CN111331428B - 加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具、装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具，包括通过有限个不在同一平面上的点能够确定其立体形状的规则的立体结构、底座和定位机构，所述立体结构安装于底座上端，所述定位机构设置在底座的底部，所述立体结构包括球体或圆柱体，所述底座的轴线延长线经过所述球体的中心或与圆柱体的中心线相交。利用该工具结合装夹元件和机床，形成通用的转换条件，形成转换公式，代入已知的零件尺寸，就可以立刻得到零件加工所需的坐标，将其转换为零点坐标后，就可以直接套用程序进行加工，十分快捷。

Description

加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具、装置和方法

技术领域

本发明涉及加工中心零件的斜面加工领域，具体的说，涉及了一种加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具、装置和方法。

背景技术

目前，加工中心对零件的斜面进行加工大多采用以下三种方法：

1.划针靠工件棱角法

如图7所示，将工件通过夹具装夹好以后，用机床的划针依靠工人目测与工件的棱边对齐，找到数值Z1，再根据图纸上提供的尺寸计算出工件棱角到被加工斜面的垂直距离Z2，利用Z1-Z2，设置为被加工零件的零点坐标。存在的弊端有：工件的棱边存在倒角或者毛刺，划针前端又不能制作的太细，两者叠加会造成误差，而且，依靠目测的作业过于依赖工人的能力，容易出错，若加入检测程序，又导致整个工序太长，效率低下。

2.通过绘制图纸的方式直接测量

获得装夹工具的尺寸和工件的尺寸，将标准尺寸的装夹工具和工件绘制到图纸上，然后借助尺子或者运算，得到需要的数据。存在的弊端有：绘制结构尺寸首先要测量，然后使用绘图软件，配置计算机，运算量过大，计算过于复杂，而且，每种组合的夹具元件数量极多，每个批次都要绘制一份图纸，对于高度定制化的生产线而言，工作量巨大，需要专人作业。

3.通过三维软件进行模拟拼装

三维软件拼装的方式固然精确，但是需要培养工人具备该能力，而且，对于装夹模具的组合装配、建模等过程，对于电脑性能还有一定的要求，对于一个普通的生产工人而言，过于困难，且耗时较长，容易出错。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种快捷简单、通用性强、操作方便的加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具、装置和方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具，包括通过有限个不在同一平面上的点能够确定其立体形状的规则的立体结构，如球体或圆柱体，立体结构安装于底座上端，定位机构设置在底座的底部，定位机构用于确定工具在装夹工具上的位置，立体结构的形状设置则帮助使用者能够尽快的获取数据。

基上所述，所述底座的轴线延长线经过所述球体的中心或与圆柱体的中心线相交，其目的是为了方便运算。

基上所述，所述底座呈柱台形。

基上所述，所述定位机构包括定位键。

基上所述，所述底座的底部设置有磁铁。

一种加工中心机床斜面夹具零点坐标转换装置，包括角度支撑、基础板和所述的加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具，所述角度支撑包括水平的底面和支撑斜面，所述基础板的下表面装配在角度支撑的支撑斜面上，所述基础板的上表面设置格栅式的定位线槽，所述加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具的定位机构与所述定位线槽匹配，所述基础板为铁板。

一种根据加工中心机床斜面夹具零点坐标转换装置进行零点坐标转换的方法，根据工件上要加工斜面的角度选取互余角度的角度支撑，然后将角度支撑和基础板装配好，将工件要加工的斜面朝上摆放，然后将工件安装在所述基础板上，调整工件的下端面与其中一条定位线槽的边沿平行，再将所述加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具安装在基础板上，并通过定位机构与定位线槽进行定位；

通过以下步骤进行转换：

1)构件物理模型，获得工件上要加工的斜面与所述立体结构的中心或中心线之间的距离运算公式；

2)启动加工机床，控制探头从不同方向上靠近所述立体结构，并获取立体结构表面上若干个点的坐标，自动计算出立体结构的中心坐标，并把中心点设定为加工程序的工件零点。

3)将立体结构的中心坐标或中心线方程代入到步骤1)中获得的距离运算公式中，得到工件上要加工斜面的实际坐标。

基上所述，步骤1)中，距离运算公式是这样获得的：根据基础板的定位线槽设计尺寸和加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具的设计尺寸，分别获得工件下端面与所述立体结构的中心或中心线之间的距离N以及所述立体结构的中心或中心线到基础板上表面之间的距离M，再根据工件的设计尺寸，得到立体结构的中心坐标或中心线坐标距离工件要加工的斜面的间距oa的运算公式。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用球形和圆柱的设置，通过加工中心机床上的探头去靠球形的至少四个不同位置，就可以通过公式运算得到球体和圆柱的中心的中心线方程，即得到Z轴的坐标，然后代入工具本身的设计尺寸、装夹工具的尺寸与零件的尺寸之间的关系方程式，得到工件待加工斜面距离球体和圆柱中心之间的距离，进而得到工件待加工斜面的Z轴坐标，将其设定为零点坐标，至于X、Y轴的坐标，属于直观的组装尺寸，通过拼装经验直接得出设定即可。

