基于Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的圓檢驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的圓檢驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控機(jī)床進(jìn)行工件幾何形狀加工是由數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)程序控制數(shù)控伺服軸的聯(lián)動(dòng)來(lái)完成的，因而數(shù)控伺服軸的聯(lián)動(dòng)精度直接影響著數(shù)控機(jī)床加工的精度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17421.4-2003、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0230-4:1996的機(jī)床檢驗(yàn)通則第4部分對(duì)于數(shù)控機(jī)床的圓檢驗(yàn)規(guī)定了數(shù)控機(jī)床兩線性軸聯(lián)動(dòng)所產(chǎn)生的圓滯后、圓偏差及半徑偏差的檢驗(yàn)和評(píng)定方法，數(shù)控機(jī)床兩線性軸聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生的圓形軌跡，受兩軸線的集合偏差和數(shù)控及其驅(qū)動(dòng)裝置偏差的影響，例如滾珠絲杠的預(yù)緊力、絲杠與螺母之間的間隙、軌道磨損等因素。
[0003]目前通常采用球桿儀對(duì)數(shù)控機(jī)床的圓實(shí)施檢驗(yàn)，并且球桿儀已被國(guó)際機(jī)床檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)推薦采用，如IS0230、ASMEB5.54標(biāo)準(zhǔn)。如圖1所示，球桿儀由兩個(gè)精密的金屬圓球1、2和一個(gè)可伸縮的連桿3構(gòu)成，連桿中間鑲嵌著用于檢測(cè)位移的光柵尺，測(cè)量時(shí)，位于連桿3底端的圓球2通過(guò)與之只有三點(diǎn)接觸的磁性鋼座4固定在工作臺(tái)5上，位于連桿3頂端的圓球1通過(guò)同樣的磁性鋼座6安裝在主軸7上；當(dāng)機(jī)床在例如X-Y平面上作圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)，固定在工作臺(tái)5上的圓球2就繞著連接主軸7的圓球1旋轉(zhuǎn)。如果機(jī)床沒(méi)有任何誤差，則工作臺(tái)5上圓球2的軌跡是沒(méi)有任何畸變的真圓，光柵尺也就沒(méi)有位移信號(hào)輸出；而當(dāng)工作臺(tái)5與主軸7存在幾何誤差和運(yùn)動(dòng)誤差時(shí)，工作臺(tái)5上的圓球2所掃過(guò)的軌跡并不是真圓，該圓的畸變部分1:1地被光柵尺測(cè)量出來(lái)。
[0004]采用球桿儀實(shí)施數(shù)控機(jī)床的圓檢驗(yàn)提高了檢驗(yàn)成本，且操作繁瑣，檢驗(yàn)效率低，數(shù)控機(jī)床需在負(fù)載的條件下實(shí)施檢驗(yàn)，同時(shí)檢驗(yàn)按圓的軌跡進(jìn)行，無(wú)法在非圓等異形路徑條件下實(shí)施檢驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的圓檢驗(yàn)方法，本方法克服了傳統(tǒng)球桿儀檢驗(yàn)的缺陷，使得數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)更加方便、快捷，準(zhǔn)確反映數(shù)控機(jī)床線性軸聯(lián)動(dòng)過(guò)程中的圓滯后、圓偏差及半徑偏差，減少檢驗(yàn)成本，提高了檢驗(yàn)效率。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明基于Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的圓檢驗(yàn)方法包括如下步驟:
步驟一、智能終端通過(guò)ADS通訊接口連接Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)，智能終端內(nèi)置機(jī)床狀態(tài)診斷程序；
步驟二、運(yùn)行Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)行，并使機(jī)床的線性軸作圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床狀態(tài)診斷程序的數(shù)據(jù)采集模塊讀取線性軸光柵尺反饋的實(shí)時(shí)圓形軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)于存儲(chǔ)模塊；
步驟三、運(yùn)行智能終端機(jī)床狀態(tài)診斷程序的分析模塊，輸入以名義圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)的圓軌跡數(shù)據(jù)，分析模塊讀取儲(chǔ)存的線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用最小區(qū)域圓算法求出最小區(qū)域圓圓心位置，根據(jù)名義圓圓心位置和最小區(qū)域圓圓心位置分別得到名義圓和線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡的半徑，分析模塊根據(jù)名義圓和線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡的半徑輸出圓偏差結(jié)果；
步驟四、智能終端的機(jī)床狀態(tài)診斷程序?qū)A偏差結(jié)果與數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，給出數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)。
[0007]進(jìn)一步，機(jī)床線性軸的圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)按正反方向各進(jìn)行2次。
