一种钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床及其控制方法
阅读说明：本技术 一种钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床及其控制方法 (Milling machine for closed-angle milling machining of cambered surface of pendulum part and control method thereof ) 是由 周峰 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：一种钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床及其控制方法,包括铣床机架、操作平台、龙门立柱、龙门横梁、铣削机构、工作台、定位机构、视觉检测机构；所述操作平台安装在铣床机架上表面,所述操作平台上表面横向安装有X轴部件和纵向安装有Y轴部件,所述X轴部件和Y轴部件组成的十字滑台结构并且上方固定安装有工作台,所述工作台上表面固定设置有定位机构。本发明所述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床及其控制方法,结构设计合理,通过定位机构对弧面闭角结构的钟摆零件进行定位固定,使得钟摆零件在铣削加工时不会出现松动,提高了铣削加工的精度,采用非接触的视觉检测机构,实现工作台、铣削机构精准移动,智能化程度高,应用前景广泛。(A milling machine for milling and machining a closed angle of a cambered surface of a pendulum part and a control method thereof comprise a milling machine frame, an operation platform, a gantry upright post, a gantry cross beam, a milling mechanism, a workbench, a positioning mechanism and a visual detection mechanism; operation platform installs at milling machine frame upper surface, operation platform upper surface transversely installs X axle component and vertically installs the Y axle component, the cross slip table structure and the top fixed mounting that X axle component and Y axle component are constituteed have the workstation, fixed surface is provided with positioning mechanism on the workstation. The milling machine for milling the closed angle of the cambered surface of the pendulum part and the control method thereof have the advantages that the structural design is reasonable, the pendulum part with the closed angle of the cambered surface structure is positioned and fixed through the positioning mechanism, the pendulum part cannot be loosened during milling, the milling precision is improved, the precise movement of the workbench and the milling mechanism is realized by adopting the non-contact visual detection mechanism, the intelligent degree is high, and the application prospect is wide.)
技术领域
本发明涉及铣床技术领域，具体涉及一种钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床及其控制方法。
