CN108646668A - 四轴双台面加工空间控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了四轴双台面加工空间控制系统及方法，系统包括：包括运动控制盒，以及差分脉冲扩展板，运动控制盒设置有多路差分脉冲输出接口；差分脉冲扩展板包括用于输入Z轴控制信号的Z轴脉冲输入接口，Z轴脉冲输入接口连接两个轴使能开关，轴使能开关还分别对应连接有用于输出台面控制信号的台面Z轴脉冲输出接口；运动控制盒的差分脉冲输出接口连接Z轴脉冲输入接口。本方案通过运动控制盒与差分脉冲扩展板配合，实现控制两个台面的刀具进行同步加工，提高加工效率，进行加工前，先根据轴心偏差和零点偏差调整刀具的初始位置，使得刀具与对应轴心的相对位置相同，能够实现两个台面的同步加工，提高了加工效率，且保证加工精度。

Description

四轴双台面加工空间控制系统及方法

技术领域

本发明涉及到四轴圆雕控制系统，特别是涉及到一种四轴双台面加工空间控制系统及方法。

背景技术

现有四轴连动圆雕大部分为单Z轴单台面，加工效率有限，有部分精度要求不高的会选择单Z轴多主轴方式来提高产量，但存在对刀不方便精度误差较大问题。

专利号TW096132575的专利公开了一种车床、车床控制用之电脑程式以及利用车床之机械加工方法，并具体公开了：偏差量计算步骤，系基于该第一直径数值、该第二直径数值、以及在该第一次切削步骤完成直到该第二次切削步骤完成时，该刀具在该X轴方向之一运行距离，来计算在该刀具之一切削端缘高度与该工作件之一中心线之间之沿着不同于该X轴方向之一Y轴方向的一偏差量；以及一第三次切削步骤，系在该偏差量被修正之后，施加一第三次切削至该工作件。

但是，上述的专利，偏差量是基于刀具在该X轴方向之一运行距离，来计算在该刀具之一切削端缘高度与该工作件之一中心线之间之沿着不同于该X轴方向之一Y轴方向的一偏差量。

因此有必要提出一种四轴双台面加工空间控制系统及方法，解决对刀不方便，且精度误差较大的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种四轴双台面加工空间控制系统及方法，具备双倍的加工效率，且对刀精度高，对刀成本低廉。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种四轴双台面加工空间控制系统，包括用于控制X轴、Y轴、Z轴和A轴运动的运动控制盒，以及用于控制两个台面Z轴同时运动的差分脉冲扩展板，

所述运动控制盒设置有多路差分脉冲输出接口；

所述差分脉冲扩展板包括用于输入Z轴控制信号的Z轴脉冲输入接口，所述Z轴脉冲输入接口连接两个轴使能开关，所述轴使能开关还分别对应连接有用于输出台面控制信号的台面Z轴脉冲输出接口；

所述运动控制盒的差分脉冲输出接口连接所述Z轴脉冲输入接口，通过所述运动控制盒输出一路脉冲信号给所述差分脉冲扩展板，再由所述差分脉冲扩展板输出两路脉冲信号给两个台面，控制两个台面同步工作。

