量块及待加工件在加工中心内的定位方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103894886 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103894886 A (21)申请号 201410131973.9 (22)申请日 2014.04.02 B23Q 17/22(2006.01) B23Q 3/18(2006.01) B23Q 15/22(2006.01) (71)申请人 深圳创维精密科技有限公司 地址 518000 广东省深圳市宝安区石岩街道 塘头工业区创维科技工业园研发大楼 一楼 (72)发明人 刘俊飞 何瑞卿 (74)专利代理机构 深圳市世纪恒程知识产权代 理事务所 44287 代理人 胡海国 章小燕 (54) 发明名称

2、量块及待加工件在加工中心内的定位方法 (57) 摘要 本发明公开了一种量块， 包括绕旋转轴旋转 形成的本体， 本体包括起始面、 终止面以及与起始 面和终止面连接的周面， 起始面和终止面之间形 成缺口， 起始面和终止面各自所在的面与旋转轴 共面， 周面上的每一点与旋转轴的距离为预设半 径， 起始面和终止面的夹角小于180度。 本发明还 公开了一种利用上述量块的待加工件在加工中心 内的定位方法。本发明通过量块来辅助获得待加 工件的坐标具有精度高、 对准方便的效果， 能够极 大的提高定位的效率和定位的精度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 8 页 (19)中华人民共

3、和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图8页 (10)申请公布号 CN 103894886 A CN 103894886 A 1/1 页 2 1. 一种量块， 其特征在于， 包括绕旋转轴旋转形成的本体， 所述本体包括起始面、 终止 面以及与所述起始面和终止面连接的周面， 所述起始面和所述终止面之间形成缺口， 所述 起始面和所述终止面各自所在的面与所述旋转轴共面， 所述周面上的每一点与所述旋转轴 的距离为预设半径， 所述起始面和终止面的夹角小于 180 度。 2. 如权利要求 1 所述的量块， 其特征在于， 所述起始面和终止面各设有一个凹槽， 所述 凹槽内设有磁

4、铁 ； 所述磁铁朝向所述凹槽的面和所述凹槽贴合 ； 所述磁铁背向所述凹槽的 面不凸出于所述凹槽。 3. 如权利要求 2 所述的量块， 其特征在于， 所述磁铁背向所述凹槽的面距所述凹槽的 槽口 0 毫米至 0.3 毫米。 4.如权利要求1至3任一项所述的量块， 其特征在于， 所述本体于其旋转轴处设有贯穿 所述本体的上表面和下表面的让位孔， 所述让位孔和所述缺口连通。 5. 如权利要求 4 所述的量块， 其特征在于， 所述让位孔为圆柱形， 所述让位孔的旋转轴 和所述本体的旋转轴同轴。 6. 一种待加工件在加工中心内的定位方法， 其特征在于， 包括 ： 将量块的起始面和终止面贴合于待加工件的相邻两表

5、面上， 所述量块的旋转轴穿过所 述待加工件的编程坐标系的零点 ； 将所述待加工件与所述加工中心的机床工作台相固定 ； 获取所述量块的周面在加工坐标系中的坐标 ； 根据获取的所述坐标获取待加工件的编程坐标系的零点在加工坐标系的 X 轴上的坐 标和 Z 轴上的坐标， 所述 X 轴和 Z 轴垂直于所述量块的旋转轴。 7. 如权利要求 6 所述的定位方法， 其特征在于， 所述获取所述量块的周面在加工坐标 系中的坐标的步骤包括 ： 将所述加工中心的测量部件沿所述加工坐标系中的 X 轴正方向移动， 当所述测量部件 触碰所述量块的周面在所述 X 轴坐标上的极小值的点时， 记录所述测量部件在加工坐标系 中的坐

6、标 P1（x1， y1， z1） 为所述量块在加工坐标系中 X 轴上的坐标 ； 将所述加工中心的测量部件沿着所述加工坐标系中的 Z 轴正方向移动， 当所述测量部 件触碰所述量块的周面在所述 Z 轴坐标上的极小值的点时， 记录所述测量部件在加工坐标 系中的坐标 P2（x2， y2， z2） 为所述量块在加工坐标系中 Z 轴上的坐标。 8. 如权利要求 7 所述的定位方法， 其特征在于， 所述根据量块的周面于加工坐标系中 的坐标来获取待加工件的编程坐标系的零点于加工坐标系的 X 轴和 Z 轴的坐标的步骤包 括 ： 根据记录的坐标 P1（x1， y1， z1） 、 P2（x2， y2， z2） 以及