由于本發(fā)明基于Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的圓檢驗(yàn)方法采用了上述技術(shù)方案，即內(nèi)置機(jī)床狀態(tài)診斷程序的智能終端連接Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)，Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)行，并使機(jī)床的線性軸作圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊讀取線性軸光柵尺反饋的實(shí)時(shí)圓形軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存；機(jī)床狀態(tài)診斷程序的分析模塊輸入以名義圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)的圓軌跡數(shù)據(jù)，通過(guò)名義圓數(shù)據(jù)和機(jī)床線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡數(shù)據(jù)得到圓偏差結(jié)果；將圓偏差結(jié)果與數(shù)控機(jī)床圓的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，給出數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)。本方法克服了傳統(tǒng)球桿儀檢驗(yàn)的缺陷，使得數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)更加方便、快捷，準(zhǔn)確反映數(shù)控機(jī)床線性軸聯(lián)動(dòng)過(guò)程中的圓滯后、圓偏差及半徑偏差，減少檢驗(yàn)成本，提高了檢驗(yàn)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0008]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
圖1為采用球桿儀對(duì)數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)的示意圖；
圖2為本方法中圓偏差提取算法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明基于Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的圓檢驗(yàn)方法包括如下步驟:
步驟一、智能終端通過(guò)ADS通訊接口連接Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)，智能終端內(nèi)置機(jī)床狀態(tài)診斷程序；
步驟二、運(yùn)行Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)行，并使機(jī)床的線性軸作圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床狀態(tài)診斷程序的數(shù)據(jù)采集模塊讀取線性軸光柵尺反饋的實(shí)時(shí)圓形軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)于存儲(chǔ)模塊；
步驟三、運(yùn)行智能終端機(jī)床狀態(tài)診斷程序的分析模塊，輸入以名義圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)的圓軌跡數(shù)據(jù)，分析模塊讀取儲(chǔ)存的線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用最小區(qū)域圓算法求出最小區(qū)域圓圓心位置，最小區(qū)域圓算法計(jì)算實(shí)時(shí)圓形軌跡的最大內(nèi)切圓和最小外切圓，根據(jù)名義圓圓心位置和最小區(qū)域圓圓心位置分別得到名義圓和線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡的半徑，分析模塊根據(jù)名義圓和線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡的半徑輸出圓偏差結(jié)果，圓偏差結(jié)果為最小外切圓和最大內(nèi)切圓的半徑差；
步驟四、智能終端的機(jī)床狀態(tài)診斷程序?qū)A偏差結(jié)果與數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，給出數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)，對(duì)于不同類(lèi)型和精度要求的數(shù)控機(jī)床具有相應(yīng)的圓誤差允差(公差)，以此為基礎(chǔ)來(lái)判斷所測(cè)試的數(shù)控機(jī)床是否達(dá)到該機(jī)床的精度標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0010]進(jìn)一步，為提高機(jī)床線性軸圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)采集數(shù)據(jù)的正確性和可靠性，機(jī)床線性軸的圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)按正反方向各進(jìn)行2次。[0011 ] 本方法通過(guò)Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)提供的ADS通訊接口連接智能終端，該智能終端可以是筆記本電腦、平板電腦等，由智能終端讀取機(jī)床線性軸光柵尺反饋的線性軸圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)處理提取用于線性軸聯(lián)動(dòng)精度評(píng)估的參數(shù)，并根據(jù)這些評(píng)估參數(shù)對(duì)機(jī)床線性軸的聯(lián)動(dòng)特性做出有效的評(píng)估。
[0012]本方法中圓偏差指包絡(luò)在實(shí)際軌跡上的兩個(gè)同心圓(最小區(qū)域圓)的最小半徑差，可以用最小二乘方圓的最大半徑范圍來(lái)評(píng)定，最小二乘方圓以最小二乘法求取該實(shí)時(shí)圓軌跡的擬合圓，擬合圓即為該圓的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)圓，用于標(biāo)示實(shí)際加工出來(lái)的圓形輪廓尺寸，半徑偏差指實(shí)際軌跡與名義軌跡的偏差，因此使用圓偏差或半徑偏差指標(biāo)作為圓檢驗(yàn)的特征參數(shù)并編制相應(yīng)的算法。