背景技术
钟摆是根据单摆原理制成的，常用于调节时钟或其他机械的运动件。铣床是钟摆零部件加工过程中必不可少的设备之一。铣床主要指用铣刀对工件多种表面进行加工的机床。通常，铣床的铣刀以旋转运动为主运动，工件和铣刀的移动为进给运动。在铣床上可以加工平面(水平面、垂直面)、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮)、螺旋形表面(螺纹、螺旋槽)及各种曲面。此外，铣床还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。由于是多刃断续切削，因而铣床的生产率较高。
由于钟摆的零部件常常具有弧面闭角结构，在钟摆零部件铣削加工中，经常会遇到钟摆零部件难以调平的情况，尤其表现在钟摆零部件是曲面时，工件难以定位在铣床工作台上。一方面是由于曲面难以支撑容易产生滑动，另一方面是当钟摆零部件出现少许不平时，支撑工装往往不具备微调功能，需要把钟摆零部件拆卸，浪费时间和人力。因此，需要研发出一种钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床及其控制方法。
中国专利申请号为CN202022667647.3公开了一种可调节式铣床，目的是利用第一铣刀对加工件进行加工，当驱动机构推动电机箱向第二铣刀一侧方向移动，电机输出端上的主动轮与和第二铣刀相连接的驱动杆上的传动齿轮相啮合，从而带动第二铣刀转动，可以利用第二铣刀对加工件进行加工，没有解决铣床难以固定弧面闭角结构钟摆零件进行铣削加工的问题。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床及其控制方法，结构设计合理，控制方法简单，通过定位机构对弧面闭角结构的钟摆零件进行定位固定，使得钟摆零件在铣削加工时不会出现松动，提高了铣削加工的精度，采用非接触的视觉检测机构，实现工作台、铣削机构精准移动，智能化程度高，应用前景广泛。
技术方案：一种钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，包括铣床机架、操作平台、龙门立柱、龙门横梁、铣削机构、工作台、定位机构、视觉检测机构；所述操作平台安装在铣床机架上表面，所述操作平台上表面横向安装有X 轴部件和纵向安装有Y轴部件，所述X 轴部件和Y轴部件组成的十字滑台结构并且上方固定安装有工作台，所述工作台上表面固定设置有定位机构；所述龙门立柱为2个，2个所述龙门立柱分别竖直固定安装在操作平台上表面的左端和右侧并且位于X 轴部件后侧，所述龙门横梁水平设置在操作平台上方并且左右两端分别固定在所述龙门立柱上端；所述龙门横梁上安装有Z轴部件，所述Z轴部件上安装有Z轴滑台，所述铣削机构通过安装支座安装在Z轴滑台上并且朝向工作台；2个所述龙门立柱前侧面均设置有视觉检测机构。
本发明所述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，结构设计合理，整体上采用龙门式结构，结构更紧凑，提高空间利用率，稳定性好，通过定位机构对弧面闭角结构的钟摆零件进行定位固定，并且采用非接触的视觉检测机构，在铣削加工过程中实时确定位置、合理规划铣削路径，实现工作台、铣削机构精准移动，智能化程度高，应用前景广泛。
进一步的，上述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，所述X 轴部件和Y轴部件分别通过 X轴伺服电机、 Y 轴伺服电机驱动X 轴部件和Y轴部件对应的丝杠螺母机构，实现工作台在 X方向和Y 方向的运动；所述Z轴部件通过 Z 轴伺服电机驱动Z轴部件丝杠螺母机构，实现 Z轴滑台Z方向的运动。
通过X 轴部件、Y轴部件、Z轴部件能够实现沿X、Y、Z三个直线运动坐标移动, 所述X 轴部件、Y轴部件、Z轴部件均为现有技术中的常见结构，X 轴部件、Y轴部件、Z轴部件均是由导轨、导轨滑块、联轴器、丝杠、丝杠螺母座、轴承座、支承板等部件组成，在这里就不一一赘述，不影响本发明技术方案的实现。
进一步的，上述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，所述定位机构包括基座、支撑块、吸附固定柱和卡盘；所述基座设置在工作台上表面，所述基座为矩形结构，所述基座的上表面设置有若干通槽，所述支撑块通过限位螺杆和限位螺母固定在通槽上，所述支撑块的上表面呈圆弧面；所述吸附固定柱的数量为四个，所述吸附固定柱设置在基座的上表面中间区域；所述吸附固定柱包括固定柱和吸附盘，所述固定柱和吸附盘之间铰连接，所述固定柱和吸附盘之间的铰连接处设置有旋紧螺母，所述吸附盘的中心处设置有抽气孔，所述固定柱的下端设置有抽气柱，所述抽气孔与抽气柱之间通过气管连接，所述固定柱与基座的上表面固定连接，所述基座的轴向一侧设置有卡盘。
