立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法

摘要

本发明公开了立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，使用探头进行找正基准加工平面和标定，测量前根据零件毛坯大小、位置在工装上确定位面轮廓，以定位面轮廓为边界，根据零件定位面位置，选取若干采样点作为取样位，在满足公差范围内，取取样点Z值的平均值作为Z向基准平面的位置，本发明有效的解决了数控加工过程中人工设置加工坐标系Z向初始原点速度慢、可靠性差、精度低的问题。

权利要求

1.立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，其特征在于：使用探头进行找正基准加工平面和标定，测量前根据零件毛坯（2）大小、位置在工装上确定位面轮廓，以定位面轮廓为边界，根据零件定位面位置，选取若干采样点作为取样位，在满足公差范围内，取取样点Z值的平均值作为Z向基准平面的位置；具体包括以下步骤：步骤B：探头标定；

步骤C：根据据零件毛坯（2）摆放位置，确定定位平面检测区域轮廓（10），在检测区域轮廓（10）范围且在基准平面上的若干取样点P1 Pn，Z向原点平面探头测量及Z向原点计算；

~

步骤D：Z向基准面面探头测量；

所述步骤B具体包括以下步骤：

步骤B1：探头长度标定方法；具体包括以下步骤：步骤B111：获取对刀平面在机床坐标系中Z的位置，将对刀平面设置为Z=0；

步骤B112：将探头装入主轴中，开启探头，将探头移动至对刀块上方，探头沿Z轴向靠近工作台方向移动，探头接触对刀面，自动获取刀具的损耗量Ls，根据该损耗量计算实际探头长度Lt，Lt=Lt0+Ls，其中Lt0为探头的初始长度；

步骤B2：探头直径标定方法；具体是指：将环规放置在标定长度时对刀块相同的位置，将探头移动至环规内部靠近圆心位置，并确保探头沿X向、Y向移动时能够碰触到环规，高度位置位于圆环厚度的一半开启探头，校正半径，获取X、Y向的探头半径值。

2.根据权利要求1所述的立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，其特征在于：还包括步骤A：工装清洁方法；具体是指：使用风扇进行清洁，通过刀柄与机床主轴连接，清洁时，主轴旋转，带通扇叶旋转形成清洁能力，主轴按照设定的清除轨迹运动，覆盖工装所有表面，完成清洁。

3.根据权利要求1或2所述的立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，其特征在于：所述环规为具有标准圆的环规。

4.根据权利要求1或2所述的立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，其特征在于：所述步骤C具体包括以下步骤：

步骤C1：Z向原点平面探头测量；

步骤C2：Z向原点计算。

5.根据权利要求4所述的立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，其特征在于：所述步骤C1具体是指：根据毛坯摆放位置，确定定位平面检测区域轮廓，并在检测区域轮廓范围内设置若干取样点P1 Pn的，以若干取样点P1 Pn的Z向坐标值作为机床Z向原点，若干取样~ ~

点P1 Pn分布在零件定位面范围内。

~

6.根据权利要求5所述的立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，其特征在于：所述步骤C2具体是指：在测量完成后，分别计算取样点Z向坐标的差值；

若最大差值超过公差限制范围，则测量基准面无效，无法作为Z向原点；

若最大差值在公差限制范围内，测量基准面有效，则将取样点Z值的平均值作为Z向原点。

7.根据权利要求6所述的立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，其特征在于：所述步骤D包括以下步骤：

步骤D1：Z向基准面测量方法；

使用校正后的探头直接接触Z向基准平面，获取Z向平面在机床坐标系中的位置；测量时，开启探头，将测头移动至测量面上方，沿Z轴向靠近Z向基准平面方向移动，接触获取Z向基准平面位置Z0，获取所有取样点P1 Pn的值 ，关闭探头，测量结束；

~

步骤D2：计算取样点Z向的均值 ；零件加工坐标系初始Z向基准平面在机床中的位置为Z=Zavg。

8.根据权利要求7所述的立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，其特征在于：测量取样点的坐标时，检测轨迹包括快速运动段S1、接近段S2和转移段S3，快速运动段S1测头从安全平面快速移动至接近段S2，接近段S2探头逐渐移动接触基准检测平面，转移段S3为更换测量点位置，探头快速移动。