通过上述工具的加入，实质上得到了一种工具的中心点坐标与工件待加工斜面Z轴坐标的一种数据关系，这一关系具有普适性，工人在使用时，只需要通过探头靠近球体的多个不同点，机床自动得到球心所在的位置，就可以通过设定好的运算方程得到工件待加工斜面的真实Z轴坐标，通过操作机床，将其设定为加工的零点坐标就可以了，使用十分方便，更加重要的是，使用探头获取球体的多个不同点，机床自动完成，只需要调出测量球体的程序命令即可，能够保证操作的准确性。

附图说明

图1是本发明中加工中心机床斜面夹具零点坐标转换装置应用状态下的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具的结构示意图。

图4-图6是不同条件下加工中心机床斜面夹具零点坐标转换装置的转换关系运算图。

图7是现有技术中划针靠工件棱角法应用状态下的结构示意图。

图中：1.加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具；2.球体；3.底座；4.定位键；5.磁铁；6.基础板；7.角度支撑；8.工件；9.待加工斜面；10.探头。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1-3所示，一种加工中心机床斜面夹具零点坐标转换装置，包括加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具1、角度支撑7、基础板6，其中的工具包括通过有限个不在同一平面上的点能够确定其立体形状的规则的立体结构，本实施例中采用球体2，球体2安装于底座3上端，定位键4设置在底座3的底部，底部还安装磁铁5，用于帮助工具的固定。

其它实施例中，立体结构也可以采用圆柱体或其它能够实现该功能的立体结构；

所述角度支撑7包括水平的底面和支撑斜面，所述基础板6的下表面装配在角度支撑的支撑斜面上，支撑斜面的角度根据待工件待加工斜面的倾斜角度设置，以便工件装夹好以后，工件的待加工斜面为水平面。

基础板6的上表面设置格栅式的定位线槽，定位键卡在定位线槽中，用于确定加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具在基础板上的位置。

为了方便运算，所述底座3设计为柱台形，所述底座3的轴线延长线经过所述球体2的中心。

采用上述加工中心机床斜面夹具零点坐标转换装置进行零点坐标转换的方法包括几个步骤：

首先是构件物理模型，该物理模型根据装配好以后的工件作为基础进行设置。

根据工件8上待加工斜面9的角度选取互余角度的角度支撑7，然后将角度支撑7和基础板6装配好，将工件8要加工的斜面朝上摆放，然后将工件8安装在所述基础板6上，调整工件8的下端面与其中一条定位线槽的边沿对齐，再将所述加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具1安装在基础板6上，并通过定位键4与定位线槽进行定位，这也是工件8要加工场景下的真实步骤，物理模型的基础依赖于该结构，在该结构下，构件物理模型。

该物理模型下，已知的数据包括以下几个方面：工件8的图纸尺寸、加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具1的圆心距离基础板6的距离以及加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具1的圆心距离工件8下端面之间的尺寸。

其中，工件8的图纸尺寸通过图纸获得，加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具1的圆心距离基础板6的距离通过工具的设计尺寸直接获得，加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具1的圆心距离工件8下端面之间的尺寸则根据工具的安装位置和基础板上的定位线槽的尺寸计算得到。

结合图4说明：假设工件尺寸已知的有B、C、α，加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具的圆心距离基础板的距离为N，加工中心机床斜面夹具零点坐标转换的圆心距离工件下端面之间的尺寸为M。

过o点作斜边bc的垂线oa,连接ob，

过o点作bd的垂线od

在RtΔodb中,

db＝＝C+N＝C+6＝42.453+6＝48.453

γ＝α－β＝60°-22.430°＝37.570°

在RtΔoab中,

oa＝ob×sinγ＝52.418×sin37.570°＝31.961

Od＝M-B……②

db＝C+N……③

把②③式带入①

又∵oa＝ob×sinγ……⑥

把式④⑤代入⑥得

即得到了oa与已知数据M、B、C、N、α之间的关系方程，将该方程直接输入到机床的后台程序中，或者单独制成一个运算小程序，之后，工人只需要通过操作机床上的探针，靠近球体的不同点位，获得球体中心的o点的坐标，将其代入方程，就可以得到工件待加工斜面的坐标Z，至于X和Y坐标，根据肉眼确定即可，不会影响斜面的加工精度。