进一步的，上述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，若干个所述通槽包括横向的通槽和纵向的通槽；所述限位螺杆与支撑块的下端面焊接，所述限位螺母包括上限位螺母和下限位螺母，分别固定在通槽的上下两端；所述吸附盘的上端设置有橡胶覆膜，所述抽气柱的上方设置有放气阀。
所述定位机构，结构设计合理，将弧面闭角结构的钟摆零件的待加工面朝上，放置在吸附固定柱的吸附盘上，打开利用抽气泵连接固定柱下端的抽气柱，打开放气阀，对吸附盘内进行抽气，使钟摆零件牢牢吸附在吸附盘的橡胶覆膜上，关闭放气阀，断开抽气泵和抽气柱之间的连接，然后，调整吸附盘和钟摆零件的角度，旋紧旋紧螺母固定钟摆零件，随后，将支撑块安装到通槽内，调节限位螺母的位置，使支撑块到达合适的支撑位置抵住钟摆零件的下端面，最后，将基座通过卡盘固定到工作台上即可进行铣削加工。
本发明通过支撑块来支撑钟摆零件，支撑块的数量可自由选择，支撑块的位置可自由设置在横向、纵向的通槽上，支撑块的支撑高度可以通过限位螺杆和限位螺母来调节，能够满足不同尺寸形状的钟摆零件，提高了使用灵活性，采用吸附固定柱来固定钟摆零件，利用低压吸附的原理，牢牢固定住钟摆零件，使得钟摆零件在铣削加工时不会出现松动，进而影响铣削加工的精度，安全可靠。
进一步的，上述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，所述铣削机构包括电机、电主轴、铣刀；所述电机、电主轴、铣刀从上至下依次连接；所述电机位于电主轴上方并且与安装支座固定连接，所述电主轴位于安装支座内部，所述铣刀位于安装支座下方。
本发明采用电机、电主轴、铣刀合为一体的电主轴结构，电机负责为铣刀的高速旋转提供动力，电主轴将动力传递给铣刀，以完成铣刀切削动力的输出。
进一步的，上述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，所述视觉检测机构包括CCD摄像机、图像采集卡、固定支架；所述固定支架设置在龙门立柱前侧面，所述CCD摄像机安装在固定支架上并且朝向工作台设置，所述CCD摄像机朝向工作台的一侧安装有镜头，所述CCD摄像机采用高分辨率工业数字 CCD 摄像机，所述镜头采用双远心机器视觉镜头；所述CCD摄像机拍照并且将采集的图像通过图像采集卡传送到计算机，所述计算机通过驱动控制器分别对X轴伺服电机、 Y 轴伺服电机、Z 轴伺服电机进行驱动控制。
本发明将高分辨率工业数字 CCD 摄像机配合双远心机器视觉镜头使用，拍摄、显示的画面具有优异的分辨率，有利于计算机在铣削加工过程中实时确定铣削情况、位置、合理规划铣削路径。
进一步的，上述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，所述操作平台的正上方设置有LED光源。
本发明还涉及上述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床的控制方法，其特征在于，所述控制方法，依次包括如下步骤：
（1）加工前，将钟摆零件通过定位机构固定在工作台上，通过计算机发送指令使视觉检测机构的CCD摄像机对工作台的现场环境进行拍摄；
（2）CCD摄像机拍照并且将采集的图像通过图像采集卡传送到计算机进行图像处理；
（3）计算机对采集的图像进行处理，通过计算机数据库预存的铣削加工参数或者操作人员输入的铣削加工参数设定，规划铣削加工路径，通过驱动控制器分别对X 轴部件的X轴伺服电机、Y 轴部件的 Y 轴伺服电机、Z 轴部件的Z 轴伺服电机进行驱动控制，从而实现铣削机构、工作台在三维方向的移动；
（4）当铣削机构、工作台均到达指定铣削加工点时，计算机控制铣削机构的电机根据输入的铣削加工参数设定进行铣削加工。
本发明的有益效果为：
（1）本发明所述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，结构设计合理，整体上采用龙门式结构，结构更紧凑，提高空间利用率，稳定性好；
（2）本发明所述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，通过定位机构对弧面闭角结构的钟摆零件进行定位固定，能够满足不同尺寸形状的钟摆零件，提高了使用灵活性，采用吸附固定柱来固定钟摆零件，利用低压吸附的原理，牢牢固定住钟摆零件，使得钟摆零件在铣削加工时不会出现松动，进而影响铣削加工的精度，安全可靠；
（3）本发明所述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床的控制方法，采用非接触的视觉检测机构，在铣削加工过程中实时确定铣削情况、位置、合理规划铣削路径，实现工作台、铣削机构精准移动，智能化程度高，应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明所述钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床的结构示意图；