说明书

立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法

技术领域

[0001] 本发明涉及数控加工技术领域，具体的说，是立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法。

背景技术

[0002] 机械加工技术普遍遵循“定位‑加工”操作模式，依据这一模式，如何按照设计与工艺

[0003] 要求实现被加工工件的精确定位，并建立相应的加工坐标系成为了加工过程最为重要工作内容，建立加工坐标系时，Z向基准平面的找正及设定是首要进行的步骤。现阶段，
对于

[0004] 立式机床而言，人工找正方式为最常用的方式，找正时，操作者采用标准对刀块在机床上人工对刀找出Z0面基准的位置，然后通过机床计算功能或手动将相关数据输入到数
控系统中，设定工件坐标系。

[0005] 在批量加工中，检查设定过程不断重复，操作者常常采用随机抽查的方式进行Z向初始平面的检查与设定，由此可能带来未抽样工件的错误装夹未发现的后果，导致工件超
差报废的产生。

[0006] 数控加工方式制造的零件大多形状复杂、工艺要求高、材料昂贵为，由于操作失误带来的零件的超差报废为企业带来重大损失。因此加工中的Z向初始平面检查与设定的准
确性尤为重要。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供本发明提出了一种适用于立式铣床的探头找正Z向基准平面的方法，解决了数控加工过程中人工设置加工坐标系Z向初始原点速度慢、可靠性差的问
题。

[0008] 本发明通过下述技术方案实现：

[0009] 立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，使用探头进行找正基准加工平面和标定，测量前根据零件毛坯大小、位置在工装上确定位面轮廓，以定位面轮廓为边界，根据零
件定位面位置，选取若干采样点作为取样位，在满足公差范围内，取取样点Z值的平均值作
为Z向基准平面的位置。

[0010] 进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

[0011] 步骤B：探头标定；

[0012] 步骤C：根据零件猫婆摆放位置，确定定位平面检测区域轮廓，在区域轮廓范围且在基准平面上的若干取样点P1～Pn，Z向原点平面探头测量及Z向原点计算；

[0013] 步骤D：Z向基准面面探头测量；

[0014] 进一步地，为了更好的实现本发明，还包括步骤A：工装清洁方法；具体是指：确定清洁区域轮廓，使用风扇对清洁区域轮廓范围内进行清洁，通过刀柄与机床主轴连接，清洁
时，主轴旋转，带通扇叶旋转形成清洁能力，主轴按照设定的清除轨迹运动，覆盖工装所有
表面，完成清洁。

[0015] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤B具体包括以下步骤：

[0016] 步骤B1：探头长度标定方法；具体包括以下步骤：

[0017] 步骤B111：获取对刀平面在机床坐标系中Z的位置，将对刀平面设置为Z＝0；

[0018] 步骤B112：将探头装入主轴中，开启探头，将探头移动至对刀块上方，探头沿Z轴向靠近工作台方向移动，探头接触对刀面，自动获取刀具的损耗量Ls，根据该损耗量计算实际
探头长度Lt；Lt＝Lt0+Ls，其中Lt0为探头的初始长度；

[0019] 步骤B2：探头直径标定方法；具体是指：将环规放置在标定长度时对刀块相同的位置，将探头移动至环规内部靠近圆心位置，并确保探头沿X向、Y向移动时能够碰触到环规，
高度位置位于圆环厚度的一半开启探头，校正半径，获取X、Y向的探头半径值。

[0020] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述环规为具有标准圆的环规。

[0021] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤C具体包括以下步骤：

[0022] 步骤C1：Z向原点平面探头测量；

[0023] 步骤C2：Z向原点计算。

[0024] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤C1具体是指：根据毛坯摆放位置，确定定位平面检测区域轮廓，并在检测区域轮廓范围内设置若干取样点P1～Pn的，以若干取
样点P1～Pn的Z向坐标值作为机床Z向原点，若干取样点P1～Pn分布在零件定位面范围内；

[0025] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤C2具体是指：在测量完成后，分别计算取样点Z向坐标的差值；