7、所述量块的预设半径 R， 利用公 式 x3=x1+R 和 z3=z2+R 计算编程坐标系的零点在加工坐标系的 X 轴上的坐标 x3 和 Z 轴上 的坐标 z3。 权 利 要 求 书 CN 103894886 A 2 1/5 页 3 量块及待加工件在加工中心内的定位方法 技术领域 0001 本发明涉及加工中心技术领域， 尤其涉及量块及待加工件在加工中心内的定位方 法。 背景技术 0002 在产品生产和制造中， 通常会使用加工中心来加工待加工件。利用加工中心进行 加工， 即加工中心内的刀具在高速的旋转状态时， 按照预定路径移动， 并在该移动过程中切 削待加工件， 从而使得待加工件具有所需的形状。

8、本领域技术人员了解， 在现有数字化加工 中， 加工中心的主轴的位置和形状用加工坐标系来描述 ； 而待加工件的位置和形状用编程 坐标系来描述。当需要加工时， 首先需要将加工中心的主轴移动至预设位置， 俗称 “对刀” 。 预设位置即主轴上的刀具的末端位于待加工件的编程坐标系的零点时的位置。 0003 但是， 在现有技术中， 将刀具的末端移动至编程坐标系的零点为技术难点。 需要复 杂的操作才能将刀具移动到编程坐标系的零点位置， 从而生产效率低下， 技术难度大。 而粗 糙的操作通常是不能达到足够的加工精度， 从而导致产品不合格。 0004 尤其是当待加工件需要旋转角度再加工时， 将刀具的末端移动至编程

9、坐标系的零 点尤其困难。图 1 至图 3 示出了当前的定位加工中心内的待加工件的编程坐标系的零点的 方法。图 1 为加工中心和待加工件的简化示意图 ； 其中加工中心包括主轴 11、 刀具 12、 机床 工作台 13、 工装板 14 ； 其中工装板 14 固定于机床工作台 13 上， 刀具 12 与主轴 11 相固定 ； 待加工件 2 与工装板 14 相固定 ； 加工坐标系的 Z 轴平行于主轴 11 的轴向， Y 轴垂直主轴 11 的轴向并垂直于机床工作台 13 的延伸方向， X 轴垂直主轴 11 的轴向并平行于机床工作台 13 的延伸方向。图 2 为俯视图， 其中， 机床工作台 13 相对于主

10、轴 11 旋转了 15。图 3 为 图 2 中虚线圈的放大示意图， 该图从微观角度揭露了现有对刀的缺陷 ： 安装于主轴 11 上的 刀具 12 与待加工件的触碰位置为实际取点位置， 该实际取点位置在加工坐标系中的坐标 为 P3（x3， y3， z3） ， 加工中心会采用 x3 为 X 轴的零点， z3 为 Y 轴的零点， 再按预设路径开 始加工。 而该实际取点位置并没有和编辑坐标系的零点位置重合， 即测偏， 从而会导致后续 的加工出现整体误差， 从而造成加工出来的产品不合格。该现象在旋转角度加工中普遍存 在， 并不能很好的避免。 0005 上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案， 并不代表承认

11、上述内容是现有技 术。 发明内容 0006 本发明的主要目的在于提供一种量块， 旨在辅助并提高待加工件于加工中心内的 定位， 使得定位更方便、 精度更高。 0007 为实现上述目的， 本发明提供的量块， 包括绕旋转轴旋转形成的本体， 所述本体包 括起始面、 终止面以及与所述起始面和终止面连接的周面， 所述起始面和所述终止面之间 形成缺口， 所述起始面和所述终止面各自所在的面与所述旋转轴共面， 所述周面上的每一 说 明 书 CN 103894886 A 3 2/5 页 4 点与所述旋转轴的距离为预设半径， 所述起始面和终止面的夹角小于 180 度。 0008 优选地， 所述起始面和终止面各设有一

12、个凹槽， 所述凹槽内设有磁铁 ； 所述磁铁朝 向所述凹槽的面和所述凹槽贴合 ； 所述磁铁背向所述凹槽的面不凸出于所述凹槽。 0009 优选地， 所述磁铁背向所述凹槽的面距所述凹槽的槽口 0 毫米至 0.3 毫米。优选 地， 所述本体于其旋转轴处设有贯穿所述本体的上表面和下表面的让位孔， 所述让位孔和 所述缺口连通。 0010 优选地， 所述让位孔为圆柱形， 所述让位孔的旋转轴和所述本体的旋转轴同轴。 0011 本发明进一步提供一种待加工件在加工中心内的定位方法， 包括 ： 0012 将量块的起始面和终止面贴合于待加工件的相邻两表面上， 所述量块的旋转轴穿 过所述待加工件的编程坐标系的零点 ；