图2为本发明所述钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床的定位机构的结构示意图；
图3为本发明所述钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床的吸附固定柱的结构示意图；
图4为本发明所述钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床的支撑块的结构示意图；
图5为本发明所述钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床的支撑块的整体构架图；
图中：铣床机架1、操作平台2、X 轴部件21、Y轴部件22、X轴伺服电机23、 Y 轴伺服电机24、龙门立柱3、龙门横梁4、Z轴部件41、Z轴滑台42、安装支座43、Z 轴伺服电机44、铣削机构5、电机51、电主轴52、铣刀53、工作台6、定位机构7、基座71、通槽711、横向的通槽7111、纵向的通槽7112、支撑块72、限位螺杆721、限位螺母722、吸附固定柱73、固定柱731、吸附盘732、橡胶覆膜7321、旋紧螺母733、抽气孔734、抽气柱735、放气阀736、卡盘74、视觉检测机构8、CCD摄像机81、镜头811、图像采集卡82、固定支架83、计算机9、驱动控制器10。
具体实施方式
下面结合附图1-5和具体实施例，进一步阐明本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-5所示的上述结构的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，包括铣床机架1、操作平台2、龙门立柱3、龙门横梁4、铣削机构5、工作台6、定位机构7、视觉检测机构8；所述操作平台2安装在铣床机架1上表面，所述操作平台2上表面横向安装有X 轴部件21和纵向安装有Y轴部件22，所述X 轴部件21和Y轴部件22组成的十字滑台结构并且上方固定安装有工作台6，所述工作台6上表面固定设置有定位机构7；所述龙门立柱3为2个，2个所述龙门立柱3分别竖直固定安装在操作平台2上表面的左端和右侧并且位于X 轴部件21后侧，所述龙门横梁4水平设置在操作平台2上方并且左右两端分别固定在所述龙门立柱3上端；所述龙门横梁4上安装有Z轴部件41，所述Z轴部件41上安装有Z轴滑台42，所述铣削机构5通过安装支座43安装在Z轴滑台42上并且朝向工作台6；2个所述龙门立柱3前侧面均设置有视觉检测机构8。
此外，所述X 轴部件21和Y轴部件22分别通过 X轴伺服电机23、 Y 轴伺服电机24驱动X 轴部件21和Y轴部件22对应的丝杠螺母机构，实现工作台6在 X方向和Y 方向的运动；所述Z轴部件41通过 Z 轴伺服电机44驱动Z轴部件41丝杠螺母机构，实现 Z轴滑台44Z方向的运动。
此外，所述定位机构7包括基座71、支撑块72、吸附固定柱73和卡盘74；所述基座71设置在工作台6上表面，所述基座71为矩形结构，所述基座71的上表面设置有若干通槽711，所述支撑块72通过限位螺杆721和限位螺母722固定在通槽711上，所述支撑块72的上表面呈圆弧面；所述吸附固定柱73的数量为四个，所述吸附固定柱73设置在基座71的上表面中间区域；所述吸附固定柱73包括固定柱731和吸附盘732，所述固定柱731和吸附盘732之间铰连接，所述固定柱731和吸附盘732之间的铰连接处设置有旋紧螺母733，所述吸附盘732的中心处设置有抽气孔734，所述固定柱731的下端设置有抽气柱735，所述抽气孔734与抽气柱735之间通过气管连接，所述固定柱731与基座71的上表面固定连接，所述基座71的轴向一侧设置有卡盘74。
此外，若干个所述通槽711包括横向的通槽7111和纵向的通槽7112；所述限位螺杆721与支撑块72的下端面焊接，所述限位螺母722包括上限位螺母和下限位螺母，分别固定在通槽711的上下两端；所述吸附盘732的上端设置有橡胶覆膜7321，所述抽气柱735的上方设置有放气阀736。
进一步的，所述铣削机构5包括电机51、电主轴52、铣刀53；所述电机51、电主轴52、铣刀53从上至下依次连接；所述电机51位于电主轴52上方并且与安装支座43固定连接，所述电主轴52位于安装支座43内部，所述铣刀53位于安装支座43下方。
