智能數(shù)控機床和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能制造領(lǐng)域，具體涉及一種智能數(shù)控機床和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]中國現(xiàn)年產(chǎn)數(shù)控機床20多萬臺套，且有普通機床400多萬臺，除1/4服役超30年的外，還有300多萬臺可改造成數(shù)控機床，可造就數(shù)千億的市場，而世界范圍內(nèi)則將超萬億元。數(shù)控界三大魔咒:學(xué)習(xí)編程難、操作準(zhǔn)備時間長、機時浪費多，使得其對操作工的要求高，影響了推廣使用。
[0003]年第三屆天津數(shù)控大賽暨全國數(shù)控大賽天津選拔賽時，進入決賽的選手統(tǒng)一在天津職業(yè)大學(xué)培訓(xùn)了一上午的仿真軟件、一上午的編程軟件，相互之間已經(jīng)熟悉了，軟件后大家彼此交流，發(fā)現(xiàn)程序除錯五花八門，我的是主軸沒有運轉(zhuǎn)，另一個說他的是切削全部用的是快速移動指令。軟件競賽后參加實操抽簽的只剩我們幾十個人了，大多在程序除錯中淘汰了。當(dāng)時覺得有必要發(fā)明一種能使用漢字編程的數(shù)控系統(tǒng)，降低對程序員的要求。雖然現(xiàn)在計算機自動編程基本上取代了傳統(tǒng)的手工編程，但仍然要能看懂代碼才能除錯。10年我到建科機械廠做操作工，分在加工中心龍門組，加工數(shù)米長、數(shù)米寬、幾噸重的大型零件，加工程序一般是銑平面及周邊，鉆孔、攻螺紋、鏜孔加工，往往找正的時間超過加工時間，因此認(rèn)為能發(fā)明一種能快速找正的數(shù)控機床更加迫切。12年到世紀(jì)茂源做加工中心編程與操作后，里面很多操作普通機床的老師傅，都認(rèn)為數(shù)控機床高不可攀，因為看懂天書一樣的數(shù)控代碼太難了。為此，作為一個在數(shù)控戰(zhàn)線默默奉獻了多年的老兵，我覺得應(yīng)該表現(xiàn)出舍我其誰的態(tài)度，發(fā)明一種可以快速找正、漢語編程的數(shù)控機床和系統(tǒng)，讓廣大普通機床操作工能直接轉(zhuǎn)做數(shù)控機床操作工。于是13年離職，潛心研制這樣的機床和系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明是本人提出的中國發(fā)明專利201510306823.1在智能數(shù)控機床和系統(tǒng)方面的一個實施例，目的是使普通機床操作工直接轉(zhuǎn)換做數(shù)控機床操作工成為可能，加工復(fù)雜曲面時由于程序龐大只能使用在線加工因而傳輸速率跟不上加工速率而造成的機時浪費問題完滿解決，減輕操作工勞動強度和操作準(zhǔn)備時間，實現(xiàn)智能化、自動化加工。
[0005]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文件的檢索發(fā)現(xiàn)，富士康的中國專利:200910302778.7，名稱:數(shù)控機床，該機床包括卡盤、工作臺、刀具及伺服裝置?？ūP及伺服裝置固定工作臺上。卡盤夾持工件，伺服裝置驅(qū)動刀具。還包括觀察裝置、驅(qū)動裝置及控制器。驅(qū)動裝置固定工作臺上，觀察裝置固定驅(qū)動裝置上，觀察裝置視窗中設(shè)有標(biāo)記?？刂破髋c驅(qū)動裝置電連接，控制器包括位置模塊、移動模塊及計算模塊。移動模塊控制驅(qū)動裝置移動觀察裝置使標(biāo)記與視窗中刀尖或工件欲加工表面對齊，位置模塊獲取標(biāo)記與刀尖，及工件欲加工表面對齊時坐標(biāo)，計算模塊計算刀尖坐標(biāo)與工件欲加工表面坐標(biāo)之間位移量，數(shù)控機床將獲得的位移量作為對刀時刀具相對工件的移動量，無需刀具與工件接觸，防止操作不慎造成刀具損壞。但顯而易見，仍然需要人工操作，不夠智能，需要時間長，且只能用于數(shù)控車床。
