转塔式复合磨床工件坐标系变换方法

摘要

本发明涉及一种转塔式复合磨床工件坐标系变换方法，具体步骤是：（1）确定探针基准位置与转塔式砂轮架回转中心的相对位置关系；（2）利用砂轮参考点与探针的相对位置关系，间接确定外圆砂轮或端面外圆砂轮的参考点基准位置与转塔式砂轮架回转中心的相对位置关系；（3）利用内圆砂轮参考点基准位置与外圆砂轮或端面外圆砂轮的参考点基准位置的相对关系，间接确定内圆砂轮参考点基准位置与转塔式砂轮架回转中心的相对位置关系；（4）求任一砂轮从基准角度回转指定角度，工件坐标系变换值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种转塔式复合磨床工件坐标系变换方法。

背景技术

转塔式复合磨床是在转塔式砂轮架上配置多个砂轮，如外圆砂轮、内圆砂 轮、端面外圆砂轮，可以实现一次装夹完成多个工件特征面如外圆面、内圆面、 端面、外锥面、内锥面等的磨削加工。磨削锥面时，砂轮在其基准位置修整， 然后回转相应角度，使砂轮表面与锥面表面平行再进行磨削加工，此时坐标变 换的准确性对工件的尺寸加工精度意义重大。

坐标变换需要利用磨削参考点与转塔式砂轮架回转中心的位置关系，常规 方法利用砂轮架结构尺寸配合砂轮尺寸得到，这种方法得到的位置关系精度不 高，不能够满足高精度复合磨床对坐标变换精度的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种转塔式复合磨床工件坐 标系变换方法，利用探针的测量精度，通过一系列的流程得到砂轮参考点、探 针、砂轮架回转中心的位置关系，进而得到砂轮参考点从其基准位置回转任意 角度的坐标变换关系。并给出了寻找探针与砂轮架回转中心相对位置所用工装 的结构形式。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种转塔式复合磨床的工件坐标系变换方法，具体步骤如下：

(1)确定探针1的基准位置P与转塔式砂轮架回转中心B的相对位置关系 设砖塔式砂轮架回转中心B的位置为B(0，0)，探针1的基准位置P相对该点 的位置为(X_P，Z_P)；

a)采用用于机床头架6、尾架7的测量基准工装，将测量基准工装安装在机床 头架6与尾架7之间的顶尖上，并调整测量基准工装姿态，使测量基准工装中 间凹槽的底面B与机床X轴垂直，左侧面A和右侧面C与Z轴垂直；

b)回转砖塔式砂轮架回转轴4使探针1处于基准角度位置，探针1分别接触 左侧面A、右侧面C、底面B，记录信号触发时的机床坐标值，分别记为 (x_A1，z_A1)、(x_C1，z_C1)、(x_B1，z_B1)；

c)设砖塔式砂轮架回转轴4逆时针回转为正，砖塔式砂轮架回转轴4回转角 度θ，探针1分别接触左侧面A或右侧面C，根据实际转角方向确定，逆 时针选择右侧面C，顺时针选择左侧面A、底面B，记录信号触发时的机 床坐标值，分别记为(x_A2，z_A2)或(x_C2，z_C2))、(x_B2，z_B2)。

d)计算探针1相对于砂轮架回转中心B的位置(X_P，Z_P)：

2)确定外圆砂轮2的参考点基准位置T1或端面外圆砂轮3的参考点基准位置 T2与转塔式砂轮架回转中心B的相对位置关系

a)回转砖塔式砂轮架回转轴4，将外圆砂轮2或端面外圆砂轮3调整到角向 基准位置，磨削或者贴合样件端面，记录机床坐标值(#，z_T1)或(#，z_T2)；>T1，#)或(x_T2，#)；

b)回转砖塔式砂轮架回转轴4，将探针1调整到角向基准位置，分别去接近 样件的端面和外圆，记录探针1触发时的机床坐标值(#，z_P)和(x_P，#)。

c)计算外圆砂轮2的参考点基准位置T1或端面外圆砂轮3的参考点基准位置 T2相对于探针1基准位置的位置关系(X_T1P，Z_T1P)(或X_T2P，Z_T2P)：

