帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控加工領(lǐng)域，具體涉及一種帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床，以及該多軸數(shù)控機(jī)床的實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的發(fā)展，藝術(shù)品等小工件的形狀越來越復(fù)雜，對精度的要求越來越高。四軸數(shù)控機(jī)床或五軸數(shù)控機(jī)床等多軸數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)為復(fù)雜零件的加工提供了必要的基礎(chǔ)保障。
[0003]多軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，在擺動(dòng)過程中，刀具長度的不同會引起擺長及擺動(dòng)范圍的變化，由此引起加工精度的降低或者原有的數(shù)控加工程序無法繼續(xù)使用?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般采用在多軸數(shù)控機(jī)床中設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)償裝置，但是該種自動(dòng)補(bǔ)償裝置成本較高，對一般的加工小工件的低精度多軸數(shù)控機(jī)床并不適用。同時(shí)，對于帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床來說，還存在以下問題:一是要提高加工精度，對驅(qū)動(dòng)擺頭沿?cái)[頭旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)一定角度的減速機(jī)精度要求也高；二是主軸安裝在擺頭上，刀具球頭到擺頭旋轉(zhuǎn)軸的行程被浪費(fèi)，以加工一 200mm的工件為例，可能需要機(jī)床的有效行程在400mm才能達(dá)到，而這200mm的被浪費(fèi)行程對機(jī)床來說，一半行程的浪費(fèi)可能會造成三到四倍的成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床及其實(shí)現(xiàn)方法，采用低成本的改造使其在擺頭帶動(dòng)刀具加工時(shí)精度不受刀具刀長的限制，對擺頭用減速機(jī)的精度不敏感，同時(shí)機(jī)床的有效行程得到充分的利用。
[0005]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)解決方案是:
[0006]—種帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床，包括擺頭、固定于擺頭的主軸、安裝在主軸末端的球刀，所述球刀的球頭球心位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上。
[0007]本技術(shù)方案球刀的球頭球心位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上，擺頭擺動(dòng)過程中，不論刀具的刀長為多少，球頭球心都一直位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上，不受刀具刀長的影響。
[0008]同時(shí)，對擺頭用減速機(jī)即驅(qū)動(dòng)主軸軸線角度變化的減速機(jī)的精度要求有所降低，不敏感。球心調(diào)節(jié)至旋轉(zhuǎn)軸軸線上之后，不論如何旋轉(zhuǎn)，刀具球心都在軸心上。因?yàn)槭乔蚶@球心旋轉(zhuǎn)，不論如何轉(zhuǎn)，都相當(dāng)于球的形狀相對于自己沒有發(fā)生包絡(luò)空間的位置變化。這時(shí)候減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度即使和理論要轉(zhuǎn)的角度之間有點(diǎn)差異，得到的刀具球心的位置都沒有變化，不會產(chǎn)生加工誤差。而角度差異讓刀具軸線產(chǎn)生的誤差由于是作為避讓加工過程中遇到的干涉物體，本身在計(jì)算上都考慮了足夠的余量，所以刀具軸線有點(diǎn)誤差只要不超過一定臨界范圍，都不影響整個(gè)加工過程。綜合所述把刀具球心調(diào)節(jié)到旋轉(zhuǎn)軸上的之后對減速機(jī)精度不敏感了，就可以用一些低精度減速機(jī)來實(shí)現(xiàn)這個(gè)工位了。
[0009]同時(shí)，本技術(shù)方案將球刀的球頭球心移到旋轉(zhuǎn)軸軸線上，也減少了有效行程的浪費(fèi)。
[0010]為了精確判斷球刀的球頭球心是否位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上，該機(jī)床還包括用于檢測球刀的球頭球心坐標(biāo)是否位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上的視覺輔助裝置，所述視覺輔助裝置包括攝像機(jī)、背光板，所述背光板設(shè)置于球刀的一側(cè)，背光板的板面與擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線垂直，攝像機(jī)與背光板相對設(shè)置。當(dāng)?shù)毒甙l(fā)生磨損或者需要更換刀具時(shí)，可以利用該結(jié)構(gòu)精確調(diào)整球頭球心到旋轉(zhuǎn)軸軸線上。該結(jié)構(gòu)并不一直安裝在多軸數(shù)控機(jī)床上，需要判斷球心是否位于旋轉(zhuǎn)軸軸線上時(shí)，安裝上去即可，拆裝方便。
