大型结构件制造过程中的防错方法与流程

本发明属于机械加工领域，特别涉及一种大型结构件制造过程中的防错方法。

背景技术：

近年来，在机械加工领域里用于制造大型结构件的材料主要以附加值高的超高强度钢、钛合金等为主。在现有技术中，大型机构件在制造过程中存在下述缺陷：

第一，由于现有的数控机床设备使用寿命超限，刀库处于“停摆”状态，因此容易造成操作者使用的刀具和程序不相符(不是用错规格，就是刀尖参数不匹配加工程序)。

第二，任务较多，容易遗忘是否已经确定对刀原点。

第三，粗加工和半精加工处理的数据量大，复杂的产品结构导致程序的数量多达200个，网络传输的稳定性和可靠性尚不能支撑在线加工，而机床的内存小，程序调用频繁，操作者易错调或漏调，加工或返修成本高。

第四，编程数据不体现对应工位，操作者调用程序与加工工位不匹配，致使产品铣伤。

第五，工装夹具的累积制造误差严重影响产品精度，常需操作人员纠正补偿其偏差值；余量去除过程中，余量去除大、调用程序多、刀具更换频繁，状态过程不稳定。

因此，需要发明一种简易有效、占据空间小、普遍适用的针对机械加工过程中防止大型结构件错误加工的方法，既有市场潜力，又有客户需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种大型结构件制造过程中的防错方法，可以预防刀具使用错误、加工刀具与调用程序的符合性错误、对刀错误、原点数据输入错误、工位与程序匹配性错误等，减少产品的超差、报废，同时根据算法设计的程序占据空间较小，简单易懂，便于调用。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种大型结构件制造过程中的防错方法，包括以下步骤：

步骤一，在机床工作台上设置一检测棒；

步骤二，输入刀具参数、检测棒参数、检测棒在机床坐标系中的位置信息和数控程序在机床坐标系中的工位信息；所述刀具参数包括刃口最大直径和刀尖楔角值；所述检测棒参数包括横截面直径和高度；

步骤三，获取加工时产品在机床坐标系中的工位状态信息；

步骤四，获取当前加工程序所选用的加工坐标系序号，并将当前加工坐标系原点与机床原点进行比较，将比较结果以增量的形式存储在数控系统中缓冲；

当刀具补偿号激活时，识别换刀方式，并将长度补偿号存入数控系统中缓冲；当刀具补偿号未激活时，读取当前产品加工坐标系的Z坐标值存入数控系统缓冲；当当前刀具相对于前一刀具刀尖改变、且当前加工坐标原点和角度坐标相对于前一加工坐标原点和角度坐标在机床坐标系内发生变化时，将当前程序输入参数与寄存器的存储值进行比较，增量发生改变的，标志位逻辑值同步动态更新，并存储刀具参数、产品安装角度、对刀值和相应的增量值；当涉及程序调用过程中的工位逆序、工位超越、程序不变而工位跳转、批量生产的当前加工坐标原点或角度相对于前一加工坐标原点或角度不变而加工工位变化时、机床坐标系偏移值超范围输入时，报警。

上述过程中，借助一套检测棒，通过增量设计、断电记忆、标志位管理、条件判断与逻辑运算，根据编程参数判定使用刀具和编程刀具的符合性，工位状态和调用程序的匹配性，单件研制和批量生产的适应性，实现初始工位参数的选择。通过条件判断限制操作者对机床坐标偏移值的输入，针对出现的操作问题给出警示。

进一步地，所述步骤四中还包括，如果当前刀具相对前一刀具较长，且没进行对刀确认，则以铣伤检测棒顶端的方式警示，并在后续处理中设置提醒操作者检查动作状态的单步动作。

进一步地，所述步骤四中还包括，通过程序首先控制刀尖圆角绕行检测棒边缘以预防装错刀片，再运行至刀具边缘以预防刀具用错。

控制安装刀具在检测棒上运行设定的轨迹，依据实际轨迹状况(过切或干涉)，判断使用刀具的正确性。

进一步地，所述步骤四中还包括，批量生产过程中，当当前加工坐标原点和角度坐标相对于前一加工坐标原点和角度坐标在机床坐标系内变化时，数控系统根据工位输入值对工位存储值进行初始化；当输入值为第一工位且坐标原点变化时，无论角度是否变化，工位存储值自动初始化；当坐标原点无变化时，初始化过程需操作者确认。

