用于在计算机控制系统中对全局和局部偏移实施补偿的系统及方法技术方案

一种用于偏移CNC机加工过程的系统包括通过CNC机器的固定的G代码编程中的寄存器传输补偿变量，以及偏移CNC机器，而无需更改固定的G代码编程。全局补偿变量适用于CNC机加工过程的所有特征程序，并且局部补偿变量仅适用于单独特征或者特征群。机器响应于补偿变量进行位移。

【技术实现步骤摘要】

本申请总体上涉及用于为4轴、5轴或其它多轴CNC机器、或其它计算机控制系统实施全局和局部偏移的系统和方法。
技术介绍
计算机数控(CNC)机加工系统和其它计算机控制系统(诸如机器人)可以被用于工业设置以根据先前限定的计划精确地机加工零件。这些计划常常被开发为计算机辅助设计包，且可以表示为工程图的形式。CNC机器可根据装配的命令序列(例如，G代码)运行，该命令序列指示系统去通过移动可控的切削工具来机加工零件。在运行过程中，系统可监测零件和工具的实时位置，且可经由精确的伺服马达控制来控制其相对于零件的位置。零件可保持或夹持在固定装置中，固定装置则被定位在机器机加工工作台上。
技术实现思路
一种用于偏移CNC机加工过程的系统包括通过CNC机器中的寄存器来传输补偿变量，以及偏移CNC机器而无需改变固定的G代码编程。补偿变量包括全局变量和局部变量，全局变量应用于零件的所有特征，局部变量仅仅应用于具体的特征或特征群。坐标测量机(CMM)和补偿处理器相协作以基于误差数据生成补偿变量。通过以下结合附图对最佳方式的详细描述以及实施所述方法、结构和过程的其它实施例，本专利技术的上述特征和优势以及其它特征和优势变得非常清楚。附图说明图1是用于补偿机加工零件的尺寸精度的系统的示意图。图2是具有多个特征的零件的示意性俯视图。图3A是具有A工作台的4轴CNC轧机的示意性透视图。图3B是具有B工作台的4轴CNC轧机的示意性透视图。图3C是具有C工作台的4轴CNC轧机的示意性透视图。图3D是具有位于B工作台上的A工作台的5轴CNC轧机的示意性透视图。图3E是具有位于A工作台上的B工作台的5轴CNC轧机的示意性透视图。图4是坐标测量机的示意性透视图。图5是用于计算来自CMM测量数据的CNC校准偏移的计算机化方法的实施例的流程图。图6是将设置信息和CMM数据提供至补偿处理器的接口的框图。图7是用于计算CNC校准偏移的计算机化方法的实施例的流程图。图8是CNC机加工系统中的多个参考坐标系统的示意图。图9是坐标测量机中的参考坐标系统的示意图。图10是计算一个或多个CNC偏移的计算机化的方法的实施例的流程图，其包括最优全局偏移的求解和一个或多个局部偏移的计算。图11是由补偿处理器提供输出数据的流程图。图12是示出将补偿计算实施到CNC机器的固定G代码编程的示意图。图13是用于将全局和局部补偿变量传输至CNC补偿程序的人机界面(HMI)的示意图。具体实施方式参考附图，其中类似的附图标记用于标识各个视图中类似的或相同的部件，图1示出用于补偿机加工零件12的尺寸精度的示意性系统10。如所示，系统10可包括计算机数控(CNC)机加工系统14，其可通过一个或多个机加工工艺来在零件上生成一个或多个特征(例如，孔16)。在一实施例中，CNC机加工系统14可包括CNC轧机，例如，诸如4轴或5轴轧机(或者其它多轴计算机控制的系统、包括机器人)，且可执行诸如切割、端面铣削、镗削、珩磨和/或钻孔等工艺。零件12表示单组设计特性，通常由单个零件号表示。设计特性中的一些或所有特性通过CNC机加工系统14、或多个工件上用于生成零件12的多个系统的组合来实施。工件是被CNC机加工系统14变换且被转变成零件12的材料的单独示例，使得多个工件相继地行进通过负责生成零件12的CNC机加工系统14。在生产中，多个CNC机加工系统14可被用于(基本上同时地)处理多个工件，使得有多个正在生产零件12的平行生产线。此外，每个CNC机加工系统14可以能够生产多个不同的零件12，其具有不同组的设计特性和不同的特征。此外，每个CNC机加工系统14还可被配置成用于生成零件12的多个变型。一旦一个或多个特征被机加工成零件12的具体工件，坐标测量机(CMM)18可测量所得工件的一个或多个尺寸。每个测量到的尺寸可相对于已确立的基准或控制表面(其可被指定在零件12的相应的工程图中)。工程图可为每个测量指定一标称尺寸，且还可提供可接受的公差。系统10可以进一步包括补偿处理器20，其可以从CMM18接收部分测量数据22并计算一个或多个CNC全局偏移和一个或多个局部偏移24。补偿处理器20可以包括(例如，但不限于)COMP(机加工工艺的性能优化)软件包，其可以辅助计算一个或多个CNC偏移24。CNC偏移24在计算出之后即可以加载到CNC机加工系统14中以提高机加工工艺的尺寸精度。如图2中一般性所示，零件12可以包括多个特征26、28、30。每个特征均可以根据工程图通过CNC机加工系统14机加工而成。示例性特征可以包括(但不限于)洞、孔、沟槽和/或机加工面。每个机加工特征均可以相对于一个或多个基准或控制表面定位。例如，特征26与边缘32之间的距离可以限定第一尺寸34。同样，特征28与边缘32之间的距离可以限定第二尺寸36。当一个或多个机加工特征的尺寸(例如，尺寸34、36)偏离工程图中所提供的标称尺寸时，补偿处理器20提供的偏移可以修改机加工工艺并尝试减小偏差。在一实施例中，两类偏移可用于减小偏差：全局偏移和局部偏移(注意，两类偏移均可以并行地可用、实施)。全局偏移可以调整全局或机器坐标系38的原点和/或取向。这类偏移可以影响零件12的所有特征26、28、30的尺寸。因此，全局偏移可以是与零件12的刚性本体位移或旋转类似。相反，局部偏移可以通过仅仅是为单个特征或一组特征而修改CNC机器14的标称尺寸/定位而选择性地调整该特征或该组特征。如图2中所示，一些特征26、28、30可以具有相对于它们的局部中心或坐标系40、42限定出的标称位置，其进而又可以相对于机器坐标系38定位。因此，局部偏移可以在不影响其它特征的情况下在机器坐标系38内调整特征的局部中心40、42的标称位置。尽管全局偏移为是刚性本体移动，但它能够将工件坐标系调整至最优位置，使得特征偏差最小化。可能需要纠正的一类偏差可能是由弹性变形在机加工过程中造成的。例如，如果零件12没有足够的刚度以在机加工过程中抵抗夹紧力和/或切割工具压力，那么零件12可能在某些机加工过程中弹性变形。一旦去除外力，零件12就可以返回到未变形状态并使在零件变形期间被机加工出的任何特征位移。由补偿处理器20计算的全局偏移可以提供中值校正，使得总零件偏差最小化。代表总零件偏差的示例性度量可以包括每个测量尺寸与其各自提供的标称尺寸之间的差值的标准偏差。然而，在施加全局偏移调整后可能保留剩余偏差。剩余偏差可能对于带有紧密公差的特征来说并不是可以接受的。局部偏移可以允许调整该特定特征的偏差(即，在机加工期间)，使得其在任何弹性荷载去除后被精确地定位。如图3A-图3E中所示，在一些工业设置中，CNC机器可以配置为提供四个、五个、或更多个轴线的控制。图3A-图3C示出4轴CNC机器，图3D-图3E示出5轴机器。图3A一般性地示出4轴“A”CNC机器，图3B一般性地示出4轴“B”CNC机器，且图3C一般性地示出4轴“C”CNC机器。在4轴CNC机加工系统14的每个所示实施例中，切削主轴44可能能够进行三个度的平移，并且工作台46可能能够进行一个度的旋转。同样，图3D一般性地示出5轴“B上A”CNC机器214，其中，A工作台226位于B工作台228之上，并且图3E一般性地示出5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于偏移计算机数字控制(CNC)制造过程的系统，其包括：计算机数字控制(CNC)机器，其具有被配置为提供第一工件坐标限定的固定补偿程序；以及接口，其被配置为接收多个补偿变量并将所述补偿变量通信至所述CNC机器，其中所述CNC机器的所述固定补偿程序被配置为从所述接口输入所述补偿变量作为补偿参数，其中所述固定补偿程序被配置为基于所述补偿参数将所述第一工件坐标限定调整为第二工件坐标限定，且其中所述CNC机器被配置为基于所述第二工件坐标限定进行物理地位移。