[0013]本方法節(jié)省了檢驗(yàn)工器具的投資，降低了檢驗(yàn)成本，由智能終端安裝的機(jī)床狀態(tài)診斷程序讀取機(jī)床線性軸光柵尺反饋給Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的位置數(shù)據(jù)，因此只需要一根USB/RS232轉(zhuǎn)接數(shù)據(jù)線及一個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由器，將智能終端連接于Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)的工控機(jī)主機(jī)USB 口，啟動(dòng)機(jī)床狀態(tài)診斷程序，設(shè)置好Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)工控機(jī)主機(jī)和路由器的IP地址以及相應(yīng)的采集參數(shù)，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床線性軸進(jìn)行圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，即可采集相應(yīng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，機(jī)床線性軸以及拖板的實(shí)際運(yùn)行軌跡可以實(shí)時(shí)顯示在操作界面，機(jī)床狀態(tài)診斷程序可以自動(dòng)計(jì)算出最大最小圓半徑、最大最小圓偏差等圓測(cè)試的各種特征參數(shù)并輸出；本方法簡(jiǎn)化了機(jī)床進(jìn)行圓檢驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，無(wú)論是空載和負(fù)載條件下都可以進(jìn)行檢驗(yàn)；本方法無(wú)需在機(jī)床安裝任何測(cè)量探頭和其它附件，方便了檢驗(yàn)作業(yè)；另外本方法可以檢驗(yàn)非圓等異形路徑條件下的聯(lián)動(dòng)誤差，甚至可以完全按照實(shí)際工件加工需要的路徑設(shè)置聯(lián)動(dòng)路徑，檢驗(yàn)實(shí)際工件的輪廓加工誤差；提高了機(jī)床圓檢驗(yàn)的精準(zhǔn)度及操作效率，確保了機(jī)床加工工件的質(zhì)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的圓檢驗(yàn)方法，其特征在于本方法包括如下步驟: 步驟一、智能終端通過(guò)ADS通訊接口連接BeckhofT數(shù)控系統(tǒng)，智能終端內(nèi)置機(jī)床狀態(tài)診斷程序； 步驟二、運(yùn)行Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)行，并使機(jī)床的線性軸作圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床狀態(tài)診斷程序的數(shù)據(jù)采集模塊讀取線性軸光柵尺反饋的實(shí)時(shí)圓形軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)于存儲(chǔ)模塊； 步驟三、運(yùn)行智能終端機(jī)床狀態(tài)診斷程序的分析模塊，輸入以名義圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)的圓軌跡數(shù)據(jù)，分析模塊讀取儲(chǔ)存的線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用最小區(qū)域圓算法求出最小區(qū)域圓圓心位置，根據(jù)名義圓圓心位置和最小區(qū)域圓圓心位置分別得到名義圓和線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡的半徑，分析模塊根據(jù)名義圓和線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡的半徑輸出圓偏差結(jié)果； 步驟四、智能終端的機(jī)床狀態(tài)診斷程序?qū)A偏差結(jié)果與數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，給出數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BeckhofT數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的圓檢驗(yàn)方法，其特征在于:機(jī)床線性軸的圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)按正反方向各進(jìn)行2次。
【專利摘要】本發(fā)明基于Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床的圓檢驗(yàn)方法采用了上述技術(shù)方案，即內(nèi)置機(jī)床狀態(tài)診斷程序的智能終端連接Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)，Beckhoff數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)行，并使機(jī)床的線性軸作圓形軌跡插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊讀取線性軸光柵尺反饋的實(shí)時(shí)圓形軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存；機(jī)床狀態(tài)診斷程序的分析模塊輸入以名義圓圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)的圓軌跡數(shù)據(jù)，通過(guò)名義圓數(shù)據(jù)和機(jī)床線性軸實(shí)時(shí)圓形軌跡數(shù)據(jù)得到圓偏差結(jié)果；將圓偏差結(jié)果與數(shù)控機(jī)床圓的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，給出數(shù)控機(jī)床圓檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)。本方法簡(jiǎn)便、快捷，準(zhǔn)確反映數(shù)控機(jī)床線性軸聯(lián)動(dòng)過(guò)程中的圓滯后、圓偏差及半徑偏差，減少檢驗(yàn)成本，提高了檢驗(yàn)效率。
【IPC分類(lèi)】G05B19/404
【公開(kāi)號(hào)】CN105320060
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410365813
【發(fā)明人】羅立鳳
【申請(qǐng)人】上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年7月29日