X_T1P＝x_T1-x_P

Z_T1P＝Z_T1-Z_P

或

X_T2P＝x_T2-x_P

Z_T2P＝Z_T2-Z_P

d)计算外圆砂轮2的参考点基准位置T1或端面外圆砂轮3的参考点基准位 置T2相对于转塔式砂轮架回转中心B的位置关系(X_T1，Z_T1)(或X_T2，Z_T2)：

或

3)确定内圆砂轮5的参考点基准位置T3与转塔式砂轮架回转中心B的相对位 置关系

设内圆砂轮5的参考点基准位置T3相对于外圆砂轮2的参考点基准位置 T1或端面外圆砂轮3的参考点基准位置T2的相对位置为(X_T3T1，Z_T3T1)(或>T3T2，Z_T3T2)；

计算内圆砂轮5的参考点基准位置T3相对于转塔式砂轮架回转中心B的位 置关系(X_T3，Z_T3)：

或

4)求任一砂轮回转指定角度，工件坐标系变换值

设外圆砂轮2参考点、端面外圆砂轮3参考点、内圆砂轮5参考点基准位 置在机床坐标系中的坐标值分别为(x_T10，z_T10)、(x_T20，z_T20)、(x_T30，z_T30)，逆>T1β，z_T1β)、(x_T2β，z_T2β)、(x_T3β，z_T3β)，则

x_T1β＝x_T10+Z_T1sinβ+X_T1cosβ-X_T1

z_T1β＝z_T10+Z_T1cosβ-X_T1sinβ-Z_T1

x_T2β＝x_T20+Z_T2sinβ+X_T2cosβ-X_T2

z_T2β＝z_T20+Z_T2cosβ-X_T2sinβ-Z_T2

x_T3β＝x_T30+Z_T3sinβ+X_T3cosβ-X_T3

z_T3β＝z_T30+Z_T3cosβ-X_T3sinβ-Z_T3

所述步骤(1)中使用的测量基准工装具有测量基准件的结构，高精度的 圆柱面上加工成具有左侧面A、右侧面C和底面B的三个基准平面，形成一个 凹槽，可使探针可深入与三个基准平面接触发信，其中，底面B与两端面中心 孔连接的基准线平行；左侧面A、右侧面C与基准线的垂直。

本发明与现有技术相比较，具有的有益效果是：本发明提出的坐标变换方 法实现思路清晰，方法中所需要确定的位置关系，主要通过机床运动坐标值计 算得到，获取途径便捷，机床操作人员即可实现；利用本发明所提出的坐标变 换方法，变换结果精度高，满足高精度复合磨床对磨削尺寸精度的需求。

附图说明

图1是本发明中的转塔式复合磨床示意图；

图2是本发明中的砂轮参考点基准位置、探针基准位置与砂轮架回转中心位置 关系图；

图3是本发明中用于确定探针与转塔式砂轮架回转中心位置关系所用的工装示 意图；

图4是发明中用于确定探针与转塔式砂轮架回转中心位置关系时探针接触测量 工装位置关系示意图；

其中：(a)探针处于基准角度位置，(b)砖塔式砂轮架逆时针回转θ角度后探 针角度位置；

图5是本发明中提到的样件及砂轮与之接触的示意图；

其中：(a)外圆砂轮或端面外圆砂轮磨削或者贴合样件端面，(b)外圆砂轮或 端面外圆砂轮磨削或者贴合样件外圆。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种转塔式复合磨床(见图1)的工件坐标系变换方法，具体步骤如下：

