=xhwxyhwxzhwxxW5xhwyyhwyzhwyyW5xhwzyhwzzhwzzW50001xH4yH4zH41=AOhxH4yH4zH41]]>就可以求得O1、O2和O4在輔助工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)xH1yH1zH11=AOh-1xW1yW1zW11,xH2yH2zH21=AOh-1xW2yW2zW21,xH4yH4zH41=AOh-1xW4yW4zW41]]>2.4計(jì)算理論角度求 與 及 的夾角α1、α2； 與 及 的夾角α3、α4。cosα1=OW2OW2→·OW1OW2→|O2O5→||O1O2→|]]>cosα2=OW2OW5→·OW6OW5→|O2O5→||O6O5→|]]>cosα3=OW1OW2→·OW3OW4→|O1O2→||O3O4→|]]>cosα4=OW6OW5→·OW3OW4→|O6O5→||O3O4→|]]>3測(cè)量數(shù)據(jù)的擬合3.1梁在機(jī)床坐標(biāo)系中的定位就是根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)值求工件坐標(biāo)系的三個(gè)軸向向量在機(jī)床坐標(biāo)系中的表示，并通過此關(guān)系將所有點(diǎn)從工件坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至機(jī)床坐標(biāo)系中。
設(shè)某點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的表示為OMi(xMi，yMi，zMi)。
(1)求 ，即確定工件坐標(biāo)系的y軸向量在機(jī)床坐標(biāo)系中的表示 OM1OM2→={xM2-xM1,yM2-yM1,zM2-zM1}={Δx12M,Δy12M,Δz12m},]]>其中Δx12M待求?？衫?和 之間的角度約束關(guān)系來求Δx12MOM2OM5→={xM5-xM2,yM5-yM2,zM5-zM2}={Δx25M,Δy25M,Δz25M}]]>Δx25M=xM5-xM2=±|O2O5→|2-(yM5-yM2)2-(zM5-zM2)2]]>對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)系來說，xM5＞xM2是肯定成立的，因此，取xM5-xM2=|O2O5→|2-(yM5-yM2)2-(zM5-zM2)2]]> 和 之間滿足OM2OM5→·OM1OM2→=|O2O5→||O1O2→|cosα1]]>即{Δx25M,Δy25M,Δz25M}·{Δx12M,Δy12M,Δz12M}=|O2O5→||O1O2→|cosα1]]>則Δx12M=(|O2O5→||O1O2→|cosα1-Δy25MΔy12M-Δz25MΔz12M)/Δx25M]]>則ywm→={ywmx,ywmy,ywmz}=1|O1O2→|{Δx12M,Δy12M,Δz12M}]]>(2)求 ，即 OM3OM4→={xM4-xM3,yM4-yM3,zM4-zM3}={Δx34M,Δy34M,Δz34M}]]>
其中Δy34M待求。OM1OM2→·OM3OM4→=|O1O2→||O3O4→|·cosα3]]>即{Δx34M,Δy34M,Δz34M}·{Δx12M,Δy12M,Δz12M}=|O1O2→||O3O4→|·cosα3]]>Δy34M=(|O1O2→||O3O4→|·cosα3-Δx34MΔx12M-Δz34MΔz12M)/Δy12M]]>xwm→={xwmx,xwmy,xwmz}=1|O3O4→|{Δx34M,Δy34M,Δz34M}]]>(3)求 (4)求OM2坐標(biāo)OM2(xM2，yM2，zM2)，其中yM2、zM2已測(cè)得，xM2未知。
O3在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Ow3(xw3，yw3，zw3)已知，在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為OM3(xM3，yM3，zM3)，其中yM3未知。兩者之間的關(guān)系為xM3yM3zM31=xwmxywmxzwmxxM2xwmyywmyzwmyyM2xwmzywmzzwmzzM20001xW3yW3zW31]]>則xM3＝xwmx·xw3+ywmx·yw3+zwmx·zw3+xM2所以xM2＝xM3-(xwmx·xw3+ywmx·yw3+zwmx·zw3)可得OM2坐標(biāo)(xM2，yM2，zM2)此時(shí)就確定了工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的變換矩陣，記為AwmlAwm1=xwmxywmxzwmxxM2xwmyywmyzwmyyM2xwmzywmzzwmzzM20001]]>xM1＝xM2-Δx12M，記為xM1(2)。
yM3＝xwmy·xW3+ywmx·yw3+zwmx·zW3+yM2，記為yM3(2)。