[0026] 若最大差值超过公差限制范围，则测量基准面无效，无法作为Z向原点；

[0027] 若最大差值在公差限制范围内，测量基准面有效，则将取样点Z值的平均值作为Z向原点。

[0028] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述D包括以下步骤：

[0029] 步骤D1：Z向基准面测量方法；

[0030] 使用校正后的探头直接接触Z向基准平面，获取Z向平面在机床坐标系中的位置；测量时，开启探头，将测头移动至测量面上方，沿Z轴向靠近Z向基准平面方向移动，接触获
取Z向基准平面位置Z0，获取所有取样点P1～Pn的值ZP1......ZPn，关闭探头，测量结束；

[0031] 步骤D2：计算取样点Z向的均值Zavg＝(Zp1+......+Zpn)/n；零件加工坐标系初始Z向基准平面在机床中的位置为Z＝Zavg；

[0032] 进一步地，为了更好的实现本发明，测量取样点的坐标时，检测轨迹包括快速运动段S1、接近段S2和转移段S3，快速运动段S1测头从安全平面快速移动至接近段S2，接近段S2
探头逐渐移动接触基准检测平面，转移段S3为更换测量点位置，探头快速移动。

[0033] 工作原理：

[0034] 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

[0035] (1)本发明通过探头自动找正加工基准平面有效减小了人工找正方式下的基准误差，并且大幅提高了找正效率，保证了找正过程的稳定性；

[0036] (2)探头找正基准时使用风扇自动清洁装夹平面，尤其适用于卧式机床工作台的清洁，能够有效抑制由于切削等异物存在导致的基准找正误差；

[0037] (3)探头检测过程中，根据实际检测需要控制探头开、关闭状态，避免了探头长期处于开启状态对于使用寿命的影响；

[0038] (4)使用探头找正基准平面时，仅检查零件定位面附近的平面度情况，避免了无效区域误差对于工装使用的影响；

[0039] (5)探头找正基准平面时，使用多探测点进行检测，通过误差判别、求解平均值有效避免了取样点位置对于基准平面找正的影响，提高了找正精度。

附图说明

[0040] 图1为本发明中调整零件定位方式示意图；

[0041] 图2为本发明中清洁区域示意图；

[0042] 图3为本发明中风扇结构示意图；

[0043] 图4为本发明中探头结构示意图；

[0044] 图5为本发明中平面度检查取样点示意图；

[0045] 图6为本发明中探头检测平面度路线示意图；

[0046] 其中1‑定位工装，2‑零件毛坯，3‑加工坐标系原点，4‑清洁区域轮，5‑廓风扇体，6‑扇叶，7‑探头夹持体，8‑探针，9‑检测体，10‑检测区域轮廓。

具体实施方式

[0047] 下面详细描述本发明的实施例，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可
拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过
中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根
据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0048] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

[0049] 实施例1：

[0050] 本发明通过下述技术方案实现，如图1‑图6所示，立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，使用探头进行找正基准加工平面和标定，测量前根据零件毛坯2大小、位置在工
装上确定位面轮廓，以定位面轮廓为边界，根据零件定位面位置，选取若干采样点作为取样
位，在满足公差范围内，取取样点Z值的平均值作为Z向基准平面的位置。

[0051] 进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

[0052] 步骤B：探头标定；

[0053] 步骤C：根据零件毛坯2摆放位置，确定定位平面检测区域轮廓10，在检测区域轮廓10范围且在基准平面上的若干取样点P1～Pn，Z向原点平面探头测量及Z向原点计算；

[0054] 步骤D：Z向基准面面探头测量.

