CN120326005A - 一种同心圆数控车削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同心圆数控车削加工方法，旨在提供一种通过参数化配置能够适用于不同尺寸型号的锥状同心圆工件车削，输入相应的参数即可自动生成加工路径，自动完成加工，使加工锥状同心圆工件变得既方便又简单,而且可以对加工精度进行控制的同心圆数控车削加工方法。本发明包括以下具体步骤：步骤A设计数据预处理；步骤B、数据导入和参数配置；步骤C、启动车削功能；步骤D、视觉定位与偏心量获取；步骤E、执行刀路算法与补偿。本发明应用于车削加工的技术领域。

Description

一种同心圆数控车削加工方法

技术领域

本发明应用于车削加工的技术领域,特别涉及一种同心圆数控车削加工方法。

背景技术

传统的数控车削加工领域里，高精度锥状同心圆工件的加工是比较困难的，原因是人工每次放置毛胚的位置差异，容易加工出不同偏心度的零件。根据加工尺寸的不同，需要多次进刀按同心圆刀路车削，通常还需要有专业知识特别好的技术人员才能完成。然而作为数控机床操作者并不都是专业知识丰富的人员，另一方面即使是专业人员，所编数控程序往往也只是通过给定切削深度的多段圆弧进行车削来完成。编制这样的数控程序虽然可以实现加工，但是无法满足高精度快速加工的需求，而且还有几个方面的缺点:

一: 锥状同心圆工件加工所编制的程序量很大(大程序量往往不适合手工编程)，稍有不慎就会出错，一旦产品尺寸更改就需要重新编制，既耗时间又耗精力，显然这样的程序是不利于产品更新和加工质量要求的。

二:这样的数控程序不具备可操作性。圆弧加工的最佳切削参数，是需要通过数控车的试切削来确定的，因为不同的机床，不同的刀具，不同的工件材料，不同的光洁度要求以及不同的加工精度的最佳切削参数是不一样的，如果加工程序在实际生产中无法及时变更，想要获取最佳参数不容易现实。

三: 锥状同心圆工件是有尺寸精度要求的，但是刀具本身也有公差，另外刀具在加工过程是有磨损的，一个不能及时修正参数的数控程序是无法完成高质量的零件的加工。

如果能设计出一种通过参数化配置能够适用于不同尺寸型号的锥状同心圆工件车削，输入相应的参数即可自动生成加工路径，自动完成加工，使加工锥状同心圆工件变得既方便又简单,而且可以对加工精度进行控制的同心圆数控车削加工方法，则能够解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种通过参数化配置能够适用于不同尺寸型号的锥状同心圆工件车削，输入相应的参数即可自动生成加工路径，自动完成加工，使加工锥状同心圆工件变得既方便又简单,而且可以对加工精度进行控制的同心圆数控车削加工方法。

一种同心圆数控车削加工方法，其特征在于：它包括以下具体步骤：

步骤A、设计数据预处理；

步骤B、数据导入和参数配置；

步骤C、启动车削功能；

步骤D、视觉定位与偏心量获取；

步骤E、执行刀路算法与补偿；

其中步骤D中的视觉定位采用工业相机进行图像采集，偏心量通过所述工业相机分别采集工件上的四个Mark点图像，所采集的四个Mark点图像分别进行Blob分析，通过图像灰度阀值、区域的长、宽和面积筛选出mark区域，根据Mark区域在图像上的位置关系获取出该区域边缘的像素点集，使用最小二乘法拟合圆，通过最小化，解出标准圆方程中三个最优参数A、B和C以此获得最佳Mark拟合圆，其中表示Mark区域边缘各像素点在图像上的像素X轴坐标值，表示Mark区域边缘各像素点在图像上的像素Y轴坐标值，A、B和C分别表示所求圆的一般方程三项参数，工件Mark点生成的的拟合圆与模板拟合圆进行比较，计算二者的坐标差即为工件的偏心量。

进一步，步骤E包括以下细分步骤：

步骤E1、载入工件的坐标数据和偏心量补偿数据，并设置锁定轴，锁定轴可以使XYC三轴插补运动变为XC或YC两轴插补运动，简化了运动规划，提高了的效率和加工精度，同时还可以解决因工艺及结构设计原因导致的工件无法进行三轴插补加工的问题；

