經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床自動(dòng)對(duì)刀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：為了解決經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床存在的對(duì)刀問題，本文借助于一對(duì)刀模塊，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)對(duì)刀方法。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該對(duì)刀方法，不僅提高了對(duì)刀精度和效率，而且具有快速、準(zhǔn)確、一致性好和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：對(duì)刀模塊 自動(dòng)對(duì)刀 精度 效率 一致性

中圖分類號(hào)：TG5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（a）-0067-01

目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床對(duì)刀一般大都采用機(jī)械對(duì)刀儀、光學(xué)對(duì)刀儀、試切法等機(jī)械方法對(duì)刀，普遍存在以下缺點(diǎn)：一是要依靠人工來測(cè)定刀尖的位置，工作可靠性不高，效率低；二是由于操作者技術(shù)水平不同，對(duì)刀精度一致性差。為此本文設(shè)計(jì)了一種新型的自動(dòng)對(duì)刀方法，較好地解決了上述問題。

1 自動(dòng)對(duì)刀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 自動(dòng)對(duì)刀的工作原理

自動(dòng)對(duì)刀是借助于一對(duì)刀模塊，在相應(yīng)的對(duì)刀程序控制下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀。

1.2 自動(dòng)對(duì)刀的程序設(shè)計(jì)（如圖1）

在設(shè)計(jì)對(duì)刀程序時(shí)，首先設(shè)定了第一把刀的刀尖基準(zhǔn)位置點(diǎn)T1。對(duì)刀時(shí)，首先通過點(diǎn)動(dòng)按鈕把第一把刀移到對(duì)刀模塊的附近，假定為圖中的A點(diǎn)。程序控制工作過程有以下幾點(diǎn)。

（1）從A點(diǎn)開始，X向步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，刀架沿一X向進(jìn)給，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)每進(jìn)給一步，對(duì)刀程序不斷檢測(cè)有無“基準(zhǔn)位置”信號(hào)。若無，繼續(xù)上述動(dòng)作。若有，立即停止刀架運(yùn)動(dòng)，假設(shè)此時(shí)的刀具與對(duì)刀模塊的接觸點(diǎn)為圖中的B點(diǎn)。在此運(yùn)動(dòng)過程中，由于刀架的進(jìn)給速度較慢，慣量小，因此能立即停止刀架的運(yùn)動(dòng)，而不損壞刀具。

（2）從對(duì)刀模塊接觸點(diǎn)B開始，讓刀架快速沿十X向退回一設(shè)定的距離X0，此時(shí)刀xcz5nHy7FaifLojN31OT1Q==尖到達(dá)圖中的C點(diǎn)，即BC=X0，停止刀架的運(yùn)動(dòng)。

（3）從C點(diǎn)開始，Z向電機(jī)動(dòng)作，刀架沿一Z向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)每進(jìn)給一步，對(duì)刀程序不斷檢測(cè)有無“基準(zhǔn)位置”信號(hào)。若無，繼續(xù)上述動(dòng)作。若有立即停止刀架運(yùn)動(dòng)，假定此時(shí)刀具與對(duì)刀模塊的接觸點(diǎn)為圖中的D點(diǎn)。

（4）從D點(diǎn)開始，讓刀架沿+Z向快速退回一設(shè)定的距離Z0，此時(shí)到達(dá)圖1中的T1點(diǎn)，即DT1=Z0。

綜上所示，對(duì)刀程序自動(dòng)設(shè)定了第一把刀的刀尖基準(zhǔn)位置點(diǎn)T1。由于各把刀是裝在同一刀架上，其拖板的運(yùn)動(dòng)是一致的，若將第一把刀的工作過程來定第二把刀，勢(shì)必導(dǎo)致破壞第一把刀的基準(zhǔn)位置。為了解決此問題，采用了下述的工作過程，既能保持第一把刀的基準(zhǔn)位置，又能檢測(cè)它們之間的相對(duì)位置差值。這里以第二把刀為例來說明其工作過程。

首先通過調(diào)用自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架子程序，把第二把刀換到前面來，假定此時(shí)的第二把刀的刀尖位置點(diǎn)為圖1中的T2點(diǎn)。只要能夠測(cè)出T2點(diǎn)的坐標(biāo)值，就可得到第二把刀與第一把刀的相對(duì)位置的偏差ΔX和ΔZ的大小與方向。程序控制的工作過程如下。

（1）從T2點(diǎn)開始，讓刀架沿—X向運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)每進(jìn)給一步，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，同對(duì)刀程序不斷檢測(cè)有無“基準(zhǔn)位置”信號(hào)。若無，繼續(xù)上述動(dòng)作。若有，立即停止刀架的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)工作停止。假設(shè)此時(shí)的刀具與對(duì)刀模塊的接觸點(diǎn)為圖示的E點(diǎn)，此時(shí)的計(jì)數(shù)器內(nèi)容即為T2E這段距離。

