本發(fā)明屬于射流拋光技術領域，具體涉及一種柔性刀具自動對刀裝置及方法。

背景技術：

射流拋光技術是近年來發(fā)展起來的一種新型光學加工技術，它主要是通過專門設計的噴嘴將含有磨粒的液體射向工件，利用射流沖擊工件表面產(chǎn)生的沖擊作用和壁面流動產(chǎn)生的剪切力作用來實現(xiàn)材料的去除。射流拋光由于使用液體作為拋光工具，加工中不會出現(xiàn)刀具磨損和熱影響問題，加工設備簡單，加工過程清潔，加工柔性高，目前被用于解決平面、球面、非球面的超精密加工難題。

建立工件坐標系，即確立工件坐標原點相對機床坐標系的位置，是實現(xiàn)數(shù)控編程，進行自動化加工的必要前提?，F(xiàn)有射流拋光機床對刀主要采用手動反復調(diào)整與操作者觀察結合的方式進行對刀，由于射流拋光的拋光刀具是液體，當其與工件接觸時立即產(chǎn)生變形，對刀難度大，效率低，對刀精度低主要依賴操作者的技術水平和工藝經(jīng)驗，對刀獲得的工件坐標系數(shù)據(jù)一致性較差。

目前某些高檔數(shù)控機床中配置了對刀儀等自動測量裝置，如左家圣在中國設備工程2006第12期發(fā)表的《數(shù)控機床自動對刀儀的設計》、宋長雙在制造技術與機床2011第5期發(fā)表的《對刀儀在數(shù)控機床上的應用》，其加工精度和自動化程度得以提高，但需要針對不同類型加工機床設計自動對刀儀，成本相對昂貴、且功能比較單一，并且都需要通過刀具與對刀儀進行直接接觸實現(xiàn)對刀。目前報道的其他自動對刀方法，如孟憲章的專利《一種基于對刀測量頭的感知部位為球形觸頭的數(shù)控機床對刀方法》（中國專利公開號：cn103707132a），但其需要采用測量探頭與刀具直接接觸方式實現(xiàn)對刀，如昆明學院的專利《一種基于機器視覺的數(shù)控車床對刀裝置及對刀方法》（中國專利公開號：cn104190963a），采用機器視覺方式實現(xiàn)對刀，需要拍攝刀具的清晰圖像，然后通過圖像處理獲得對刀數(shù)據(jù)。但由于射流拋光的刀具為液體，刀具在含有磨粒的液體射向工件表面時才形成，而且由于液體高速射向工件表面時出現(xiàn)濺射無法通過ccd獲取刀具的清晰圖像，因此也不適用于射流拋光的柔性刀具對刀。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的一個技術問題是提供一種柔性刀具自動對刀裝置，本發(fā)明所要解決的另一個技術問題是提供一種柔性刀具自動對刀方法。

本發(fā)明的柔性刀具自動對刀裝置，其特點是：所述的對刀裝置包括：

對刀機構，由測量探頭和氣缸組成，測量探頭的傳感器感知測量探頭與工件的接觸情況，并把測量探頭感知到的觸發(fā)信號發(fā)送給控制器單元，氣缸帶動測量探頭上下升降運動實現(xiàn)測量探頭在工作位與準備位之間切換；

人機交互單元，為計算機控制界面，在人機交互單元界面上輸入工件信息、對刀精度和編程基準，并在人機交互單元界面上點擊設置參數(shù)按鈕將工件信息、對刀精度和編程基準寫入控制器單元，之后在人機交互單元界面上點擊對刀按鈕啟動控制器單元執(zhí)行對刀程序，執(zhí)行對刀程序運行結束后，在人機交互單元界面上點擊工件坐標系按鈕顯示建立的機床工件坐標系；

控制器單元，用于執(zhí)行控制器單元中固化的對刀程序，并在對刀過程中接收測量探頭的觸發(fā)信號，并同步記錄工件測量點的x坐標、y坐標和z坐標；用于存儲測量探頭與噴嘴的相對工作位置關系；還通過在人機交互單元界面上點擊工件坐標系按鈕將機床工件坐標系寫入控制器單元；

數(shù)據(jù)處理單元，用于計算工件的精確尺寸；還用于通過工件測量點的x坐標、y坐標、z坐標，測量探頭與噴嘴的相對工作位置關系及人機交互單元輸入的工件信息、對刀精度和編程基準計算機床工件坐標系。

所述固化的對刀程序采用參數(shù)化編程，把在人機交互單元界面上輸入的工件信息、對刀精度和編程基準用參數(shù)表示，輸入編制的對刀程序中，并編譯下載到控制器單元形成固化的對刀程序，固化的對刀程序駐留在控制器單元中。