13、0013 将所述待加工件与所述加工中心的机床工作台相固定 ； 0014 获取所述量块的周面在加工坐标系中的坐标 ； 0015 根据获取的所述坐标获取待加工件的编程坐标系的零点在加工坐标系的 X 轴上 的坐标和 Z 轴上的坐标， 所述 X 轴和 Z 轴垂直于所述量块的旋转轴。 0016 优选地， 所述获取所述量块的周面在加工坐标系中的坐标的步骤包括 ： 0017 将所述加工中心的测量部件沿所述加工坐标系中的 X 轴正方向移动， 当所述测量 部件触碰所述量块的周面在所述 X 轴坐标上的极小值的点时， 记录所述测量部件在加工坐 标系中的坐标 P1（x1， y1， z1） 为所述量块在加工坐标系中 X

14、 轴上的坐标 ； 0018 将所述加工中心的测量部件沿着所述加工坐标系中的 Z 轴正方向移动， 当所述测 量部件触碰所述量块的周面在所述 Z 轴坐标上的极小值的点时， 记录所述测量部件在加工 坐标系中的坐标 P2（x2， y2， z2） 为所述量块在加工坐标系中 Z 轴上的坐标。 0019 优选地， 所述根据量块的周面于加工坐标系中的坐标来获取待加工件的编程坐标 系的零点于加工坐标系的 X 轴和 Z 轴的坐标的步骤包括 ： 0020 根据记录的坐标 P1（x1， y1， z1） 、 P2（x2， y2， z2） 以及所述量块的预设半径 R， 利 用公式 x3=x1+R 和 z3=z2+R 计算

15、编程坐标系的零点在加工坐标系的 X 轴上的坐标 x3 和 Z 轴上的坐标 z3。 0021 本发明所提供的量块和方法， 通过量块来辅助获得待加工件于加工坐标系中的坐 标， 由于测量量块的周面方便， 同时不存在测偏的现象， 因此通过量块来辅助获得待加工件 的坐标具有精度高、 对准方便的效果， 能够极大的提高定位的效率和定位的精度。 附图说明 0022 图 1 为现有加工中心和待加工件的装配示意图 ； 0023 图 2 为图 1 所示的加工中心测量待加工件的编程坐标系的零点时的示意图 ； 0024 图 3 为图 2 中虚线圈内的放大示意图 ； 0025 图 4 为本发明量块一实施例的结构示意图 ；

16、 0026 图 5 为图 4 所示的量块的爆炸示意图 ； 0027 图 6 为本发明待加工件在加工中心内的定位方法的一实施例的加工中心、 待加工 件和量块的装配示意图 ； 0028 图 7 为图 6 所示的加工中心测量量块的周面时的示意图 ； 说 明 书 CN 103894886 A 4 3/5 页 5 0029 图 8 为图 7 的虚线圈内的放大示意图。 0030 本发明目的的实现、 功能特点及优点将结合实施例， 参照附图做进一步说明。 具体实施方式 0031 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。 0032 本发明提供一种量块， 参照图 4 和图 5，

17、 在一实施例中， 该量块 3 包括绕旋转轴 311 旋转形成的本体31。 所述本体31包括起始面32、 终止面33以及与所述起始面32和终止面 33 连接的周面 34， 所述起始面 32 和终止面 33 之间形成缺口 35。所述起始面 32 和所述终 止面 33 各自所在的面与所述旋转轴 311 共面。所述周面 34 上的每一点与所述旋转轴 311 的距离为预设半径 R， 所述起始面 32 和终止面 33 的夹角小于 180 度。 0033 本实施例中的量块用于辅助待加工件于加工中心内的定位。请参看图 6 至图 8， 将量块 3 的起始面 32 和终止面 33 贴合于待加工件 2 的相邻两表面

18、上， 所述量块 3 的旋转 轴 311 穿过所述待加工件 2 的编程坐标系的零点 21。由于量块 3 的周面 34 上任一点到旋 转轴 311 的距离为预设半径 R。因此， 可以通过测量量块 3 的周面 34 上的点于加工坐标系 中的坐标， 来获取量块 3 的旋转轴 311 于加工坐标系中的坐标。由于量块 3 的旋转轴 311 穿过待加工件 2 的编程坐标系的零点 21， 则量块 3 的旋转轴 311 于加工坐标系中的坐标即 为待加工件 2 的编程坐标系的零点 21 于加工坐标系中的坐标。通过本实施例提供的量块 3 来获得待加工件 2 于加工坐标系中的坐标， 由于测量量块 3 的周面方便， 同