yM4＝y(tǒng)M3+Δy34M，記為yM4(2)。
將由此變換矩陣推得的OM5、OM6記為OM5(2)(xM5(2)，yM5(2)，zM5(2))和OM6(2)(xM6(2)，yM6(2)，zM6(2))。xM5(2)yM5(2)zM5(2)1=xwmxywmxzwmxxM2xwmyywmyzwmyyM2xwmzywmzzwmzzM20001xW5yW5zW51=Awm1xW5yW5zW51]]>xM6(2)yM6(2)zM6(2)1=xwmxywmxzwmxxM2xwmyywmyzwmyyM2xwmzywmzzwmzzM20001xW6yW6zW61=Awm1xW6yW6zW61]]>(5)偏差的比較即實(shí)際測(cè)得的OM5為OM5(1)(xM5(1)，yM5(1)，zM5(1))和推導(dǎo)得到值的比較，其中xM5(1)未知。
將(yM5(1)，zM5(1))和(yM5(2)，zM5(2))比較d1＝(yM5(2)-yM5(1))2+(zM5(2)-zM5(1))23.2均化處理3.2.1求 ，即輔助工件坐標(biāo)系的y坐標(biāo)向量在機(jī)床坐標(biāo)系中的表示 (1)OM5、OM6的y、z坐標(biāo)分別取OM5(1)、OM5(2)和OM6(1)、OM6(2)的平均，記為OM5(xM5，yM5，zM5)，OM6(xM6，yM6，zM6)yM5＝(yM5(1)+yM5(2))/2，zM5＝(zM5(1)+zM5(2))/2yM6＝(yM6(1)+yM6(2))/2，zM6＝(zM6(1)+zM6(2))/2xM5和xM6未定。此時(shí)OM5、OM6的y、z坐標(biāo)已經(jīng)經(jīng)過均化，作為準(zhǔn)確值使用。
(2)求 ，即確定 OM6OM5→={xM5-xM6,yM5-yM6,zM5-zM6}={Δx65M,Δy65M,Δz65M}]]>其中Δx65M未知。
已知OM2OM5→·OM6OM5→=|O2O5→||O6O5→|cosα2]]>即{Δx25M,Δy25M,Δz25M}·{Δx65M,Δy65M,Δz65M}=|O2O5→||O6O5→|cosα2]]>Δx65M=(|O2O5→||O6O5→|cosα2-Δy25MΔy65M-Δz25MΔz65M)/Δx25M]]>yhm→={yhmx,yhmy,yhmz}=1|O6O5→|{Δx65M,Δy65M,Δz65M}]]>3.2.2求 ，即輔助工件坐標(biāo)系的x坐標(biāo)向量在機(jī)床坐標(biāo)系中的表示 由于O3、O4相距較遠(yuǎn)，誤差相對(duì)較小，故其測(cè)量值作為準(zhǔn)確值。OM4OM3→={xM3-xM4,yM3-yM4,zM3-zM4}={Δx43M,Δy43M,Δz43M}]]>其中Δy43M待求。O6MO5M→·O3MO4M→=|O6O5→||O3O4→|·cosα4]]>也就是O6MO5M→·(-O4MO3M→)=|O6O5→||O3O4→|·cosα4]]>即{Δx65M,Δy65M,Δz65M}·{-Δx43M,-Δy43M,-Δz43M}=|O6O5→||O3O4→|·cosα4]]>Δy43M=-(|O6O5→||O3O4→|·cosα4+Δx65M·Δx43M+Δz65M·Δz43M)/Δy65M]]>xhm→={xhmx,xhmy,xhmz}=1|O4O3→|{Δx43M,Δy43M,Δz43M}]]>3.2.3求輔助工件坐標(biāo)系的z坐標(biāo)向量在機(jī)床坐標(biāo)系中的表示 3.2.4求OM5坐標(biāo)(xM5，yM5，zM5)其中yM5、zM5已知，xM5待求。
O4在輔助工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(xH4，yH4，zH4)已知，在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)表示為(xM4，yM4，zM4)，其中yM4未知。兩者之間的關(guān)系為xM4yM4zM41=xhmxyhmxzhmxxM5xhmyyhmyzhmyyM5xhmzyhmzzhmzzM50001xH4yH4zH41]]>則xM4＝xhmx·xH4+yhmx·yH4+zhmx·zM4+xM5，
所以xM5＝xM4-(xhmx·xH4+yhmx·yH4+zhmx·zH4)，可確定OM5(xM5，yM5，zM5)。