所述的對刀機構的測量探頭通過螺釘安裝在氣缸的下端面，氣缸通過螺釘安裝在射流拋光機床的z軸升降機構上，工作時，測量探頭先隨氣缸快速運動到工作位，然后再按對刀程序規(guī)劃的路徑隨z軸升降機構上下運動。

所述的控制器單元采用西門子數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)或pmac系列運動控制器中的一種。

所述的測量探頭采用三向接觸式測量探頭，具有x、y、z三向接觸感知功能。

本發(fā)明的柔性刀具自動對刀方法包括以下步驟：

a．將工件固定安裝在水平工作臺上；

b．在人機交互單元界面上輸入待加工的工件信息：包括形狀信息：圓形或矩形及工件長度、寬度和高度；

c．在人機交互單元界面上輸入編程基準，選擇工件中心、工件左下角、工件左上角、工件右下角、工件右上角；

d．在人機交互單元界面上輸入對刀精度，包括x向、y向和z向精度；

e．在人機交互單元界面上點擊設置參數(shù)按鈕，將工件信息、對刀精度和編程基準寫入控制器單元；

f．在人機交互單元界面上點擊對刀按鈕，啟動控制器單元執(zhí)行固化的對刀程序；

g．在人機交互單元界面上點擊工件坐標系按鈕，控制器單元把執(zhí)行對刀程序獲取的機床工件坐標系的x坐標、y坐標和z坐標寫入控制器單元建立機床工件坐標系；同時人機交互單元界面顯示機床工件坐標系的x坐標、y坐標和z坐標。

所述的步驟f中的固化的對刀程序包括以下步驟：

f1.控制器單元通過固化的對刀程序驅(qū)動機床的x軸、y軸、z軸運動，從而實現(xiàn)測量探頭與工件的上端面、左側(cè)面、右側(cè)面、前側(cè)面、后側(cè)面的5個端面進行接觸測量，并記錄5個測量點的x坐標、y坐標和z坐標；

f2．數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)人機交互單元界面上輸入的工件信息和5個測量點的x坐標、y坐標和z坐標計算工件的長、寬、高；

f3．數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)人機交互單元界面上輸入的編程基準，5個測量點的x坐標、y坐標和z坐標，工件的長、寬、高及測量探頭與噴嘴的相對工作位置關系計算機床工件坐標系的x坐標、y坐標和z坐標。

本發(fā)明的柔性刀具自動對刀裝置及方法，采用測量探頭配合固化的參數(shù)化自動對刀程序，利用數(shù)控系統(tǒng)自身的數(shù)控程序控制能力，通過數(shù)控系統(tǒng)直接運行固化的參數(shù)化自動對刀程序，控制測量探頭接觸工件的五個端面的測量方式實現(xiàn)自動對刀并自動建立機床工件坐標系，不需要配置獨立的對刀儀，可有效解決射流拋光手動對刀難度大，對刀精度主要依賴操作者的技術水平和工藝經(jīng)驗等問題，而且有效提高了射流拋光的對刀效率和對刀精度，以及射流拋光機床的自動化水平和安全性，同時該方法還適用于其它類型的柔性刀具對刀。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的柔性刀具自動對刀裝置的組成框圖；

圖2為本發(fā)明的柔性刀具自動對刀裝置的測量探頭雙工位示意圖；

圖3為本發(fā)明的柔性刀具自動對刀方法的人機交互單元界面示意圖。

圖中，1.對刀機構2.人機交互單元3.控制器單元4.數(shù)據(jù)處理單元5.準備位6.測量探頭7.氣缸8.z軸升降機構9.噴嘴10.工作位。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明的柔性刀具自動對刀裝置包括：

對刀機構1，如圖2所示，由測量探頭6和氣缸7組成，測量探頭6的傳感器感知測量探頭6與工件的接觸情況，并把測量探頭6感知到的觸發(fā)信號發(fā)送給控制器單元3，氣缸7帶動測量探頭6上下升降運動實現(xiàn)測量探頭6在工作位10與準備位5之間切換，當進行工件自動對刀時，氣缸7帶動測量探頭6從準備位5下降到工作位10，當自動對刀完成后，氣缸7帶動測量探頭6從工作位10上升到準備位5；