作为一种优选方式，所述步骤一中的检测棒包括圆柱形防错棒体和圆柱形防错棒头，所述防错棒体的一端固定于机床工作台上，防错棒体的另一端与防错棒头固连，防错棒体与防错棒头同轴。

作为一种优选方式，所述步骤二中，程序组合按工位管理，同工位的程序指定相同的数值代码，并按增量从小到大组合排列，对于使用夹具加工的，按加工顺序归类工位。

作为一种优选方式，所述步骤三中，变异回转体的加工由旋转工作台安装固定，首件加工坐标原点的变化由加工坐标原点相对于机床坐标原点的改变判定，工位状态变化由机床回转台进行角度控制，并通过控制回转台角度和加工坐标原点增量的方式来实现；批量生产过程中，如果当前加工坐标原点和角度坐标相对于前一加工坐标原点和角度坐标在机床坐标系内均无变化，则系统产生报警提示，由操作者进行状态确认。

作为一种优选方式，所述步骤三中，非回转体的加工由夹具固定或摆头加工时，加工坐标原点的变化由加工坐标原点相对于机床坐标原点的改变判定，以加工坐标原点增量的方式去获取工位状态，后续工位无加工坐标原点变化的，操作者根据报警提示进行状态确认。

作为一种优选方式，所述步骤四中，当工位逆序、工位超越、程序不变而工位跳转时，报警并按强行终止处理。

作为一种优选方式，所述步骤四中，当批量生产的当前加工坐标原点或角度相对于前一加工坐标原点或角度不变而加工工位变化时，由操作者对所加工工件进行状态确认后再执行后续加工程序；当机床坐标系偏移值超范围输入时，在设定范围内修正偏置值。

本发明模块开放、检测可靠、普遍适用，能够在制造过程中预防因刀具、对刀原点、工位匹配、机床坐标系的偏移补偿等错误而引起的大型结构件的报废。

附图说明

图1为本发明中检测棒的结构示意图。

图2为本发明方法实施过程的流程图。

其中，1为防错棒体，2为防错棒头。

具体实施方式

如图2所示，本发明的一实施方法包括以下步骤：

步骤一，在机床工作台上设置一检测棒；所述检测棒包括圆柱形防错棒体1和圆柱形防错棒头2，所述防错棒体1的一端固定于机床工作台上，防错棒体1的另一端与防错棒头2固连，防错棒体1与防错棒头2同轴。检测棒的结构如图1所示。其中防错棒体1由经济价值较低的45#钢加工而成，由螺栓、螺帽自由固定于机床工作台上，原则上安装在不影响加工工件位置处，不宜太近也不宜太远。防错棒头2由韧性较高的四氟乙烯加工而成，通过螺纹配合固定于防错棒体1上。使用四氟材料可以有效地避免刀片崩裂和刀杆挤断情形发生，减少刀具损失，可以提高防错棒头2的可互换性，经济实惠。

步骤二，输入刀具参数、检测棒参数、检测棒在机床坐标系中的位置信息和数控程序在机床坐标系中的工位信息；所述刀具参数包括刃口最大直径和刀尖楔角值；所述检测棒参数包括横截面直径和高度。鉴于钻头、铰刀和镗刀的对刀方式，钻头刀尖楔角值按120°赋值，铰刀和镗刀刀尖楔角值按90°赋值。

根据产品加工的需要，以及数控系统输入输出接口特点，在数控加工程序中不能直接体现的包括刀具和检测棒的参数、检测棒的位置信息、数控程序的工位特征信息。刀具参数(刃口最大直径和刀尖楔角值)、检测棒参数和工位信息必须由外部输入，并通过完善后置处理文件实现。