3.2.5以輔助工件坐標(biāo)系為基準(zhǔn)坐標(biāo)系，求O1，O2在機(jī)床坐標(biāo)系中的表示OM1′(xM1′，yM1′，zM1′)，OM2′(xM2′，yM2′，zM2′)xM1′yM1′zM1′1=xhmxyhmxzhmxxM5xhmyyhmyzhmyyM5xhmzyhmzzhmzzM50001xH1yH1zH11=AhmxH1yH1zH11=AhmAOh-1xW1yW1zW11]]>xM2′yM2′zM2′1=xhmxyhmxzhmxxM5xhmyyhmyzhmyyM5xhmzyhmzzhmzzM50001xH2yH2zH21=AhmxH2yH2zH21=AhmAOh-1xW2yW2zW21]]>3.2.6重新計(jì)算工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的表示將O2的實(shí)測(cè)坐標(biāo)保存在OM2(1)中，記為OM2(1)(xM2(1)，yM2(1)，zM2(1))，OM2取OM2′(xM2′，yM2′，zM2)值，即OM2(xM2，yM2，zM2)＝OM2′(xM2′，yM2′，zM2′) xwm→=-xhm→]]> 3.2.7確定變換矩陣AWM2=xwmxywmxzwmzxM2xwmyywmyzwmyyM2xwmzywmzzwmzzM20001]]>3.2.8將(y5(1)，z5(1))和(y2(1)，z2(1))與(y5，z5)和(y2，z2)比較偏差d21＝(y5-y5(1))2+(z5-z5(1))2d22＝(y2-y2(1))2+(z2-z2(1))2取d2＝max{d21，d22}3.2.9確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣Awm將均化前得到的偏差值d1和均化后得到的偏差值d2進(jìn)行比較，如果d2＜d1，則說明此均化過程確實(shí)起到了均化的作用，否則則沒有均化效果。也就是說如果d1≤d2，則取Awm＝Awm1，否則取Awm＝Awm2。第i點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為Owi(xwi，ywi，zwi)，在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為OMi(xMi，yMi，zMi)，則有xMiyMizMi1=AwmxWiyWizWi1]]>4確定總變換矩陣確定從大地坐標(biāo)系到機(jī)床坐標(biāo)系之間的總轉(zhuǎn)換矩陣對(duì)以上的步驟作一總結(jié)，將第i點(diǎn)從大地坐標(biāo)系中的OEi(xEi，yEi，zEi)轉(zhuǎn)換至機(jī)床坐標(biāo)系下的OMi(xMi，yMi，zMi)，其總轉(zhuǎn)換矩陣Aem為Aem＝AwmAwl-1AerlAeer即xMiyMizMi1=AemxEiyEizEi1]]>本發(fā)明是針對(duì)大型超重工件的加工而提出，但其基本原理對(duì)所有工件的加工都有實(shí)用性，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1、簡(jiǎn)化了工件加緊定位的要求通過測(cè)量工件上的待測(cè)點(diǎn)的兩維坐標(biāo)，就可得到工件在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。從而簡(jiǎn)化工件的裝夾和找正定位、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、優(yōu)化數(shù)控程序的編制。工件經(jīng)過簡(jiǎn)單的定位和裝夾，不需要精確定位，特別是大型工件，調(diào)整位置非常困難，采用這種方法極大地縮短了定位調(diào)整的難度和時(shí)間。
2、簡(jiǎn)化測(cè)量工作降低測(cè)量裝置的成本本發(fā)明采用光學(xué)讀數(shù)，通過測(cè)量工件上坐標(biāo)點(diǎn)，得到工件在機(jī)床坐標(biāo)下的坐標(biāo)。測(cè)量裝置安裝在機(jī)床主軸上，由機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制它的移動(dòng)，測(cè)量的數(shù)據(jù)通過數(shù)控系統(tǒng)讀出或通過文件傳遞。
3、測(cè)量的精度不直接影響加工精度本發(fā)明的方法，適應(yīng)于一次裝夾，完成所有加工工序，由于毛坯存在加工余量，所以工件變形和測(cè)量精度在允許的范圍內(nèi)，都能完成加工出合格的工件。
4、確保加工精度和降低切削量由于工件的尺寸和重量，工件不可避免的存在變形，這些待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)也隨之發(fā)生變化，采用本發(fā)明算法，將優(yōu)化測(cè)量模型和CAD模型的匹配程度，從而保證最終的加工位置精度，減少切削量。
圖2為本發(fā)明的工件坐標(biāo)系和輔助工件坐標(biāo)系的設(shè)定。
圖3為本發(fā)明的測(cè)量裝置示意圖。
圖4為本發(fā)明的生產(chǎn)線俯視圖。