[0055] 进一步地，为了更好的实现本发明，还包括步骤A：工装清洁方法；具体是指：使用专用风扇进行清洁，通过刀柄与机床主轴连接，清洁时，主轴旋转，带通扇叶旋转形成清洁
能力，主轴按照设定的清除轨迹运动，覆盖工装所有表面，完成清洁。

[0056] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤B具体包括以下步骤：

[0057] 步骤B1：探头长度标定方法；具体包括以下步骤：

[0058] 步骤B111：获取对刀平面在机床坐标系中Z的位置，将对刀平面设置为Z＝0；

[0059] 步骤B112：将探头装入主轴中，开启探头，将探头移动至对刀块上方，探头沿Z轴向靠近工作台方向移动，探头接触对刀面，自动获取刀具的损耗量Ls，根据该损耗量计算实际
探头长度Lt；Lt＝Lt0+Ls，其中Lt0为探头的初始长度；

[0060] 步骤B2：探头直径标定方法；具体是指：将环规放置在标定长度时对刀块相同的位置，将探头移动至环规内部靠近圆心位置，并确保探头沿X向、Y向移动时能够碰触到环规，
高度位置位于圆环厚度的一半开启探头，校正半径，获取X、Y向的探头半径值。

[0061] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述环规为具有标准圆的环规。

[0062] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤C具体包括以下步骤：

[0063] 步骤C1：Z向原点平面探头测量；

[0064] 步骤C2：Z向原点计算。

[0065] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤C1具体是指：设置取基准平面上的若干取样点P1～Pn的Z向坐标值作为机床Z向原点，若干取样点P1～Pn分布在零件定位面范围
内；

[0066] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤C2具体是指：在测量完成后，分别计算取样点Z向坐标的差值；

[0067] 若最大差值超过公差限制范围，则测量基准面无效，无法作为Z向原点；

[0068] 若最大差值在公差限制范围内，测量基准面有效，则将取样点Z值的平均值作为Z向原点。

[0069] 进一步地，为了更好的实现本发明，所述D包括以下步骤：

[0070] 步骤D1：Z向基准面测量方法；

[0071] 使用校正后的探头直接接触Z向基准平面，获取Z向平面在机床坐标系中的位置；测量时，开启探头，将测头移动至测量面上方，沿Z轴向靠近Z向基准平面方向移动，接触获
取Z向基准平面位置Z0，获取所有取样点P1～Pn的值ZP1......ZPn，关闭探头，测量结束；

[0072] 步骤D2：计算取样点Z向的均值Zavg＝(Zp1+......+Zpn)/n；零件加工坐标系初始Z向基准平面在机床中的位置为Z＝Zavg；

[0073] 进一步地，为了更好的实现本发明，测量取样点的坐标时，检测轨迹包括快速运动段S1、接近段S2和转移段S3，快速运动段S1测头从安全平面快速移动至接近段S2，接近段S2
探头逐渐移动接触基准检测平面，转移段S3为更换测量点位置，探头快速移动。。

[0074] 本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

[0075] 实施例2：

[0076] 本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1、图2所示，一种适用于立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，其特征是采用一种使用探头检测的自动测量方法和
嵌套数控系统的标准测量程序，使用的探头具备位置检测感知功能，并能将测量结果反馈
给控制系统；所述的自动测量方法由工装清洁方法、探头长度标定方法、探头直径标定方
法、Z向平面探头测量方法组成；

[0077] 所述的工装清洁方法，使用专用风扇进行清洁，该风扇结构与刀具结构类似，工作部位为扇叶，通过刀柄与机床主轴连接，清洁时，主轴旋转，带通扇叶旋转形成清洁能力，主
轴按照设定的清除轨迹运动，覆盖工装所有表面，完成清洁。

[0078] 所述的探头长度标定方法，使用具有标准长度值的芯棒、基准刀等标准件作为标定刀具，标定时，将标定刀具装上机床主轴，将标准长度对刀块放置在工作台上，进行手动
对刀操作，获取对刀平面在机床坐标系中Z的位置，并将对刀平面设置为Z＝0；将标定刀具
从主轴中取下，将探头装入主轴中，探头的初始长度为Lt0为刀具长度补偿值，开启探头，将
探头移动至对刀块上方，探头沿Z轴向靠近工作台方向移动，探头接触对刀面，使用机床功
能，自动获取刀具的损耗量Ls，则实际的探头刀长为Lt＝Lt0+Ls。

[0079] 所述的探头直径标定方法，使用具有标准圆的环规，环规的直径规格有30mm、40mm、50mm等类型，测量环的厚度规格不小于测头直径，标定时，将环规放置在标定长度时
对刀块相同的位置，将探头移动至环规内部靠近圆心位置，并确保探头沿X、Y向移动时能够
碰触到环规，高度位置位于圆环厚度的一半开启探头，校正半径，获取X、Y向的探头半径值；