步骤E2、计算工件的坐标原始数据经偏心后的目标位置；

步骤E3、根据工件偏移后的位置坐标集合使用样条曲线膨胀算法计算精铣刀路；

步骤E4、再次使用样条曲线膨胀算法按每次铣削进给量计算粗铣刀路；

步骤E5、对粗铣和精铣的刀路进行XC或YC坐标变换得出最终刀路并结束刀路算法。

进一步，步骤A中的设计数据预处理首先利用专业软件获取车削工件的等比平面设计数据，包括图形的样条曲线构成，这些数据将用于后续的车削加工路径生成，通过X、Y、Z、C的Value值分别反映工件外轮廓在空间坐标系中的坐标，确保加工的轨迹与图纸设计保持一致。

进一步，步骤B将步骤A中获取到的工件数据导入到运动控制软件中，为后续的加工过程做准备。

进一步，在步骤D完成视觉定位与偏心量获取后，根据视觉定位结果，判断偏心量是否获取成功，获取不成功则继续执行步骤D。

进一步，当步骤D中的偏心量获取成功时，执行刀路算法对偏心量进行补偿。

进一步，设备开始按补偿后的刀路进行粗铣和精铣两步车削，根据车削进给半径的不同分为单圈粗铣和多圈粗铣。

本发明的有益效果是：本申请通过参数化配置能够适用于不同尺寸型号的锥状同心圆工件车削，输入相应的参数即可自动生成加工路径，自动完成加工，使加工锥状同心圆工件变得既方便又简单,而且可以对加工精度进行控制的同心圆数控车削加工方法，用户需根据实际需求对工件尺寸、材料、切削深度、切削速度等进行配置，且设置有纠错机制，在视觉定位获取偏心量并进行对比成功后才可实现切车削操作，操作方便、安全性高。

附图说明

图1是本发明的加工流程图；

图2是所述工件上Mark点的选取示意图；

图3是所述工件的侧视图。

具体实施方式

如图1至图3所示，在本实施例中，本发明包括以下具体步骤：

步骤A、设计数据预处理；

步骤B、数据导入和参数配置；

步骤C、启动车削功能；

步骤D、视觉定位与偏心量获取；

步骤E、执行刀路算法与补偿；

其中步骤D中的视觉定位采用工业相机进行图像采集，偏心量通过所述工业相机分别采集工件上的四个Mark点图像，所采集的四个Mark点图像分别进行Blob分析，通过图像灰度阀值、区域的长、宽和面积筛选出mark区域，根据Mark区域在图像上的位置关系获取出该区域边缘的像素点集，使用最小二乘法拟合圆，通过最小化，解出标准圆方程中三个最优参数A、B和C以此获得最佳Mark拟合圆，其中表示Mark区域边缘各像素点在图像上的像素X轴坐标值，表示Mark区域边缘各像素点在图像上的像素Y轴坐标值，A、B和C分别表示所求圆的一般方程三项参数，工件Mark点生成的的拟合圆与模板拟合圆进行比较，计算二者的坐标差即为工件的偏心量。

如图1所示，在本实施例中，步骤E包括以下细分步骤：

步骤E1、载入工件的坐标数据和偏心量补偿数据，并设置锁定轴，锁定轴可以使XYC三轴插补运动变为XC或YC两轴插补运动，简化了运动规划，提高了的效率和加工精度，同时还可以解决因工艺及结构设计原因导致的工件无法进行三轴插补加工的问题；

步骤E2、计算工件的坐标原始数据经偏心后的目标位置；

步骤E3、根据工件偏移后的位置坐标集合使用样条曲线膨胀算法计算精铣刀路；

步骤E4、再次使用样条曲线膨胀算法按每次铣削进给量计算粗铣刀路；

步骤E5、对粗铣和精铣的刀路进行XC或YC坐标变换得出最终刀路并结束刀路算法。

如图1所示，在本实施例中，步骤A中的设计数据预处理首先利用专业软件获取车削工件的等比平面设计数据，包括图形的样条曲线构成，这些数据将用于后续的车削加工路径生成，通过X、Y、Z、C的Value值分别反映工件外轮廓在空间坐标系中的坐标，确保加工的轨迹与图纸设计保持一致。