进一步地，所述运动控制盒还设置有用于输出控制模拟量的主轴模拟量输出接口。

进一步地，所述运动控制盒还设置有控制按键。

本发明还提出了一种四轴双台面加工空间控制方法，基于上述任一项的四轴双台面加工空间控制系统，包括以下步骤：

分别获取两个台面上对刀仪与台面轴心的轴心相对位置；

根据不同台面的轴心相对位置计算得到轴心偏差；

分别获取两个台面上对刀仪与台面零点的零点相对位置；

根据不同台面的零点相对位置计算得到零点偏差；

根据轴心偏差和零点偏差设置两个台面的刀具初始位置，使其两个台面上的刀具同步加工。

进一步地，所述分别获取两个台面上对刀仪与台面轴心的轴心相对位置步骤，包括，

打开台面的Z轴，移动刀具到台面的轴心，并记录刀具当前坐标；

移动刀具到对刀仪位置对刀，测量出对刀仪与台面轴心的轴心相对位置。

进一步地，所述据不同台面的轴心相对位置计算得到轴心偏差步骤，包括，

将两个台面的轴心相对位置相减，计算得到两个台面的轴心偏差。

进一步地，所述分别获取两个台面上对刀仪与台面零点的零点相对位置步骤，包括，

移动刀具到对刀仪位置对刀，测量出对刀仪与台面的机械零点的零点相对位置。

进一步地，所述根据不同台面的零点相对位置计算得到零点偏差步骤，包括，

将两个台面的零点相对位置相减，计算得到两个台面的零点偏差。

进一步地，所述根据轴心偏差和零点偏差设置两个台面的刀具初始位置，使其两个台面上的刀具同步加工步骤，包括，

根据轴心偏差和零点偏差调整其中一个台面刀具的初始位置，使两个台面的刀具与各自轴心的相对位置相同。

本发明的有益效果是：通过运动控制盒与差分脉冲扩展板配合，实现控制两个台面的刀具进行同步加工，提高加工空间的加工效率，两个台面同步进行加工前，先根据对刀后的轴心偏差和零点偏差调整台面上刀具的初始位置，使得两个台面的刀具与对应轴心的相对位置相同，能够实现两个台面的同步加工，提高了加工效率，且保证加工精度。

附图说明

图1为本发明一种四轴双台面加工空间控制系统的结构框图；

图2为本发明一种运动控制盒的结构示意图；

图3为本发明一种差分脉冲扩展板的连接示意图；

图4为本发明一种四轴双台面加工空间控制方法的方法流程图；

图5为本发明一种获取台面上对刀仪与台面轴心的轴心相对位置的方法流程图。

具体实施方式

为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

参照图1-3，提出本发明一具体实施例，一种四轴双台面加工空间控制系统，包括用于控制X轴、Y轴、Z轴和A轴运动的运动控制盒10，以及用于控制两个台面Z轴同时运动的差分脉冲扩展板20，运动控制盒10设置有多路差分脉冲输出接口11和扩展输出接口；差分脉冲扩展板20包括用于输入Z轴控制信号的Z轴脉冲输入接口21，Z轴脉冲输入接口21连接两个轴使能开关22，轴使能开关22还分别对应连接有用于输出台面控制信号的台面Z轴脉冲输出接口23。

使用时，运动控制盒10的差分脉冲输出接口11连接Z轴脉冲输入接口21，工作时，通过运动控制盒10输出一路脉冲信号给差分脉冲扩展板20，再由差分脉冲扩展板20输出两路脉冲信号给两个台面，控制两个台面同时工作。

运动控制盒10实现了台面上X轴、Y轴、Z轴、A轴的四轴连续插补运动控制，可对标准G代码进行解析，按照客户制作的轨迹进行加工工件，同时集成了4轴的点位运动，定长运动，回机床零等手动功能，可保证在一定的插补周期内完成四轴轨迹规划等一系列运动控制运算，保证运动控制可靠运行。

参照图3，Z轴脉冲输入接口21同时连接两个轴使能开关22EN1和EN2，而EN1和EN2还分别连接有一个Z轴脉冲输出接口23，每个Z轴输出接口连接控制一个的工作台面，能够控制台面上的刀具按照指定的行进轨迹进行加工。

利用差分脉冲扩展板20和运动控制盒10的IO扩展输出，可实现分别控制差分脉冲扩展板20上的每一路输出开关。差分脉冲扩展板20能够根据不同配置，不同工艺过程需要同步驱动两个台面Z轴，或者单独驱动某一个台面的Z轴。运动控制盒10始终控制输出单路Z轴控制脉冲，最终通过差分脉冲扩展板20实现同时加工两个相同工件；差分脉冲扩展板20成本低廉，接入单台机床需要的改动小，提高了机床的加工效率。

参照图1和2，本实施例中，运动控制盒10上具体设置有1路24V电源输入接口，8路限位报警输入接口，11路特殊功能输入接口，1路主轴报警输入接口，以及1路主轴模拟量输出接口，1路24V输出接口，1路5V输出接口，4路差分脉冲输出接口，8路扩展输出接口，1个USB口，1路485通信接口，1路RGB显示输出。可配备带按键手持操作盒做界面交互显示。

运动控制盒10设置有用于输出控制模拟量的主轴模拟量输出接口，主轴模拟量输出接口可以用于。运动控制盒10还设置有控制按键，可通过控制按键手持运动控制盒10做界面交互显示。

本方案的差分脉冲扩展板能够根据不同配置，不同工艺过程需要同时驱动两个台面Z轴，或者单独驱动某一个台面的Z轴；运动控制盒始终控制输出单路Z轴控制脉冲，最终通过差分脉冲扩展板实现同步加工两个相同工件；差分脉冲扩展板成本低廉，接入单台机床需要的改动小，提高了机床的加工效率。