[0006]此外，日本三菱重工的國際專利:PCT/JP2011/066801，名稱:數(shù)控機床，其具備:測量工具(101)的長度及直徑的工具傳感器(104);以非接觸方式利用激光等對工件(I)的三維形狀和位置及朝向進行測量的工件測量傳感器(105);基于來自工件測量傳感器(105)的信息求得加工起點的位置及基準(zhǔn)面的傾斜后，基于輸入的加工程序，根據(jù)來自傳感器(104、105)的信息以及所述加工起點的位置以及所述基準(zhǔn)面的傾斜，進行模擬，直到達到以對工件(I)的加工為目的的最終形狀，由此，求得有無規(guī)定值以上的加工負(fù)荷及有無對工件Cl)的的殘留，并將求得的結(jié)果在顯示裝置(112)中顯示的控制裝置(106).與國際專利:PCT/JP2011/066800，名稱:數(shù)控機床，其具備:測量工具(101)的長度及直徑的工具傳感器(104);以非接觸方式利用激光等對工件(I)的三維形狀和位置及朝向進行測量的工件測量傳感器(105);控制裝置(106)，基于來自工件測量傳感器(105)的信息求得加工起點的位置及基準(zhǔn)面的傾斜后，基于輸入的加工程序，根據(jù)來自傳感器(104、105)的信息以及所述加工起點的位置以及所述基準(zhǔn)面的傾斜，控制裝置(106)控制主軸(102)等的動作，以使工具(101)的移動速度快于加工程序中的工具(101)的移動速度?？梢宰詣訙y量出工件和刀具的三維形狀及對基準(zhǔn)面的傾斜，并模擬加工，但并沒有提供解決辦法，且模擬在機床上進行，浪費機時更多。
[0007]還有日本山崎馬扎克的國際專利:PCT/JP2009/070866，名稱:數(shù)控機床，其具備:NC控制裝置100包括觸摸平板顯示裝置155，通過該觸摸平板顯示裝置輸入屏障取消命令，以及控制加工控制部160，其對銑刀70與卡盤58和爪60之間的干涉進行干涉檢查。當(dāng)加工控制部160判斷干涉發(fā)生并且停止刀架54的移動時，基于顯示裝置155的操作，加工控制部160對已判斷有干涉的加工程序?qū)懭朊罡缮鏅z查取消的屏障取消指令。當(dāng)執(zhí)行包括該屏障取消指令的加工程序來對后續(xù)的工件進行加工時，加工控制部160對與該屏障取消指令對應(yīng)的工序省略干涉檢查?？梢栽诩庸で斑M行干涉檢查，防止損壞昂貴的刀具和夾具，但同樣只能在機床上模擬，將浪費大量機時，而且顯而易見，數(shù)控編程有手工編程和計算機自動編程，如果是后者，現(xiàn)在大型復(fù)雜曲面的加工程序一般達到幾兆幾十兆甚至上百兆，即使發(fā)現(xiàn)了，手工修改也并不現(xiàn)實。
[0008]由于數(shù)控機床中技術(shù)要求高的是加工中心，而且所加工的一般是最后一道工序，而且往往都有位置度要求，如果是與已經(jīng)加工工序的孔或軸的軸線平行或垂直，則上述各個專利都無法測量。
[0009]有鑒于此，有必要提供一種多快好省的機床和系統(tǒng)，因此下面將以加工中心為例進行說明，但其一樣可應(yīng)用于數(shù)控車床和磨床。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為此采用的技術(shù)方案是:
一種數(shù)控機床和系統(tǒng)，可以是車銑磨復(fù)合加工中心，或單獨的數(shù)控車床或磨床或銑床或加工中心，其包括:機床體、工件安放裝置、刀具裝夾裝置及伺服裝置；所述工件安放裝置對回轉(zhuǎn)類工件為卡盤，對平面類工件為平臺；所述刀具裝夾裝置對數(shù)控車床為刀架，對數(shù)控銑床類磨床類為主軸；所述工件安放裝置、刀具裝夾裝置及伺服裝置固定于機床體上，所述工件安放裝置、刀具裝夾裝置由所述伺服裝置驅(qū)動實現(xiàn)運動；還包括監(jiān)測裝置、數(shù)控裝置，所述監(jiān)測裝置為全息瞄準(zhǔn)鏡或成像雷達或其他3D成像設(shè)