如图1所示，在本实施例中，步骤B将步骤A中获取到的工件数据导入到运动控制软件中，为后续的加工过程做准备。

如图1所示，在本实施例中，在步骤D完成视觉定位与偏心量获取后，根据视觉定位结果，判断偏心量是否获取成功，获取不成功则继续执行步骤D。由此可见，通过该纠错机制，在视觉定位获取偏心量并进行对比成功后才可实现切车削操作，安全性高。

如图1所示，在本实施例中，当步骤D中的偏心量获取成功时，执行刀路算法对偏心量进行补偿。由此可见，这一步骤将确保加工路径的准确性，从而满足高精度加工要求。

如图1所示，在本实施例中，设备开始按补偿后的刀路进行粗铣和精铣两步车削，根据车削进给半径的不同分为单圈粗铣和多圈粗铣。由此可见，根据车削进给半径的不同分为单圈粗铣和多圈粗铣，每次进给量尽量小于铣刀半径，保障加工件的加工精度和表面粗糙度，并结束车削，完成工件加工。

本发明的工作原理：步骤A设计数据预处理；步骤B、数据导入和参数配置；步骤C、启动车削功能；步骤D、视觉定位与偏心量获取；步骤E、执行刀路算法与补偿。

虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。

Claims (7)

1.一种同心圆数控车削加工方法，其特征在于：它包括以下具体步骤：

步骤A、设计数据预处理；

步骤B、数据导入和参数配置；

步骤C、启动车削功能；

步骤D、视觉定位与偏心量获取；

步骤E、执行刀路算法与补偿；

其中步骤D中的视觉定位采用工业相机进行图像采集，偏心量通过所述工业相机分别采集工件上的四个Mark点图像，所采集的四个Mark点图像分别进行Blob分析，通过图像灰度阀值、区域的长、宽和面积筛选出mark区域，根据Mark区域在图像上的位置关系获取出该区域边缘的像素点集，使用最小二乘法拟合圆，通过最小化，解出标准圆方程中三个最优参数A、B和C以此获得最佳Mark拟合圆，其中表示Mark区域边缘各像素点在图像上的像素X轴坐标值，表示Mark区域边缘各像素点在图像上的像素Y轴坐标值，A、B和C分别表示所求圆的一般方程三项参数，工件Mark点生成的的拟合圆与模板拟合圆进行比较，计算二者的坐标差即为工件的偏心量。

2.根据权利要求1所述的一种同心圆数控车削加工方法，其特征在于：步骤E包括以下细分步骤：

步骤E1、载入工件的坐标数据和偏心量补偿数据，并设置锁定轴，锁定轴可以使XYC三轴插补运动变为XC或YC两轴插补运动，简化了运动规划，提高了运动效率和加工精度，同时还可以解决因工艺及结构设计原因导致的工件无法进行三轴插补加工的问题；

步骤E2、计算工件的坐标原始数据经偏心后的目标位置；

步骤E3、根据工件偏移后的位置坐标集合使用样条曲线膨胀算法计算精铣刀路；

步骤E4、再次使用样条曲线膨胀算法按每次铣削进给量计算粗铣刀路；

步骤E5、对粗铣和精铣的刀路进行XC或YC坐标变换得出最终刀路并结束刀路算法。

3.根据权利要求2所述的一种同心圆数控车削加工方法，其特征在于：步骤A中的设计数据预处理首先利用专业软件获取车削工件的等比平面设计数据，包括图形的样条曲线构成，这些数据将用于后续的车削加工路径生成，通过X、Y、Z和C的Value值分别反映工件外轮廓在空间坐标系中的坐标，确保加工的轨迹与图纸设计保持一致。

4.根据权利要求3所述的一种同心圆数控车削加工方法，其特征在于：步骤B将步骤A中获取到的工件数据导入到运动控制软件中，为后续的加工过程做准备。

5.根据权利要求4所述的一种同心圆数控车削加工方法，其特征在于：在步骤D完成视觉定位与偏心量获取后，根据视觉定位结果，判断偏心量是否获取成功，获取不成功则继续执行步骤D。

6.根据权利要求5所述的一种同心圆数控车削加工方法，其特征在于：当步骤D中的偏心量获取成功时，执行刀路算法对偏心量进行补偿。

7.根据权利要求6所述的一种同心圆数控车削加工方法，其特征在于：设备开始按补偿后的刀路进行粗铣和精铣两步车削，根据车削进给半径的不同分为单圈粗铣和多圈粗铣。