参考图4和5，本发明还提出了一种四轴双台面加工空间控制方法，基于上述的四轴双台面加工空间控制系统，包括以下步骤：

S10、分别获取两个台面上对刀仪与台面轴心的轴心相对位置。

S20、根据不同台面的轴心相对位置计算得到轴心偏差。

S30、分别获取两个台面上对刀仪与台面零点的零点相对位置。

S40、根据不同台面的零点相对位置计算得到零点偏差。

S50、根据轴心偏差和零点偏差设置两个台面的刀具初始位置，使其两个台面上的刀具同步加工。

基于本发明上一实施例，提出的一种四轴双台面加工空间控制系统，通过差分脉冲扩展板和运动控制盒配合使用，能够实现双台面同步加工。因为每个设备的生产后，对应的尺寸都在一定的范围内浮动，基本不可能完全一样，所以在加工之前，需要先对刀具进行对刀校准，根据对刀结果调整两个不同台面上的刀具，使得不同台面上的刀具与对应台面的轴心相对位置相同，再通过上述的运动控制盒和差分脉冲扩展板控制对应的刀具按照指定的轨迹行走进行加工。本方案针对的是Z轴输出加工的，同理本方案也可以用于其他轴向输出的设备上，例如X轴和Y轴。

在本实施例中，两个台面上的两把刀具同步加工同样的工件。需要计算出一个台面相对于另一个台面的轴心偏差和零点偏差，在每次台面Z轴回完机械原点后将这两个偏差值通过对台面Z轴单独调整，即可让两把刀具在相同的工件表面位置。

对于步骤S10，在本实施中，加工空间为圆雕加工空间，以A轴的轴心为工作表面，每台设备的轴心在机床安装好以后位置已经固定好了，而当中机床的对刀仪位置也是固定。

当我们用台面的刀具移动到轴心时记录当前的机械坐标值再到对刀仪位置对刀，即可得到台面轴心与对刀仪的相对位置。记录下来，通过相同的方法用另一个台面的刀具去测量轴心到对刀仪的位置，即可获得两个不同台面上对刀仪与台面轴心的轴心相对位置。

参考图5，步骤S10包括：

S11、打开台面的Z轴，移动刀具到台面的轴心，并记录刀具当前坐标。

S12、移动刀具到对刀仪位置对刀，测量出对刀仪与台面轴心的轴心相对位置。

对于步骤S11，在移动刀具到台面的轴心之前，先控制全部轴移动到机械原点，机械原点在设备生成好之后就已经确定下来，不可变更，在控制台面的Z轴打开，并移动刀具到固定机械坐标安全位置，之后再将刀具移动至轴心位置，并记录刀具当前坐标，以备后续与对刀仪的坐标进行比较得出轴心相对位置。具体的，在获取轴心相对位置时，先检测一台面的轴心相对位置，再测量了另一台面的轴心相对位置，依次进行。

对于步骤S12，控制刀具与固定的对刀仪进行对刀，即可获取到对刀仪处的坐标，后续根据刀具在轴心处的坐标和对刀仪处的坐标，即可计算得到该台面的轴心相对位置。

对于步骤S20，在得到两个台面的轴心相对位置后，将两个相对位置相减即可以得出两个台面的轴心位置偏差，轴心偏差可在机床出厂时测量得到，并直接写入到参数中，轴心偏差固定不变，不会因为更换刀具和工件而改变，不需要客户频繁改动。

步骤S20包括：

S21、将两个台面的轴心相对位置相减，计算得到两个台面的轴心偏差。

对于步骤S21，将两个台面的轴心相对位置数据相减，得到两个台面的轴心偏差，轴心偏差可在机床出厂时由厂家测量写入到参数中，该值不会因为更换刀具和工件而改变，不需要客户频繁改动。

对于步骤S30和步骤S40，台面零点是指两个台面的加工表面，两个台面在机床零点的偏差值指的是在两个台面Z轴分别回到机械原点后相对于机床上的同一个表面时的位置偏差，以下用零点偏差表示。

在使用过程中刀具经常更换，所以会导致零点偏差不断变化，所以该值在更换刀具后需要重新通过对刀仪测量后才可以使用。零点偏差可以通过机床上的对刀仪进行测量，在回完机械原点后Z轴单独打开进行固定对刀，测量出台面零点与对刀仪的相对位置，再用同样的流程去测量出另外一个台面零点与对刀仪的相对位置，两个相对位置相减得到两个台面的零点偏差。

具体的，步骤S30包括：

S31、移动刀具到对刀仪位置对刀，测量出对刀仪与台面的机械零点的零点相对位置。

具体的，步骤S40包括：

S41将两个台面的零点相对位置相减，计算得到两个台面的零点偏差。

对于步骤S31和S41，分别将台面上的刀具移动到对刀仪处进行对刀，即可测量出对刀仪与台面的机械零点的零点相对位置，再根据两个零点相对位置相减即可得到零点偏差，零点偏差和轴心偏差可用于调整其中一台机床的刀具初始位置，保证两个台面上的刀具与对应轴心的相对位置相同。