实施例2

如图5所示，已知工件尺寸为H、B、A、α，加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具的圆心距离基础板的距离为N，加工中心机床斜面夹具零点坐标转换的圆心距离工件下端面之间的尺寸为M。

在RtΔebc中,

eb＝ec/tgα＝(B-A)/tg60°＝(30-10)/tg60°＝11.547

c＝H-eb＝H-(B-A)/tg60°＝54-(30-10)/tg60°＝42.453

∴c＝H-(B-A)/tgα°

得到了oa与已知数据M、H、B、A、N、α之间的关系方程，采用与实施例1同样的后续处理步骤，就能够得到待加工斜面的坐标Z。

实施例3

如图6所示，已知工件尺寸为H、B、A、C，加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具的圆心距离基础板的距离为N，加工中心机床斜面夹具零点坐标转换的圆心距离工件下端面之间的尺寸为M。

在RtΔebc中,

tgα＝ec/eb

tgα＝(B-A)/(H-C)

α＝arctg(B-A)/(H-C)……⑦

把⑦带入

得到

得到了oa与已知数据M、H、B、A、C、N之间的关系方程，采用与实施例1同样的后续处理步骤，就能够得到待加工斜面的坐标Z。

通过三个实施例中，提供不同的图纸数据，都能够得到oa与图纸数据以及M和N之间的联系，求出球心到被加工斜面之间的垂直距离，并最终达到目的。

实际使用过程中，将以上三种模式所构建的关系方程制成程序，并设置M、H、B、A、C、N、α的7个输入项，其中，M通常为定值，将工具装配到基础板以后，可以得到N值，然后将图纸中给出的若干个数据也分别填入，即可自动计算出oa值，再利用机床自带的G54-59代码，用探针测量出球体的中心坐标，最终得到待加工斜面的Z轴坐标，通过设置，完成工件坐标的建立。由于XY值属于简单的拼装尺寸，直接根据经验录入即可。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (2)

1.一种加工中心机床斜面夹具零点坐标转换装置进行零点坐标转换的方法，其特征在于：包括角度支撑、基础板和加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具；

所述加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具包括底座、定位键和规则的球体或圆柱体，所述球体或圆柱体安装于底座上端，所述底座呈柱台形，所述底座的底部设置有磁铁，所述定位键设置在底座的底部，所述底座的轴线延长线经过所述球体的中心或与圆柱体的中心线相交；

所述角度支撑包括水平的底面和支撑斜面，所述基础板的下表面装配在角度支撑的支撑斜面上，所述基础板的上表面设置格栅式的定位线槽，所述加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具的定位键与所述定位线槽匹配；

根据工件上要加工斜面的角度选取互余角度的角度支撑，然后将角度支撑和基础板装配好，将工件要加工的斜面朝上摆放，然后将工件安装在所述基础板上，调整工件的下端面与其中一条定位线槽的边沿对齐，再将所述加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具安装在基础板上，并通过定位键与定位线槽进行定位；

通过以下步骤进行转换：

1）构件物理模型，获得工件上要加工的斜面与所述球体的中心或圆柱体的中心线之间的距离运算公式，距离运算公式是这样获得的：根据基础板的定位线槽设计尺寸和加工中心机床斜面夹具零点坐标转换工具的设计尺寸，分别获得工件下端面与所述球体的中心或圆柱体的中心线之间的距离N以及所述球体的中心或圆柱体的中心线到基础板上表面之间的距离M，再根据工件的设计尺寸，得到球体的中心坐标或圆柱体的中心线坐标距离工件要加工的斜面的间距oa的运算公式；

2）启动加工机床，控制探针从不同方向上靠近所述球体或圆柱体，并获取球体或圆柱体表面上若干个点的坐标，计算出球体的中心坐标或圆柱体的中心线方程；

3）将球体的中心坐标或圆柱体的中心线方程代入到步骤1）中获得的距离运算公式中，得到工件上要加工斜面的实际坐标。

2.根据权利要求1所述的加工中心机床斜面夹具零点坐标转换装置进行零点坐标转换的方法，其特征在于：所述基础板为铁板。

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