19、时不存在测偏 的现象， 因此具有精度高、 对准方便的效果， 能够极大的提高定位的效率和定位的精度。 0034 针对待加工件 2 为铁磁性件， 例如为铁、 镍、 钴等金属件， 优选地， 所述量块 3 的起 始面 32 和终止面 33 各设有一个凹槽 322、 332， 所述凹槽 322、 332 内设有磁铁 36。利用磁 铁和铁磁性件的相互吸引现象， 将的量块 3 固定至待加工件 2 相固定。利用磁力固定， 具有 结构简单和便于操作的效果。当然， 在其他实施例中， 也可以用过卡接、 螺接或粘接的方式 将量块 3 和待加工件 2 相固定。进一步地， 所述磁铁 36 朝向所述凹槽 322、 332

20、的面和所述 凹槽322、 332贴合， 从而达到便于磁铁36与凹槽322、 332贴合， 达到固定稳定的效果 ； 所述 磁铁 36 背向所述凹槽 322、 332 的面不凸出于所述凹槽 322、 332， 从而避免磁铁 36 拱起， 而 导致量块 3 的起始面 32 和终止面 33 未贴合于待加工件 2 的相邻两表面。具体地， 所述磁 铁 36 背向所述凹槽 322、 332 的面距所述凹槽 322、 332 的槽口 0 毫米至 0.3 毫米， 从而保证 能提供较强的磁吸力， 避免该距离太远， 而导致量块 3 的起始面 32 和终止面 33 贴不紧待加 工件 2 的相邻两表面。 0035 进一

21、步地， 所述量块 3 的本体 31 于其旋转轴 311 处设有贯穿所述本体 31 的上表 面和下表面的让位孔 312， 所述让位孔 312 和所述缺口 35 连通。通过设置让位孔 312， 从而 在量块 3 的起始面 32 和终止面 33 贴合于待加工件 2 的相邻两表面上时， 避免待加工件 2 的相邻两表面的连接处和起始面 32 和终止面 33 的连接处相碰， 从而防止起始面 32 和终止 面 33 未贴合于待加工件 2 的相邻两表面上。具体地， 所述让位孔 312 为圆柱形， 所述让位 孔 312 的旋转轴和所述本体 31 的旋转轴 311 同轴。当然， 在其他实施例中， 该让位孔 312

22、 也可以是正多边形或椭圆形等。 0036 本发明进一步提供了上述的量块 3 的应用方法 ： 一种待加工件在加工中心内的定 位方法， 参照图 6 至图 8， 在一实施例中， 该方法包括 ： 说 明 书 CN 103894886 A 5 4/5 页 6 0037 首先， 将量块 3 的起始面 32 和终止面 33 贴合于待加工件 2 的相邻两表面 A、 B 上， 所述量块 3 的旋转轴 311 穿过所述待加工件 2 的编程坐标系的零点 21。 0038 本实施例中， 待加工件 2 的表面 A 和表面 B 的交线的延长线 （后文中简称交线） 穿 过编程坐标系的零点 21， 而量块 3 的起始面 32

23、 和终止面 33 分别和表面 A 和表面 B 贴合， 旋 转轴 311 和表面 A 和表面 B 的交线和所述旋转轴 311 重合。本实施例中， 表面 A 和表面 B 的夹角为 90 度， 则量块 3 的起始面 32 和终止面 33 之间的夹角也为 90 度。在其他实施例 中， 也可以是其他的角度。 0039 然后， 将所述待加工件 2 与所述加工中心的机床工作台 13 相固定。 0040 具体地， 本实施例中， 所述待加工件 2 固定于加工中心的工装板 14 上， 工装板 14 固定于机床工作台 13 上， 所述待加工件 2 的编程坐标系的零点 21 位于所述加工中心的机 床工作台 13 的台

24、面。编程坐标系的零点 21 位于所述加工中心的机床工作台 13 的台面， 如 此固定后， 有利于待加工件 2 的编程坐标系的零点 21 于加工坐标系的 Y 轴 （后文中简称 Y 轴） 上的定位， 即待加工件 2 的编程坐标系的零点 21 位于所述加工中心的机床工作台 13 的 台面， 从而在测量的时候仅需测量机床工作台 13 的台面于 Y 轴的坐标即可。 0041 再次， 获取所述量块 3 的周面 34 在加工坐标系中的坐标 ； 0042 本实施例中， 主轴11和与所述主轴11连接的刀具或分中棒12组成测量部件1， 通 过测量部件 1 的末端， 即刀具或分中棒 12 的末端， 触碰量块 3 的