[0080] 根据毛坯摆放位置，确定定位平面检测区域轮廓10，并在检测区域轮廓10范围内设置若干取样点P1～Pn，以若干取样点P1～Pn的Z向坐标值作为机床Z向原点，若干取样点
P1～Pn分布在零件定位面范围内；

[0081] 所述的Z向原点平面探头测量方法，通过取基准平面上的若干取样点的Z向坐标值作为机床Z向原点，取样点分布在零件定位面范围内；

[0082] 所述的Z向原点计算，在测量完成后，分别计算取样点Z向坐标的差值，若最大差值超过公差限制，则测量基准面无效，无法作为Z向原点；若最大差值在公差限制范围内，测量
基准面有效，则将取样点Z值的平均值作为Z向原点。

[0083] 所述的Z向基准面测量方法，测量取样点的坐标时，使用校正后的探头直接接触Z向基准平面，获取Z向平面在机床坐标系中的位置，测量时，开启探头，将测头移动至测量面
上方，沿Z轴向靠近Z向基准平面方向移动，接触获取Z向基准平面位置Z0，关闭探头，测量结
束。

[0084] 所述的Z向基准面测量方法，测量取样点的坐标时，检测轨迹包括快速运动段S1、接近段S2和转移段S3，快速运动段S1测头从安全平面快速移动至接近段S2，接近段S2探头
逐渐移动接触基准检测平面，转移段S3为更换测量点位置，探头快速移动。

[0085] 本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

[0086] 实施例3：

[0087] 本实施例本发明中立式铣床的Z向基准平面检测与设置方法，的最佳实施例，如图1所示为一待加工零件，采用定位工装1装夹定位，零件毛坯2定位方式为工艺孔、基准面定
位，加工坐标系原点3位于左侧工艺孔处，Z向基准平面为定位工装1上表面。

[0088] 使用探头找正基准加工平面，首先需要对定位工装1上表面进行清洁，根据零件毛坯2大小画线确定清洁区域轮廓4，取下零件毛坯2。

[0089] 使用的清洁风扇结构，如图3所示，该风扇由风扇体5和扇叶6组成，风扇连接机床主轴，主轴旋转带动风扇旋转，主轴按照既定轨迹移动，保证清洁区域轮廓4全部清洁完毕，
完成清洁。

[0090] 校正探头，使用的探头结构如图4所示，探头包括探头夹持体7、探针8、检测体9，探头为标准探头。

[0091] 使用标准长度值为50mm的芯棒进行手动对刀操作，获取对刀平面在机床坐标系中Z的位置Z＝49.99mm；将探头的初始长度260mm作为刀具长度补偿值输入机床，开启探头，将
探头移动至对刀块上方，探头沿Z轴向靠近工作台方向移动，接触对刀面，使用机床功能，获
取刀具的损耗量‑0.13mm，则实际探头长度为259.87mm。

[0092] 将直径50mm、厚度规格10mm的标准圆环规放置在标定长度时对刀块相同的位置，将探头移动至环规内部靠近圆心、高度位于圆环厚度的一半位置，开启探头，使用半径校正
功能校正测头半径，获取X、Y向的探头半径值。将探头半径补偿值补偿至探头系统。

[0093] 根据零件毛坯2摆放位置，确定定位平面检测区域轮廓10并在检测区域轮廓10范围内取采样点P1～P7，取样点用于检测Z向基准面的位置。

[0094] 根据选定的采样点进行点位置检测，如图6所示为探头检测轨迹示意图，检测轨迹分为快速运动段S1、接近段S2和转移段S3，其中快速运动段S1和转移段S3运动速度高于接
近段S2。检测开始则开启探头，其余时间关闭探头。

[0095] 获取所有采样点的Z值后，最大Z值与最小Z值的差小于0.05mm，满足实际使用要求，计算取样点Z向的均值Zavg＝(Zp1+......+Zpn)/n；零件加工坐标系初始Z向基准平面
在机床中的位置为Z＝Zavg；

[0096] 本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

[0097] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护
范围之内。