【技术特征摘要】
2015.05.06 US 62/157694;2016.04.07 US 15/0930321.一种用于偏移计算机数字控制(CNC)制造过程的系统，其包括：计算机数字控制(CNC)机器，其具有被配置为提供第一工件坐标限定的固定补偿程序；以及接口，其被配置为接收多个补偿变量并将所述补偿变量通信至所述CNC机器，其中所述CNC机器的所述固定补偿程序被配置为从所述接口输入所述补偿变量作为补偿参数，其中所述固定补偿程序被配置为基于所述补偿参数将所述第一工件坐标限定调整为第二工件坐标限定，且其中所述CNC机器被配置为基于所述第二工件坐标限定进行物理地位移。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述补偿变量从所述接口经由内置于所述CNC机器的所述固定补偿程序的寄存器传输至所述CNC机器。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述CNC机器被配置为执行多个特征程序，且其中提供给所述CNC机器的所述补偿变量包括应用于所有特征程序的全局补偿变量和仅应用于所述多个特征程序的子集的局部补偿变量。4.根据权利要求3所述的系统，其中仅当所述多个特征程序的子集正在被实施时才将所述局部补偿变量添加到所述第二工件坐标限定，使得所述第二工件坐标限定基于局部补偿变量的应用而变化。5.根据权利要求4所述的系统，其还包括：坐标测量机(CMM)，其被配置为测量被机加工的工件和输出误差数据；以及补偿处理器，其被配置为根据所述误差数据确定所述补偿变量并将所述补偿变量传输到所述接口。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述CNC机器被配置为执行多个特征程序，且其中提供给所述CNC机器的所述补偿变量包括应用于所有特征程序的全局补偿变量和仅应用于所述多个特征程序的子集的局部补偿变量。7.一种用于偏移计算机控制的机器的方法，包括：发送补偿变量到接口，其中所述补偿变量包括全局变量和局部变量；通过所述接口将所述补偿变量输入到所述计算机控制的机器中，其中所述补偿变量是通过固定补偿程序的寄存器输入的；基于所述全局变量和所述局部变量执行所述固定补偿程序以物理地偏移所述计算机控制的机器；以及执行多个特征程序，其中所述全局变量偏移...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·顾，J·S·阿加皮尤，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US