一種簡易加工中心對刀儀的設計

2012-09-12 09:08:44韓加好王曉虹

組合機床與自動化加工技術 2012年12期

韓加好，陳穎，王曉虹

(連云港職業技術學院，江蘇連云港 222006)

0 引言

目前加工中心上常用的Z向對刀裝置主要分為兩類。一類是光學刀具輪廓對刀儀［1］，其對刀的精度和自動化程度都比較高，但價格昂貴，須請專人安裝調試，且維護成本較高。第二類是機械對刀器，其結構簡單，但自動化程度低，對刀器在對刀中主要起基準平臺的作用，在對刀過程的最后需要手工將Z向刀偏計算輸入系統。目前大型加工企業多使用第一類對刀儀，第二類的機械對刀器由于對刀效率與直接對刀相比并沒有太大提高，基本處于可用可不用的“雞肋”狀況。本文考慮設計一種適合于中小型企業、性價比高的簡易對刀儀。該對刀儀能實現快速對刀(刀具能以較快速度與對刀儀接觸)，具有比較高的對刀精度(采用高靈敏光電傳感器)，并能利用PLC和對刀宏程序［2］自動實現刀具補償和對刀保護(不用人工輸入)，可大大提高加工中心刀具調整的效率。對刀儀避免采用昂貴的光學元器件，不足千元的制造成本與光學對刀儀動輒萬元以上的價格相比，很是經濟實用。

1 對刀儀的設計要點

1.1 簡易光電對刀儀工作原理

對刀儀Z向對刀的實質是先輸入一把標準刀的刀偏值，并將其長度補償值置0，其余刀具通過對刀就是得到不同的長度補償值。其中標準刀的Z向對刀由人工操作方式完成，其后各把刀的對刀過程由對刀宏程序［2］控制。

1.2 對刀儀硬件結構設計

本對刀儀的結構主要包含底坐、外殼、對刀機構、傳感器與信號線路等部分。見圖1。

圖1 對刀儀基本硬件結構

(1)對刀儀底座設計

對刀儀底座設計如圖2a，為保證對刀儀精度，底面須具備高的平面度。中間的滑桿用來安裝彈簧并與對刀機構的滑孔進行裝配。底面的四個孔是用來將對刀儀固定在機床上。兩側的小螺紋孔用于固定外殼。

圖2 對刀儀底座、外殼與對對刀凸臺

(2)對刀儀外殼設計

外殼設計時要考慮到與對刀儀底座的配合問題，要留內部階梯孔用于與底座裝配，還要有用于固定外殼和底座的螺紋孔。對刀儀頂部還要裝密封圈。要預留階梯孔。對刀儀外殼右端要加工出內螺紋孔。用于安裝光電傳感器的接收端。

(3)對刀儀對刀機構設計(對刀凸臺)

對刀儀對刀機構采用硬質合金增強其耐磨性，對刀機構下端要有滑孔用來與底座滑桿裝配(套在滑桿上)。中間加工一螺紋孔，以安裝對刀儀光電傳感器的發射端。

(4)傳感器

由于對刀儀用于對精度要求很高的數控加工，對刀儀傳感器必須具備高加工精度。考慮到數控車間經常會有切削振動及切削液澆淋的加工環境，因此選擇對刀儀傳感器時必須考慮抗振性、抗干擾能力和抗腐蝕性要求。綜合考慮以上各方面因素，本設計選用一個高靈敏度的光電開關［5］作為對刀儀感應元件，以滿足對刀儀使用要求。

1.3 信號輸入及連接設計

(1)信號控制思路

對刀儀須利用刀具位置傳感信號實現控制。本設計的光電傳感器信號接入FANUC系統PMC的SKIP信號［3］接點，SKIP信號能控制系統的G31程序指令的運行，SKIP信號在轉入PMC的同時，高速跳轉進入系統，指使G31指令停止移動并將刀具剩余移動量清除。［4］正確運用SKIP信號的接點地址及連接，是對刀儀設計成敗的關鍵，也是本設計最關鍵的技術難點。

(2)對刀儀光電開關接線

傳感器在對刀時的作用就相當于一個光電開關，對刀儀工作時利用些光電開關信號控制對應的繼電器觸頭分合，以實現SKIP信號的通斷。本設計考慮選用SSR固態繼電器，SSR固態繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關，在開關過程中無機械接觸部件，其除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小等特點，可以減小對刀儀體積和提高對刀靈敏度。

如圖3所示，將SSR的DC端接光電傳感器信號。輸出端用于控制SKIP信號X4.7(以FANUC0i系列數控系統為例)。