对于步骤S50，再计算出零点偏差和轴心偏差之后，零点偏差和轴心偏差可用于调整其中一台机床的刀具初始位置，保证两个台面上的刀具与对应轴心的相对位置相同。轴心偏差可在机床出厂时由厂家测量写入到参数中，该值不会因为更换刀具和工件而改变，不需要客户频繁改动。而零点偏差则需要每次初始对刀时进行重新测量，例如更换刀具或者更换被加工物体时，都需要。

具体的，步骤S50包括：

S51、根据轴心偏差和零点偏差调整其中一个台面刀具的初始位置，使两个台面的刀具相对于各自轴心的位置相同。

对于步骤S51，在获得轴心偏差和零点偏差之后，只需要对两个台面中的一个台面的刀具进行位置调整，使其与另一台面的刀具有其轴心的相对位置相同即可，无需同时对两个台面上的刀具进行调整，减低刀具对刀难度，提高工作效率。

本方案基于上述的一种四轴双台面加工空间控制系统，通过运动控制盒与差分脉冲扩展板配合，实现控制两个台面的刀具进行同步加工，提高加工空间的加工效率，两个台面同步进行加工前，先根据对刀后的轴心偏差和零点偏差调整台面上刀具的初始位置，使得两个台面的刀具与对应轴心的相对位置相同，能够实现两个台面的同步加工，提高了加工效率，且保证加工精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种四轴双台面加工空间控制系统，其特征在于，包括用于控制X轴、Y轴、Z轴和A轴运动的运动控制盒，以及用于控制两个台面Z轴同时运动的差分脉冲扩展板，

所述运动控制盒设置有多路差分脉冲输出接口；

所述差分脉冲扩展板包括用于输入Z轴控制信号的Z轴脉冲输入接口，所述Z轴脉冲输入接口连接两个轴使能开关，所述轴使能开关还分别对应连接有用于输出台面控制信号的台面Z轴脉冲输出接口；

所述运动控制盒的差分脉冲输出接口连接所述Z轴脉冲输入接口，通过所述运动控制盒输出一路脉冲信号给所述差分脉冲扩展板，再由所述差分脉冲扩展板输出两路脉冲信号给两个台面，控制两个台面同步工作。

2.如权利要求1所述的四轴双台面加工空间控制系统，其特征在于，所述运动控制盒还设置有用于输出控制模拟量的主轴模拟量输出接口。

3.如权利要求1所述的四轴双台面加工空间控制系统，其特征在于，所述运动控制盒还设置有控制按键。

4.一种四轴双台面加工空间控制方法，其特征在于，基于如权利要求1-3任一项所述的四轴双台面加工空间控制系统，包括以下步骤：

分别获取两个台面上对刀仪与台面轴心的轴心相对位置；

根据不同台面的轴心相对位置计算得到轴心偏差；

分别获取两个台面上对刀仪与台面零点的零点相对位置；

根据不同台面的零点相对位置计算得到零点偏差；

根据轴心偏差和零点偏差设置两个台面的刀具初始位置，使其两个台面上的刀具同步加工。

5.如权利要求4所述的四轴双台面加工空间控制方法，其特征在于，所述分别获取两个台面上对刀仪与台面轴心的轴心相对位置步骤，包括，

打开台面的Z轴，移动刀具到台面的轴心，并记录刀具当前坐标；

移动刀具到对刀仪位置对刀，测量出对刀仪与台面轴心的轴心相对位置。

6.如权利要求5所述的四轴双台面加工空间控制方法，其特征在于，所述据不同台面的轴心相对位置计算得到轴心偏差步骤，包括，

将两个台面的轴心相对位置相减，计算得到两个台面的轴心偏差。

7.如权利要求4所述的四轴双台面加工空间控制方法，其特征在于，所述分别获取两个台面上对刀仪与台面零点的零点相对位置步骤，包括，

移动刀具到对刀仪位置对刀，测量出对刀仪与台面的机械零点的零点相对位置。

8.如权利要求7所述的四轴双台面加工空间控制方法，其特征在于，所述根据不同台面的零点相对位置计算得到零点偏差步骤，包括，

将两个台面的零点相对位置相减，计算得到两个台面的零点偏差。

9.如权利要求4所述的四轴双台面加工空间控制方法，其特征在于，所述根据轴心偏差和零点偏差设置两个台面的刀具初始位置，使其两个台面上的刀具同步加工步骤，包括，

根据轴心偏差和零点偏差调整其中一个台面刀具的初始位置，使两个台面的刀具与各自轴心的相对位置相同。