步骤三，获取加工时产品在机床坐标系中的工位状态信息。

根据产品实现过程的差异(完全回转体不予讨论)，变异回转体的实现依靠转台或复合转台，而非回转体则依靠夹具或机床摆头。

变异回转体的加工由旋转工作台安装固定，首件加工坐标原点的变化由加工坐标原点相对于机床坐标原点的改变判定，工位状态变化由机床回转台进行角度控制，并通过控制回转台角度和加工坐标原点增量的方式来实现；批量生产过程中，如果当前加工坐标原点和角度坐标相对于前一加工坐标原点和角度坐标在机床坐标系内均无变化，则系统产生报警提示，由操作者进行状态确认。

非回转体的加工由夹具固定或摆头加工时，加工坐标原点的变化由加工坐标原点相对于机床坐标原点的改变判定，以加工坐标原点增量的方式去获取工位状态，后续工位无加工坐标原点变化的，操作者根据报警提示进行状态确认。

通过增量智能判断和人工确认方式的结合，实现了加工的分类和程序的工位管理，严格规范了操作流程，极大地提高了产品加工的安全性。

步骤四，通过系统参数的读取，获取当前加工程序所选用的加工坐标系序号，并将当前加工坐标系原点与机床原点进行比较，将比较结果以增量的形式存储在数控系统中缓冲；

当刀具补偿号激活时，识别换刀方式，并将长度补偿号存入数控系统中缓冲；当刀具补偿号未激活时，读取当前产品加工坐标系的Z坐标值存入数控系统缓冲；当当前刀具相对于前一刀具刀尖改变、且当前加工坐标原点和角度坐标相对于前一加工坐标原点和角度坐标在机床坐标系内发生变化时，将当前程序输入参数与寄存器(断电保持型)的存储值进行比较，增量发生改变的，标志位逻辑值同步动态更新，并存储刀具参数、产品安装角度、对刀值和相应的增量值；当涉及程序调用过程中的工位逆序、工位超越、程序不变而工位跳转、批量生产的当前加工坐标原点或角度相对于前一加工坐标原点或角度不变而加工工位变化时、机床坐标系偏移值超范围输入时，报警。

产品加工坐标系原点与检测棒顶端的Z坐标的增量为固定值，如果当前刀具相对前一刀具较长，且没进行对刀确认，则以铣伤检测棒顶端的方式警示，并在后续处理中设置提醒操作者检查动作状态的单步动作。

所述步骤四中还包括，通过外部检测棒，通过程序首先控制刀尖圆角绕行检测棒边缘以预防装错刀片，再运行至刀具边缘以预防刀具用错。

所述步骤四中还包括，批量生产过程中，当当前加工坐标原点和角度坐标相对于前一加工坐标原点和角度坐标在机床坐标系内变化时，数控系统根据工位输入值对工位存储值进行初始化；当输入值为第一工位且坐标原点变化时，无论角度是否变化，工位存储值自动初始化；当坐标原点无变化时，初始化过程需操作者确认。工位复位控制表如下表1所示。

表1

所述步骤二中，程序组合按工位管理，同工位的程序指定相同的数值代码，并按增量从1、2、3…从小到大组合排列，对于使用夹具加工的，按加工顺序归类工位。

所述步骤四中，当工位逆序、工位超越、程序不变而工位跳转时，报警并按强行终止处理。

所述步骤四中，当批量生产的当前加工坐标原点或角度相对于前一加工坐标原点或角度不变而加工工位变化时，由操作者对所加工工件进行状态确认后(如将当前调用工位数值修改为负值)再执行后续加工程序；当机床坐标系偏移值超范围输入时，在设定范围内修正偏置值，实现程序的运行。

本发明适用于法兰克(或西门子)系统机床，以法兰克系统为例对本发明中模块化程序进行阐述：

1、防错程序调用

防错程序调用时，该调用模块语句放在第一句Z轴定位(G90 G0 G54 Z300.)之后，X、Y轴定位之前，主要目的是由主程序选择加工坐标系及编程方式，刀具抬高到安全位置，预防切伤工件，同时便于防错模块读取当前坐标系及坐标值，然后调用防错的检查程序，若主程序中有镜像、旋转、极坐标之类指令应放在防错调用程序语句之后，实现快速定位和产品的顺序加工。