25、周面 34， 并在刚触碰时候， 记录下主轴11的位置坐标， 再加上刀具或分中棒12的长度矢量， 该坐标的矢量和即为所需 所述量块 3 的周面 34 于加工坐标系中的坐标。 0043 最后， 根据获取的所述坐标获取待加工件2的编程坐标系的零点21在加工坐标系 的 X 轴的坐标 x3 和 Z 轴的坐标 z3， 所述 X 轴和 Z 轴垂直于所述量块 3 的旋转轴 311。 0044 由于量块3的旋转轴311穿过待加工件2的编程坐标系零点21， 量块3为旋转体， 量块3的周面34距离其旋转轴311的距离相同 ； 因此可以根据量块3的周面34上三个点的 坐标、 或者根据量块 3 的周面 34 上两个点的

26、坐标和量块 3 的预设半径 R 来获取旋转轴 311 于加工坐标系中 X 轴和 Z 轴上的坐标 x3 和 z3。 0045 通过本实施例提供的方法来获得待加工件 2 于加工坐标系中的坐标， 由于测量量 块 3 的周面方便， 同时不存在测偏的现象， 因此具有精度高、 对准方便的效果， 能够极大的 提高定位的效率和定位的精度。 0046 进一步地， 所述获取所述量块 3 的周面 34 在加工坐标系中的坐标的步骤包括 ： 0047 具体地， 所述在所述加工坐标系内， 测量所述量块 3 的周面 34 在 X 轴坐标上和 Z 轴坐标上的极小值点的步骤包括 ： 0048 将所述加工中心的测量部件 1 沿所

27、述加工坐标系中的 X 轴正方向移动， 当所述测 量部件 1 触碰所述量块 3 的周面 34 在所述 X 轴坐标上的极小值的点时， 记录所述测量部件 1 在加工坐标系中的坐标 P1（x1， y1， z1） 为所述量块 3 在加工坐标系中 X 轴上的坐标 ； 0049 将所述加工中心的测量部件 1 沿所述加工坐标系中的 Z 轴正方向移动， 当所述测 量部件 1 触碰所述量块 3 的周面 34 在所述 Z 轴坐标上的极小值的点时， 记录所述测量部件 1 在加工坐标系中的坐标 P2（x2， y2， z2） 为所述量块 3 在加工坐标系中 Z 轴上的坐标。 0050 具体地， 由于量块 3 的周面 34

28、 投射至 X 轴 -Z 轴的平面上时， 量块 3 的周面 34 的 投影为圆弧线， 因此量块 3 的周面 34 于 X 轴的极小值的点即为其最靠近 Y 轴的位置， 而量 说 明 书 CN 103894886 A 6 5/5 页 7 块 3 的周面 34 于 Y 轴的极小值的点即为其最靠近 X 轴的位置。该两点较为容易寻找和定 位， 可以根据该两点的坐标和量块 3 的预设半径 R 来获取编程坐标系的零点 21 在加工坐标 系中的位置。 0051 进一步地， 所述根据所述量块的周面于加工坐标系中的坐标来获取待加工件的编 程坐标系的零点于加工坐标系的 X 轴和 Z 轴的坐标的步骤包括 ： 0052

29、根据记录的坐标 P1（x1， y1， z1） 、 P2（x2， y2， z2） 以及所述量块的预设半径 R， 利 用公式 x3=x1+R 和 z3=z2+R 来获取编程坐标系的零点于加工坐标系的 X 轴上的坐标 x3 和 Z 轴上的坐标 z3。 0053 本实施例中， 由于坐标 P1（x1， y1， z1） 、 P2（x2， y2， z2） 在为较为特殊的点 ； 即通 过其中 P1 中的 x1 沿着 X 轴的正方向再移动预设半径 R 即为编程坐标系的零点于加工坐标 系的 X 轴的坐标 x3 ； 通过其中 P2 中的 z2 沿着 Z 轴的正方向再移动预设半径 R 即为编程坐 标系的零点于加工坐标

30、系的 Z 轴的坐标 z3。该方法简单方便， 相对于现有加工中心的计算 单元仅需少改甚至不改既可以实现， 因此具有较强的实用性。 0054 以上仅为本发明的优选实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换， 或直接或间接运用在其他相关的技 术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。 说 明 书 CN 103894886 A 7 1/8 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103894886 A 8 2/8 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103894886 A 9 3/8 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103894886 A 10 4/8 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 103894886 A 11 5/8 页 12 图 5 说 明 书 附 图 CN 103894886 A 12 6/8 页 13 图 6 说 明 书 附 图 CN 103894886 A 13 7/8 页 14 图 7 说 明 书 附 图 CN 103894886 A 14 8/8 页 15 图 8 说 明 书 附 图 CN 103894886 A 15