備；所述數(shù)控裝置為所述數(shù)控機床的控制器，包括輸入裝置和顯示裝置及控制裝置，所述輸入裝置和顯示裝置可以是物理鍵盤和普通顯示屏，也可以是觸摸屏；所述監(jiān)測裝置拍攝到的三維圖像顯示在數(shù)控裝置的顯示裝置中，其坐標(biāo)系和坐標(biāo)平面與機床坐標(biāo)系和坐標(biāo)平面重合或具有確定的位置關(guān)系，可利用軟件或直接顯示出工件在三個工作平面上與機床三個坐標(biāo)平面的夾角，當(dāng)機床是多軸機床如五軸或六軸加工中心時，在偏置坐標(biāo)系中輸入A、B、C三軸中，當(dāng)機床不是多軸時，則在刀具裝夾裝置或工件裝夾裝置中增加一個可以在若干平面旋轉(zhuǎn)一定角度的分度裝置，由顯示裝置顯示的角度數(shù)值，通過刻度盤旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，達到加工基準(zhǔn)面與理想基準(zhǔn)面重合的目的，還可在顯示裝置中利用軟件或直接顯示工件各邊角點、中點、工件中心點、工件上某圓的圓心、圓柱的軸心坐標(biāo)，以快速設(shè)置工件坐標(biāo)系，系統(tǒng)可利用軟件求得定位孔或定位軸的軸心線和圓心，并求出軸心線與機床基準(zhǔn)面的夾角，以方便操作工調(diào)整。
[0011 ] 進一步地，數(shù)控裝置還可采用自然語言編程，使普通機床操作工只需簡單培訓(xùn)即可上崗；手輪上設(shè)置坐標(biāo)系，減少加工準(zhǔn)備時間；大容量存儲器，輕松存儲復(fù)雜曲面加工程序，減少在線加工因傳輸速率跟不上加工速度造成的機時浪費，不但提高了加工效率，也降低對操作工的要求和勞動強度，其特征是可以在手輪上編程及設(shè)置機床坐標(biāo)系、添加刀具補償，減少操作準(zhǔn)備時間，包括手輪即手搖脈沖發(fā)生器及設(shè)置于其上的顯示裝置與輸入裝置、機床控制面板，使用中國發(fā)明專利201510306823.1的輸入法，能使用操作工的母語編程，可將復(fù)雜曲面的加工程序存入系統(tǒng)，減少傳輸速率造成的機時浪費，顯示裝置與輸入裝置可以使用觸屏或物理鍵盤與屏幕，將常用G代碼與M代碼按順序或規(guī)律排列在如權(quán)利要求I的鍵盤中，其中M3或M4可以與S—起，M6與T一起，即M3 S為一次點擊，然后系統(tǒng)自動調(diào)出數(shù)字鍵盤，以輸入轉(zhuǎn)速，同理M6 T也一樣，點擊后即進入數(shù)字鍵盤，以輸入刀號，固定循環(huán)可以連同所需參數(shù)一起，如G81與X、Y、Z、R、F—起，即一次點擊則輸入G81 XYZRF，同時系統(tǒng)自動調(diào)出數(shù)字鍵盤和方向鍵，若X、Y使用前面程序行中的數(shù)值則按一鍵跳過，系統(tǒng)自動刪除掉，Z、R、F則必須輸入數(shù)據(jù)，在使用物理鍵盤時，可用*號鍵代表小數(shù)點。
[0012]更進一步地，數(shù)控裝置控制裝置與顯示裝置和輸入裝置可內(nèi)置藍牙或紅外等無線通訊接收與發(fā)射端，并在兩端增設(shè)帶狀裝置，以佩戴于操作工手腕上，使操作工雙手調(diào)整工件時仍能通過顯示裝置實時觀察工件對基準(zhǔn)面的位置角度。
[0013]又進一步地，數(shù)控裝置可以不用手輪即手搖脈沖發(fā)生器。
[0014]再進一步地，工件裝夾裝置可使用多個工位，并可使用機器人操作，所述機器人通過換用不同的手爪適應(yīng)工作對象，爪上裝有力矩傳感器，若干工作手指，至少一個輔助手指O
[0015]又再進一步地，機器人可內(nèi)置支持遠程監(jiān)控的處理器和藍牙、紅外等無線接收與發(fā)射端，使操作工可在辦公室對其操作進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)無人車間。
[0016]本發(fā)明提供的數(shù)控機床和系統(tǒng)利用監(jiān)測裝置