通過使用瞄準(zhǔn)鏡進(jìn)行測(cè)量。瞄準(zhǔn)鏡為非接觸式測(cè)量設(shè)備，對(duì)工件上六點(diǎn)的測(cè)量，采用本發(fā)明的計(jì)算方法得到的工件定位信息，然后編制相應(yīng)的加工程序，由數(shù)控機(jī)床完成對(duì)零件的加工。測(cè)量點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)(單位米) 1 8408.6321 13.3726 16730.72272 8408.6321 13.9726 16730.72293 8408.6587 14.2227 16730.42224 8410.7813 14.2307 16706.43795 8410.8079 13.9808 16706.1376 8410.8079 13.3808 16706.1368測(cè)量點(diǎn)實(shí)測(cè)值(單位毫米，機(jī)床坐標(biāo)系)
權(quán)利要求
1.一種大型工件的機(jī)加工尋位方法，其特征在于預(yù)先在工件毛坯相應(yīng)位置處標(biāo)出預(yù)定義點(diǎn)O1、O2、O3、O4、O5、O6，將工件按照實(shí)際受力情況進(jìn)行安裝定位，利用機(jī)床上的測(cè)量裝置來測(cè)量預(yù)定義點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的兩維坐標(biāo)，并和工件CAD模型理論上的待檢測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行比較分析，進(jìn)行誤差均化優(yōu)化處理，得出機(jī)床坐標(biāo)系和工件CAD坐標(biāo)系之間的關(guān)系；在CAD/CAM系統(tǒng)中，根據(jù)所得到的定位信息確定工件在CAD/CAM系統(tǒng)中的位置，經(jīng)過后置處理生成機(jī)床加工的數(shù)控程序，送入機(jī)床進(jìn)行加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型工件的機(jī)加工尋位方法，其特征在于測(cè)量裝置采用普通光學(xué)讀數(shù)頭作為測(cè)量桿，裝入機(jī)床主軸中，測(cè)量桿可通過主軸定向功能進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量桿的長(zhǎng)度通過類似刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行補(bǔ)償，從機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中可以得到坐標(biāo)Pm′＝(Xm′，Ym′，Zm′)，測(cè)量裝置的桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，該點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)Pm＝(Xm，Ym，Zm)，其中Xm＝Xm′，Zm＝Zm′+L，Ym坐標(biāo)為不確定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型工件的機(jī)加工尋位方法，其特征在于在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中，預(yù)定義的6個(gè)點(diǎn)O1、O2、O3、O4、O5、O6，滿足如下關(guān)系O1O2→⊥O3O4→]]>O5O6→⊥O3O4→]]>O2為坐標(biāo)系原點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械加工制造技術(shù)領(lǐng)域，將工件搬運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，經(jīng)過初步的裝夾，通過安裝在機(jī)床主軸上的光學(xué)讀數(shù)頭，移動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量工件上六個(gè)待測(cè)點(diǎn)的兩維坐標(biāo)，并和工件CAD模型理論上的待檢測(cè)點(diǎn)理論上的三維坐標(biāo)進(jìn)行比較分析，進(jìn)行誤差均化優(yōu)化處理，得出工件在機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)，調(diào)整工件在CAD/CAM系統(tǒng)中工件的位置，生成工件的實(shí)際數(shù)控加工程序。本發(fā)明用于工程實(shí)際，可大大降低測(cè)量環(huán)節(jié)的復(fù)雜性和測(cè)量裝置的成本，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B23Q17/24GK1446666SQ0311590
公開日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者樊留群, 張為民, 朱志浩, 陳炳森, 鄭永前, 梁世升 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)