进一步的，所述视觉检测机构8包括CCD摄像机81、图像采集卡82、固定支架83；所述固定支架84设置在龙门立柱3前侧面，所述CCD摄像机81安装在固定支架84上并且朝向工作台6设置，所述CCD摄像机81朝向工作台6的一侧安装有镜头811，所述CCD摄像机81采用高分辨率工业数字 CCD 摄像机，所述镜头811采用双远心机器视觉镜头；所述CCD摄像机81拍照并且将采集的图像通过图像采集卡82传送到计算机9，所述计算机9通过驱动控制器10分别对X轴伺服电机23、 Y 轴伺服电机24、Z 轴伺服电机44进行驱动控制。
此外，所述操作平台2的正上方设置有LED光源。
实施例
基于以上的结构基础，如图1-5所示。
本发明所述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床，结构设计合理，整体上采用龙门式结构，结构更紧凑，提高空间利用率，稳定性好，通过定位机构7对弧面闭角结构的钟摆零件进行定位固定，并且采用非接触的视觉检测机构8，在铣削加工过程中实时确定位置、合理规划铣削路径，实现工作台6、铣削机构5精准移动，智能化程度高，应用前景广泛。
其中，通过X 轴部件21、Y轴部件22、Z轴部件41能够实现沿X、Y、Z三个直线运动坐标移动, 所述X 轴部件21、Y轴部件22、Z轴部件41均为现有技术中的常见结构，X 轴部件21、Y轴部件22、Z轴部件41均是由导轨、导轨滑块、联轴器、丝杠、丝杠螺母座、轴承座、支承板等部件组成，在这里就不一一赘述，不影响本发明技术方案的实现。
进一步的，所述定位机构7，结构设计合理，将弧面闭角结构的钟摆零件的待加工面朝上，放置在吸附固定柱73的吸附盘732上，打开利用抽气泵连接固定柱731下端的抽气柱735，打开放气阀736，对吸附盘732内进行抽气，使钟摆零件牢牢吸附在吸附盘732的橡胶覆膜7321上，关闭放气阀736，断开抽气泵和抽气柱735之间的连接，然后，调整吸附盘732和钟摆零件的角度，旋紧旋紧螺母733固定钟摆零件，随后，将支撑块72安装到通槽711内，调节限位螺母722的位置，使支撑块72到达合适的支撑位置抵住钟摆零件的下端面，最后，将基座71通过卡盘74固定到工作台6上即可进行铣削加工。
本发明通过支撑块72来支撑钟摆零件，支撑块72的数量可自由选择，支撑块72的位置可自由设置在横向的通槽7111、纵向的通槽7112上，支撑块72的支撑高度可以通过限位螺杆721和限位螺母622来调节，能够满足不同尺寸形状的钟摆零件，提高了使用灵活性，采用吸附固定柱63来固定钟摆零件，利用低压吸附的原理，牢牢固定住钟摆零件，使得钟摆零件在铣削加工时不会出现松动，进而影响铣削加工的精度，安全可靠。
进一步的，本发明采用电机51、电主轴52、铣刀53合为一体的电主轴结构，电机51负责为铣刀53的高速旋转提供动力，电主轴52将动力传递给铣刀53，以完成铣刀53切削动力的输出。。
其中，本发明将高分辨率工业数字 CCD 摄像机81配合双远心机器视觉镜头811使用，拍摄、显示的画面具有优异的分辨率，有利于计算机9在铣削加工过程中实时确定铣削情况、位置、合理规划铣削路径。
所述的钟摆零件弧面闭角铣削加工用铣床的控制方法，依次包括如下步骤：
（1）加工前，将钟摆零件通过定位机构7固定在工作台6上，通过计算机9发送指令使视觉检测机构8的CCD摄像机81对工作台6的现场环境进行拍摄；
（2）CCD摄像机81拍照并且将采集的图像通过图像采集卡82传送到计算机9进行图像处理；
（3）计算机9对采集的图像进行处理，通过计算机9数据库预存的铣削加工参数或者操作人员输入的铣削加工参数设定，规划铣削加工路径，通过驱动控制器10分别对X 轴部件21的X轴伺服电机23、Y 轴部件22的 Y 轴伺服电机24、Z 轴部件41的Z 轴伺服电机44进行驱动控制，从而实现铣削机构5、工作台6在三维方向的移动；
（4）当铣削机构5、工作台6均到达指定铣削加工点时，计算机9控制铣削机构5的电机51根据输入的铣削加工参数设定进行铣削加工。
进一步的，所述图像处理，包括如下步骤：
（1）直方图均衡化：计算机9先统计采集的图像的直方图，计算新的灰度级，然后修正为合理的灰度级，计算出该采集的图像的新直方图，生成新的图像；
（2）图像去噪：对上述图像进行均值滤波处理，使用权值系数， 将上述图像待处理像素点的领域点进行加权平均计算，将得到的计算结果赋予该点，直至将图像中的每一个像素点都处理完毕；
（3）阈值分割：对上述图像采用双峰法进行阈值分割；
（4）图像边缘提取：对上述图像采用canny 算子进行图像边缘提取检测，然后采用膨胀与腐蚀的综合运算， 使上述图像的边缘信息更加清晰。
由于在图像采集的过程中，不可避免的就会出现光照不良以及操作不规范等现象，这些都会导致所得到的图像与理想存在偏差，比如噪声，图像位置需要校正等，这些问题会对图像分析是否准确造成很大的干扰。因此，计算机9得到采集的图像后，为了使得计算机9可以更好地识别需要检测的特征信息，需要对图像进行一系列的图像处理，从而解决上述问题。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。