人機交互單元2，如圖3所示，由工件信息輸入?yún)^(qū)、對刀精度輸入?yún)^(qū)、編程基準選擇區(qū)、工件坐標系顯示區(qū)和對刀操作區(qū)五部分組成。工件信息輸入?yún)^(qū)用于工件形狀（圓形、矩形）選擇，工件的長、寬、高尺寸輸入；對刀精度輸入?yún)^(qū)用于x向、y向、z向的測量精度輸入，可以根據(jù)工藝需求設置不同的對刀精度；編程基準選擇區(qū)用于選擇拋光工藝編程基準；工件坐標系顯示區(qū)用于顯示自動對刀建立的機床工件坐標系；對刀操作區(qū)包括“設置參數(shù)”、“對刀”和“工件坐標系”三個控制按鈕。在人機交互單元2界面上輸入工件信息、對刀精度和編程基準，并在人機交互單元2界面上點擊設置參數(shù)按鈕將工件信息、對刀精度和編程基準寫入控制器單元3，之后在人機交互單元2界面上點擊對刀按鈕啟動控制器單元3執(zhí)行對刀程序，執(zhí)行對刀程序運行結束后，在人機交互單元2界面上點擊工件坐標系按鈕，人機交互單元2界面顯示機床工件坐標系的x坐標、y坐標和z坐標；

控制器單元3，用于執(zhí)行控制器單元3中固化的對刀程序，并在對刀過程中接收測量探頭6的觸發(fā)信號，并同步記錄工件測量點的x坐標、y坐標和z坐標；用于存儲測量探頭6與噴嘴9的相對工作位置關系；還用于將執(zhí)行對刀程序獲取的機床工件坐標系的x坐標、y坐標和z坐標寫入控制器單元3，即建立機床工件坐標系；

數(shù)據(jù)處理單元4，用于計算工件的精確尺寸；還用于通過工件測量點的x坐標、y坐標、z坐標，測量探頭6與噴嘴9的相對工作位置關系及人機交互單元2輸入的工件信息、對刀精度和編程基準計算機床工件坐標系的x坐標、y坐標和z坐標。

所述固化的對刀程序采用參數(shù)化編程，把在人機交互單元2界面上輸入的工件信息、對刀精度和編程基準用參數(shù)表示，輸入編制的對刀程序中，并編譯下載到控制器單元3形成固化的對刀程序，固化的對刀程序駐留在控制器單元3中。

所述的對刀機構1的測量探頭6通過螺釘安裝在氣缸7的下端面，氣缸7通過螺釘安裝在射流拋光機床的z軸升降機構8上，工作時，測量探頭6先隨氣缸7快速運動到工作位10，然后再按對刀程序規(guī)劃的路徑隨z軸升降機構8上下運動。

所述的控制器單元3采用西門子數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控系統(tǒng)或pmac系列運動控制器中的一種。

所述的測量探頭6采用三向接觸式測量探頭，具有x、y、z三向接觸感知功能。

所述測量探頭6在準備位5和工作位10之間的位置切換通過執(zhí)行對刀程序自動完成，具備速度快、精度高和安全性好等優(yōu)點。

本發(fā)明的柔性刀具自動對刀方法包括以下步驟：

a．將工件固定安裝在水平工作臺上；

b．在人機交互單元2界面上輸入待加工的工件信息：包括形狀信息：圓形或矩形及工件長度、寬度和高度；

c．在人機交互單元2界面上輸入編程基準，選擇工件中心、工件左下角、工件左上角、工件右下角、工件右上角；

d．在人機交互單元2界面上輸入對刀精度，包括x向、y向和z向精度；

e．在人機交互單元2界面上點擊設置參數(shù)按鈕，將工件信息、對刀精度和編程基準寫入控制器單元3；

f．在人機交互單元2界面上點擊對刀按鈕，啟動控制器單元3執(zhí)行固化的對刀程序；

g．在人機交互單元2界面上點擊工件坐標系按鈕，控制器單元3將執(zhí)行對刀程序獲取的機床工件坐標系的x坐標、y坐標和z坐標寫入控制器單元3建立機床工件坐標系；同時人機交互單元2界面顯示機床工件坐標系的x坐標、y坐標和z坐標。

所述的步驟f中的固化的對刀程序包括以下步驟：

f1.控制器單元3通過固化的對刀程序驅(qū)動機床的x軸、y軸、z軸運動，從而實現(xiàn)測量探頭6與工件的上端面、左側(cè)面、右側(cè)面、前側(cè)面、后側(cè)面的5個端面進行接觸測量，并記錄5個測量點的x坐標、y坐標和z坐標；

f2．數(shù)據(jù)處理單元4根據(jù)人機交互單元2界面上輸入的工件信息和5個測量點的x坐標、y坐標和z坐標計算工件的長、寬、高；

f3．數(shù)據(jù)處理單元4根據(jù)人機交互單元2界面上輸入的編程基準，5個測量點的x坐標、y坐標和z坐標，工件的長、寬、高和測量探頭6與噴嘴9的相對工作位置關系計算機床工件坐標系的x坐標、y坐標和z坐標。

實施例1

針對bk7材料、100*100厚20mm的矩形工件，通過pkc-1000p2磁流變拋光機床，機床水平工作臺面中心位置為（300，300，230），測量探頭6與噴嘴9的相對工作位置關系（20，27，20），柔性刀具使用磁流變液在磁場作用下形成的柔性緞帶。