(1)确定探针1的基准位置P与转塔式砂轮架回转中心B的相对位置关系

设砖塔式砂轮架回转中心B的位置为B(0，0)，探针1的基准位置P相 对该点的位置为(X_P，Z_P)。

a)采用用于机床头架6、尾架7的测量基准工装(图3)，将测量基准工装安装 在机床头架6与尾架7之间的顶尖上，并调整测量基准工装姿态，使测量基准 工装中间凹槽的底面B与机床X轴(垂直)垂直，左侧面A和右侧面C与Z 轴(小平)垂直。

b)回转砖塔式砂轮架回转轴4使探针1处于基准角度位置(见图4(a))， 探针1分别接触左侧面A、右侧面C、底面B，记录信号触发时的机床坐标值， 分别记为(x_A1，z_A1)、(x_C1，z_C1)、(x_B1，z_B1)。

c)设砖塔式砂轮架回转轴4逆时针回转为正，砖塔式砂轮架回转轴4回转角度 θ，探针1分别接触左侧面A(或右侧面C，根据实际转角方向确定，逆时针选 择右侧面C，顺时针选择左侧面A)、底面B，记录信号触发时的机床坐标值， 分别记为(x_A2，z_A2)(或(x_C2，z_C2))、(x_B2，z_B2)。

d)计算探针1相对于砂轮架回转中心B的位置(X_P，Z_P)：

(2)确定外圆砂轮2的参考点基准位置T1或端面外圆砂轮3的参考点基准位 置T2与转塔式砂轮架回转中心B的相对位置关系；

a)回转砖塔式砂轮架回转轴4，将外圆砂轮2或端面外圆砂轮3调整到角向 基准位置，磨削或者贴合如图5(a)所示的样件8端面，记录机床坐标值 (#，z_T1)或(#，z_T2)；磨削或者贴合如图5(b)的样件8外圆，记录机>T1，#)或(x_T2，#)。

b)回转砖塔式砂轮架回转轴4，将探针1调整到角向基准位置(见图4(b))， 分别去接近如图5(a)或图5(b)的样件8的端面和外圆，记录探针1触发时

c)计算外圆砂轮2的参考点基准位置T1或端面外圆砂轮3的参考点基准位置 T2相对于探针1基准位置的位置关系(X_T1P，Z_T1P)(或X_T2P，Z_T2P)(见图2)：

X_T1P＝x_T1-x_P

Z_T1P＝Z_T1-Z_P

或

X_T2P＝x_T2-x_P

Z_T2P＝Z_T2-Z_P

d)计算外圆砂轮2的参考点基准位置T1或端面外圆砂轮3的参考点基准位 置T2相对于转塔式砂轮架回转中心B的位置关系(X_T1，Z_T1)(或X_T2，Z_T2)(见>

或

(3)确定内圆砂轮5的参考点基准位置T3与转塔式砂轮架回转中心B的相对 位置关系

设内圆砂轮5的参考点基准位置T3相对于外圆砂轮2的参考点基准位置 T1或端面外圆砂轮3的参考点基准位置T2的相对位置为(X_T3T1，Z_T3T1)(或>T3T2，Z_T3T2)。

计算内圆砂轮5的参考点基准位置T3相对于转塔式砂轮架回转中心B的位 置关系(X_T3，Z_T3)(见图2)：

或

(4)求任一砂轮回转指定角度，工件坐标系变换值

设外圆砂轮2参考点、端面外圆砂轮3参考点、内圆砂轮5参考点基准位 置在机床坐标系中的坐标值分别为(x_T10，z_T10)、(x_T20，z_T20)、(x_T30，z_T30)，逆>T1β，z_T1β)、(x_T2β，z_T2β)、(x_T3β，z_T3β)，则

x_T1β＝x_T10+Z_T1sinβ+X_T1cosβ-X_T1

z_T1β＝z_T10+Z_T1cosβ-X_T1sinβ-Z_T1

x_T2β＝x_T20+Z_T2sinβ+X_T2cosβ-X_T2

z_T2β＝z_T20+Z_T2cosβ-X_T2sinβ-Z_T2

x_T3β＝x_T30+Z_T3sinβ+X_T3cosβ-X_T3

z_T3β＝z_T30+Z_T3cosβ-X_T3sinβ-Z_T3

其中，所述步骤(1)中使用的测量基准工装具有测量基准件的结构，高 精度的圆柱面上加工成具有左侧面A、右侧面C和底面B的三个基准平面，形 成一个凹槽，探针可深入与三个基准平面接触发信，底面B与两端面中心孔连 接的基准线平行；左侧面A、右侧面C与基准线的垂直。