[0011]如上所述的帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床，所述攝像機(jī)為工業(yè)相機(jī)。
[0012]如上所述的帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床，為了便于調(diào)整刀具的球頭球心到擺頭旋轉(zhuǎn)軸的軸線上，所述主軸通過連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定于擺頭，所述連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)主軸在擺頭上的位置從而調(diào)節(jié)球刀與擺頭旋轉(zhuǎn)軸的相對位置，利用該連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)主軸的位置從而調(diào)節(jié)刀具的位置。
[0013]如上所述的帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床，所述連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括直線滑臺。
[0014]如上所述的帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床，所述直線滑臺為細(xì)牙螺紋滾珠絲杠，方便精確調(diào)節(jié)刀具的球心位置。
[0015]—種實(shí)現(xiàn)上述帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床的方法，將球刀沿主軸方向移動(dòng)，直至球刀的球頭球心位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上。
[0016]該方法還包括在球刀沿主軸方向移動(dòng)過程中檢測球刀的球頭球心是否位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上的步驟。
[0017]如上所述的方法，所述檢測球刀的球頭球心是否位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上的方法包括:擺頭帶動(dòng)主軸擺動(dòng)，利用攝像機(jī)觀察球刀的球頭在背光板上的影像在擺動(dòng)過程中的軌跡，判斷球頭影像的軌跡是否發(fā)生跳動(dòng)，若球頭影像的軌跡不發(fā)生跳動(dòng)，球刀的球頭球心位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上，反之，球刀的球頭球心不位于擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上。
[0018]本發(fā)明能夠產(chǎn)生的有益效果:本發(fā)明將球刀的球頭球心設(shè)置到擺頭的旋轉(zhuǎn)軸軸線上，使得加工精度不再受刀具刀長的限制，對擺頭用減速機(jī)的精度不敏感，無須在多軸數(shù)控機(jī)床上設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)償?shù)堕L的裝置，大大降低了成本，且改進(jìn)的成本本身也較低，適合于加工小工件的低精度多軸數(shù)控機(jī)床，為木工加工機(jī)床、雕刻機(jī)床等成本較低的加工小工件的低精度多軸數(shù)控機(jī)機(jī)床的精度提高做出了巨大的貢獻(xiàn)；同時(shí)，該改進(jìn)還使機(jī)床的有效行程得到了充分的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0019]附圖1為帶有擺頭結(jié)構(gòu)的多軸數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]附圖2為擺動(dòng)過程中攝像機(jī)鏡頭下的球刀球頭的軌跡示意圖；
[0021]附圖3為擺動(dòng)過程中攝像機(jī)鏡頭下的球刀球頭的軌跡示意圖；
[0022]附圖4為擺動(dòng)過程中攝像機(jī)鏡頭下的球刀球頭的軌跡示意圖；
[0023]附圖5為現(xiàn)有技術(shù)中加工200mm工件所需的機(jī)床有效行程示意圖；
[0024]附圖6為本發(fā)明中加工200mm工件所需的機(jī)床有效行程示意圖。
[0025]其中:1、多軸數(shù)控機(jī)床；2、擺頭；3、連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；4、主軸；5、球刀；6、旋轉(zhuǎn)軸軸線；7、攝像機(jī)；8、旋轉(zhuǎn)工作臺；9、背光板；10、球頭；11、工件；12、旋轉(zhuǎn)軸軸心。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】