（2）從E點(diǎn)開始，刀架沿+X向快速退回FT2這段距離，即FT2=X0，到達(dá)圖中的F 點(diǎn)。接著把第一把刀的基準(zhǔn)位置X向坐標(biāo)值X0與計(jì)數(shù)器記錄的距離T2E相減，則得到第二把刀相對(duì)于第一把刀的相對(duì)位置偏差ΔX的大小與方向，并存貯在相應(yīng)的刀具補(bǔ)償存貯單元中。

（3）從F點(diǎn)開始，Z向電機(jī)動(dòng)作，刀架沿—Z向運(yùn)動(dòng)，電機(jī)每進(jìn)給一步，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，同時(shí)對(duì)刀程序不斷檢測(cè)有無“基準(zhǔn)位置”信號(hào)。若無，繼續(xù)上述動(dòng)作。若有立即停止刀架運(yùn)動(dòng)，同時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)工作停止。假定此時(shí)的刀具與模塊的接觸點(diǎn)為圖示的D點(diǎn)，計(jì)數(shù)器的內(nèi)容即為FD這段距離。

（4）從D點(diǎn)開始，讓刀架沿+Z向快速退回計(jì)數(shù)器記錄的距離FD，刀尖重新回到F點(diǎn)。接著把第一把刀的基準(zhǔn)位置Z向坐標(biāo)值Z0與第二把刀的計(jì)數(shù)器記錄的距離FD相減，則得到第二把刀相對(duì)于第一把刀的相對(duì)位置偏差ΔZ的大小與方向，并存貯在相應(yīng)的刀具補(bǔ)償存貯單元中。

（5）從F點(diǎn)開始，刀架沿+X向快速退回FT2這段距離，即FT2=ΔX，到達(dá)圖中的T2 點(diǎn)，使刀架重新回到原位。

綜上所述，對(duì)刀程序自動(dòng)測(cè)出了第二把刀相對(duì)于第一把刀的相對(duì)位置偏差ΔX和ΔZ的大小和方向，并存放于相應(yīng)地刀具補(bǔ)償單元中。

2 對(duì)刀精度及其實(shí)驗(yàn)分析

從上述的對(duì)刀控制程序可知，首先設(shè)定了第一把刀的基準(zhǔn)位置，其它各把刀采用“步進(jìn)計(jì)數(shù)”的方法即步進(jìn)電機(jī)每進(jìn)給一步，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，同時(shí)對(duì)刀程序不斷檢測(cè)有無“基準(zhǔn)位置”信號(hào)，一旦檢測(cè)到此信號(hào)，立即停止刀架的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)工作也停止，此時(shí)的計(jì)數(shù)器記錄的距離與第一把刀設(shè)定的距離相差，則可求出其偏差的大小和方向。因此從理論上說，電接觸法自動(dòng)對(duì)刀的對(duì)刀精度應(yīng)該不大于1個(gè)脈沖當(dāng)量，為了驗(yàn)證理論的正確性，作了如下的實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了分析。

對(duì)自動(dòng)對(duì)刀方法的重復(fù)測(cè)量次數(shù)和偏差值。以X向步進(jìn)計(jì)數(shù)來說明，其電機(jī)的脈沖當(dāng)量為0.005 mm/步。對(duì)Z向步進(jìn)計(jì)數(shù)與此相同，在此省略。從中可知，重復(fù)測(cè)量時(shí)，數(shù)值變化不大，只有1個(gè)脈沖差值（0.005 mm），符合理論要求，而且一致性較好。最后我們?cè)儆迷嚽泄ぜ姆椒y(cè)得第二把刀相對(duì)第一把刀的橫向偏差ΔX為2.99 mm，而用自動(dòng)對(duì)刀方法測(cè)出的偏差也為2.99 mm，由此可知，自動(dòng)對(duì)刀方法是可行的，符合實(shí)際情況。此外，自動(dòng)對(duì)刀方法測(cè)出四把刀的偏差只要3 min時(shí)間，而普通的試切工件的方法大約要30 min時(shí)間。

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)對(duì)刀方法，較好地解決了對(duì)刀精度和效率問題，具有快速、準(zhǔn)確、一致性好和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可適用于切削機(jī)床的各種刀具，如右偏刀、切槽刀、切斷刀、內(nèi)孔車刀、螺紋刀等，對(duì)裝刀時(shí)各把刀的相對(duì)位置無要求，具有廣泛的適用性。

參考文獻(xiàn)

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