控制器單元3采用華中數(shù)控系統(tǒng)，測量探頭6采用雷尼紹mcp測頭。

按照以下步驟完成自動對刀：

a．將工件固定安裝在水平工作臺上；

b．在人機交互單元2界面上輸入待加工的工件信息：工件形狀選擇矩形，輸入工件長度100mm、寬度100mm和高度20mm；

c．在人機交互單元2界面上輸入編程基準，選擇工件中心；

d．在人機交互單元2界面上輸入對刀精度：x向0.015mm、y向0.015mm和z向精度0.010mm；

e．在人機交互單元2界面上點擊設置參數(shù)按鈕，將選擇的工件形狀矩形，輸入的工件長度100mm、寬度100mm和高度20mm，選擇的編程基準工件中心以及輸入的x向0.015mm、y向0.015mm和z向精度0.010mm對刀精度寫入控制器單元3；

f．在人機交互單元2界面上點擊對刀按鈕，啟動控制器單元3執(zhí)行固化的對刀程序，控制器單元3通過固化的對刀程序驅(qū)動機床的x軸、y軸、z軸運動，從而實現(xiàn)測量探頭6與工件的上端面、左側(cè)面、右側(cè)面、前側(cè)面、后側(cè)面的5個端面進行接觸測量，記錄的測量點1坐標（280，273，229.941）、測量點2坐標（256.54，273，231.942）、測量點3坐標（356.42，273，231.942）、測量點4坐標（280，253.538，231.942）和測量點5坐標（280，353.323，231.942）；數(shù)據(jù)處理單元4計算出工件的長99.88mm、寬99.785mm、高20.059mm和機床的工件坐標系的坐標值（306.480、303.431、209.941）；

g．在人機交互單元2界面上點擊工件坐標系按鈕，控制器單元3把執(zhí)行對刀程序獲取的機床工件坐標系的坐標值（306.480、303.431、209.941）寫入控制器單元3建立機床工件坐標系；同時人機交互單元2界面顯示機床工件坐標系的坐標值（306.480、303.431、209.941）。

本實施例中的控制器單元3還可以采用西門子數(shù)控系統(tǒng)或pmac系列運動控制器。本實施例中的測量探頭6還可以采用海德漢ts系列3d測量探頭。

實施例2

針對k7材料、φ50厚10mm的圓形工件，通過shl-200射流拋光機床，機床水平工作臺面中心位置為（100，100，200），測量探頭6與噴嘴9的相對工作位置關系（10，20，20），柔性刀具使用帶磨料的高壓水。

控制器單元3采用pmac系列控制器；測量探頭6采用雷尼紹mcp測頭。

按照以下步驟完成自動對刀：

a．將工件固定安裝在水平工作臺上；

b．在人機交互單元2界面上輸入待加工的工件信息：工件形狀選擇圓形，輸入工件長度50mm、寬度50mm和高度10mm；

c．在人機交互單元2界面上輸入編程基準，選擇工件中心；

d．在人機交互單元2界面上輸入對刀精度：x向0.015mm、y向0.015mm和z向精度0.010mm；

e．在人機交互單元2界面上點擊設置參數(shù)按鈕，將選擇的工件形狀圓形，輸入的工件長度50mm、寬度50mm和高度10mm，選擇的編程基準工件中心以及輸入的x向0.015mm、y向0.015mm和z向精度0.010mm對刀精度寫入控制器單元3；

f．在人機交互單元2界面上點擊對刀按鈕，啟動控制器單元3執(zhí)行固化的對刀程序，控制器單元3通過固化的對刀程序驅(qū)動機床的x軸、y軸、z軸運動，從而實現(xiàn)測量探頭6與工件的上端面、左側(cè)面、右側(cè)面、前側(cè)面、后側(cè)面的5個端面進行接觸測量，記錄的測量點1坐標（90，80，210.012）、測量點2坐標（65.075，80，212.012）、測量點3坐標（115.085，80，212.012）、測量點4坐標（90，54.724，212.012）和測量點5坐標（90，104.734，212.012）；數(shù)據(jù)處理單元4計算出工件的長50.006mm、寬50.006mm、高9.988mm和機床的工件坐標系的坐標值（100.080、99.729、190.012）；

g．在人機交互單元2界面上點擊工件坐標系按鈕，控制器單元3把執(zhí)行對刀程序獲取的機床工件坐標系的坐標值（100.080、99.729、190.012）寫入控制器單元3建立機床工件坐標系；同時人機交互單元2界面顯示機床工件坐標系的坐標值（100.080、99.729、190.012）。

本實施例中的控制器單元3還可以采用華中數(shù)控系統(tǒng)或西門子數(shù)控系統(tǒng)。本實施例中的測量探頭6還可以采用海德漢ts系列3d測量探頭。