1.1法兰克系统防错程序调用

G65 P8000 DXX RXX QXX SXX

注释：

XX为数值

DXX：刀具直径

RXX：刀具圆角/刀具特质值

QXX：检测棒的直径

SXX：工位号

1.2西门子系统防错程序调用

SCHECK(a，b，c，d，e)

注释：

a、b、c、d、e均为数值

a：刀具直径

b：刀具圆角/刀具特质值

c：检测棒的直径

d：检测棒坐标系，一般默认为57

e：工位号

2、加工前工件的装夹、找正及刀具准备

对照制造工艺要求，准确定位工件状态，找正中线或端面，然后压紧，并将需要的刀具准备到位。

3、原点设置

此为运行程序前关键一步，只有保证此步骤准确无误的操作，才可以做到防错程序正常有效地运行。

3.1工件原点的设置

在G54中输入工件原点的机械坐标值。若加工原点需要精偏置时，法兰克系统在公共坐标中进行，西门子系统则在G54的精偏置选项中进行。为保证在首次确定加工坐标系XY原点值的正确，可采用刀尖定位至划线冲点，也可以设计轮廓检查数控程序，通过余量检查确定。

3.2检测棒的原点设置

在G57中设定的X、Y轴坐标值为检测棒中心的机械坐标值，通过找检测棒的外圆跳动确定，Z轴坐标值为检测棒顶面相对于工件原点Z向的高差值(相对值)，当检测棒的顶面高于工件原点时，则Z值输入正值，反之为负。

4、典型结构件工位状态确认

4.1坐标系原点和角度不变的确认

在工件的定位旋转依靠手动进行时，初始工位不受此影响，后续工位模块化程序判定工件角度不变。如果工件转换工位后，由于加工坐标系原点坐标的坐标值、旋转轴角度与寄存器中的存储值一致，系统报警停止运行，操作者需确认工位，此时操作者需将此每个工位首个程序中的防错程序块G65 P8000 Dxx Rxx Qxx Sxx中的Sxx置为S-xx，其余保持不变，当前工位后续程序即可正常执行。

4.2连续加工时坐标系原点不变的确认

在首件加工时，加工坐标系原点坐标的坐标值、旋转轴角度与寄存器中相对应的存储值任意一个值发生变化时，程序可正常执行。工件首件完成后，如果后续加工件的状态与首件位置一致，执行第一工位的第一个程序时，系统报警并停止运行，此时操作者需将防错程序块G65 P8000 DXX RXX QXX S1.0中的S1.0置为S-1.0，其余保持不变(即操作者对所加工工件的状态确认)，后续所有工位程序即可正常运行。

4.3加工时坐标系原点变化的状态确认

在加工时，工件转换工位后，加工坐标系原点坐标的坐标值、旋转轴角度与寄存器中相对应的存储值任意一个值发生变化时，程序不用改变相应工位参数即可正常运行。

5、正常运行工件加工程序。

6、自动调用防错程序。

7、读取参数与寄存器中相关数据做判断与程序运算。

7.1读取程序中工位号S值，如在第1工位调用定义的第2工位程序，显示“程序错误”；如在第3工位调用定义的第1工位程序，显示“程序错误”；如在第1工位调用定义的第3工位程序，显示“程序调用错误”；

7.2读取新程序中刀具直径，刀具圆角/角度及机床G54中X、Y坐标系值、刀具对刀Z值，与机床中原储存数据是否相同，如果有一项发生变化则需运行防错程序，进行加工前防错，如果都没有变化则防错轨迹不执行；

7.3读取机床公共坐标系中的偏移补偿值如果超出防错程序允许范围，则显示“轴偏移值超差”

上述步骤是在数控系统中应用本发明的一个完整的步骤说明。本发明具有良好的普遍适用性，通过对工位程序分类置位管理，当工件加工时发生刀具直径或圆角使用错误、坐标原点输入错误、不同工位程序调用错误、原点偏移过大等疏忽大意的错误时，通过检测棒验证来保护产品不被铣伤，将人为因素降至最低。通过大型典型结构件的运用，本发明对避免发生因人为因素引起的工件报废起到了积极的控制与预防作用。