經濟型數控車床自動對刀的設計與實現

摘 要：為了解決經濟型數控車床存在的對刀問題，本文借助于一對刀模塊，設計了一種自動對刀方法。理論和實驗結果表明，該對刀方法，不僅提高了對刀精度和效率，而且具有快速、準確、一致性好和使用方便等優點。

關鍵詞：對刀模塊 自動對刀 精度 效率 一致性

中圖分類號：TG5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0067-01

目前經濟型數控車床對刀一般大都采用機械對刀儀、光學對刀儀、試切法等機械方法對刀，普遍存在以下缺點：一是要依靠人工來測定刀尖的位置，工作可靠性不高，效率低；二是由于操作者技術水平不同，對刀精度一致性差。為此本文設計了一種新型的自動對刀方法，較好地解決了上述問題。

1 自動對刀的設計與實現

1.1 自動對刀的工作原理

自動對刀是借助于一對刀模塊，在相應的對刀程序控制下自動實現對刀。

1.2 自動對刀的程序設計（如圖1）

在設計對刀程序時，首先設定了第一把刀的刀尖基準位置點T1。對刀時，首先通過點動按鈕把第一把刀移到對刀模塊的附近，假定為圖中的A點。程序控制工作過程有以下幾點。

（1）從A點開始，X向步進電機動作，刀架沿一X向進給，同時步進電機每進給一步，對刀程序不斷檢測有無“基準位置”信號。若無，繼續上述動作。若有，立即停止刀架運動，假設此時的刀具與對刀模塊的接觸點為圖中的B點。在此運動過程中，由于刀架的進給速度較慢，慣量小，因此能立即停止刀架的運動，而不損壞刀具。

（2）從對刀模塊接觸點B開始，讓刀架快速沿十X向退回一設定的距離X0，此時刀xcz5nHy7FaifLojN31OT1Q==尖到達圖中的C點，即BC=X0，停止刀架的運動。

（3）從C點開始，Z向電機動作，刀架沿一Z向運動，同時電機每進給一步，對刀程序不斷檢測有無“基準位置”信號。若無，繼續上述動作。若有立即停止刀架運動，假定此時刀具與對刀模塊的接觸點為圖中的D點。

（4）從D點開始，讓刀架沿+Z向快速退回一設定的距離Z0，此時到達圖1中的T1點，即DT1=Z0。

綜上所示，對刀程序自動設定了第一把刀的刀尖基準位置點T1。由于各把刀是裝在同一刀架上，其拖板的運動是一致的，若將第一把刀的工作過程來定第二把刀，勢必導致破壞第一把刀的基準位置。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位置，又能檢測它們之間的相對位置差值。這里以第二把刀為例來說明其工作過程。

首先通過調用自動回轉刀架子程序，把第二把刀換到前面來，假定此時的第二把刀的刀尖位置點為圖1中的T2點。只要能夠測出T2點的坐標值，就可得到第二把刀與第一把刀的相對位置的偏差ΔX和ΔZ的大小與方向。程序控制的工作過程如下。

（1）從T2點開始，讓刀架沿—X向運動，步進電機每進給一步，計數器計數一次，同對刀程序不斷檢測有無“基準位置”信號。若無，繼續上述動作。若有，立即停止刀架的運動，同時計數器的計數工作停止。假設此時的刀具與對刀模塊的接觸點為圖示的E點，此時的計數器內容即為T2E這段距離。

（2）從E點開始，刀架沿+X向快速退回FT2這段距離，即FT2=X0，到達圖中的F 點。接著把第一把刀的基準位置X向坐標值X0與計數器記錄的距離T2E相減，則得到第二把刀相對于第一把刀的相對位置偏差ΔX的大小與方向，并存貯在相應的刀具補償存貯單元中。

（3）從F點開始，Z向電機動作，刀架沿—Z向運動，電機每進給一步，計數器計數一次，同時對刀程序不斷檢測有無“基準位置”信號。若無，繼續上述動作。若有立即停止刀架運動，同時計數器的計數工作停止。假定此時的刀具與模塊的接觸點為圖示的D點，計數器的內容即為FD這段距離。

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

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

綜上所述，對刀程序自動測出了第二把刀相對于第一把刀的相對位置偏差ΔX和ΔZ的大小和方向，并存放于相應地刀具補償單元中。

2 對刀精度及其實驗分析

從上述的對刀控制程序可知，首先設定了第一把刀的基準位置，其它各把刀采用“步進計數”的方法即步進電機每進給一步，計數器計數一次，同時對刀程序不斷檢測有無“基準位置”信號，一旦檢測到此信號，立即停止刀架的運動，同時計數器的計數工作也停止，此時的計數器記錄的距離與第一把刀設定的距離相差，則可求出其偏差的大小和方向。因此從理論上說，電接觸法自動對刀的對刀精度應該不大于1個脈沖當量，為了驗證理論的正確性，作了如下的實驗，并進行了分析。

對自動對刀方法的重復測量次數和偏差值。以X向步進計數來說明，其電機的脈沖當量為0.005 mm/步。對Z向步進計數與此相同，在此省略。從中可知，重復測量時，數值變化不大，只有1個脈沖差值（0.005 mm），符合理論要求，而且一致性較好。最后我們再用試切工件的方法測得第二把刀相對第一把刀的橫向偏差ΔX為2.99 mm，而用自動對刀方法測出的偏差也為2.99 mm，由此可知，自動對刀方法是可行的，符合實際情況。此外，自動對刀方法測出四把刀的偏差只要3 min時間，而普通的試切工件的方法大約要30 min時間。

綜上所述，本文設計的自動對刀方法，較好地解決了對刀精度和效率問題，具有快速、準確、一致性好和使用方便等優點，可適用于切削機床的各種刀具，如右偏刀、切槽刀、切斷刀、內孔車刀、螺紋刀等，對裝刀時各把刀的相對位置無要求，具有廣泛的適用性。

參考文獻

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