一種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床自動(dòng)對(duì)刀儀設(shè)計(jì)

陽(yáng)夏冰

(武漢城市職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430064)

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用數(shù)控車床的對(duì)刀儀器有2種：一種是手動(dòng)對(duì)刀儀，另一種是自動(dòng)對(duì)刀儀。手動(dòng)對(duì)刀儀是當(dāng)?shù)毒吲龅綄?duì)刀儀的測(cè)頭時(shí)，對(duì)刀儀的信號(hào)燈亮，此時(shí)手工記錄下屏幕上的刀具坐標(biāo)即為刀具的實(shí)際的坐標(biāo)。如哈爾濱先鋒機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司開(kāi)發(fā)的ETC-1M/2M，ETC-4M電子對(duì)刀器，系統(tǒng)利用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)坐標(biāo)顯示功能在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)刀具的X軸和Z軸方向的對(duì)刀，對(duì)刀時(shí)機(jī)床主軸不必轉(zhuǎn)動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，有利于提高生產(chǎn)效率。但缺點(diǎn)是還需要操作者做記錄、運(yùn)算、容易出錯(cuò)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以應(yīng)用較少；另一種對(duì)刀儀是自動(dòng)對(duì)刀儀，如德國(guó)的ZOLLER和美國(guó)的EX-CELL公司的產(chǎn)品，不僅能迅速進(jìn)行掃描測(cè)量，而且能夠利用微機(jī)對(duì)刀庫(kù)進(jìn)行管理。這種對(duì)刀儀技術(shù)較成熟，但價(jià)格太高，與其它機(jī)床的連接和調(diào)試比較專業(yè)，需要專門技術(shù)人員調(diào)試和使用，所以只有少數(shù)大企業(yè)才能使用。因此，有必要設(shè)計(jì)一種操作簡(jiǎn)單價(jià)格便宜的數(shù)控車床自動(dòng)對(duì)刀儀是很有必要的。

1 數(shù)控車床對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)

利用數(shù)控系統(tǒng)的信號(hào)處理功能和宏程序編輯功能，結(jié)合自動(dòng)對(duì)刀儀的機(jī)械原理設(shè)計(jì)了一套由對(duì)刀裝置、支架、自動(dòng)檢測(cè)塊來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)刀控制的全自動(dòng)數(shù)控機(jī)床對(duì)刀儀。

1.1 對(duì)刀儀的外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 對(duì)刀儀結(jié)構(gòu)圖

主要有支架和對(duì)刀儀組件組成，支架主要由導(dǎo)軌底座1、支架2和夾子3組成，對(duì)刀儀組件主要由鎖緊裝置4、對(duì)刀儀底座5、對(duì)刀儀蓋子6、對(duì)刀棒7、卡簧8、卡槽9螺母10、彈簧11、螺桿12和軸承13組成。

支架作用：一是支撐對(duì)刀儀可以任意方向旋轉(zhuǎn)，二是方便了在機(jī)床上導(dǎo)軌安裝和平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)；對(duì)刀儀組件作用一是通過(guò)對(duì)刀儀底座與支架的連接。二是通過(guò)卡簧、卡槽和軸承實(shí)現(xiàn)90°旋轉(zhuǎn)定位，當(dāng)對(duì)刀儀轉(zhuǎn)到需要位置時(shí)，鎖棒下移銷子運(yùn)動(dòng)，鎖住鎖棒，完成定位。打開(kāi)時(shí)鎖棒旋轉(zhuǎn)90°自動(dòng)彈起，對(duì)刀儀可以自由旋轉(zhuǎn)。

1.2 對(duì)刀儀對(duì)刀原理

對(duì)刀系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)刀具、對(duì)刀裝置和對(duì)刀控制程序組成。配合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)使用，自動(dòng)對(duì)刀儀由對(duì)刀接收信號(hào)電路和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀棒組成。在安裝好對(duì)刀儀支架后，刀具在程序控制下沿著預(yù)先設(shè)計(jì)好的對(duì)刀路線去觸發(fā)傳感器開(kāi)關(guān)并獲得刀尖在傳感器觸發(fā)時(shí)的坐標(biāo)值，然后調(diào)用數(shù)據(jù)處理程序并計(jì)算這把刀的刀補(bǔ)值，然后沿著另一坐標(biāo)方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。對(duì)刀裝置上的傳感器具有較高的機(jī)械加工精度和重復(fù)定位精度，當(dāng)傳感器被觸發(fā)時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)使機(jī)床的跳轉(zhuǎn)信號(hào)為高。這時(shí)通過(guò)FUNAC程序中的G31指令控制機(jī)床停止進(jìn)給，并將當(dāng)前刀尖位置分別存放到#5061和#5062兩個(gè)變量中，供數(shù)據(jù)處理程序使用。

1.3 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)FANUC系統(tǒng)PLC信號(hào)為24V有效，因此選擇PNP型傳感器，棕色線電源線接電柜中開(kāi)關(guān)電源的24V，藍(lán)色線電源線接電柜中開(kāi)關(guān)電源0V的GND，黑色信號(hào)線接繼電器板X8.5點(diǎn)位。當(dāng)?shù)毒唠x傳感器比較遠(yuǎn)的時(shí)候，黑色信號(hào)線中為0V，X8.5無(wú)信號(hào)，G31不會(huì)中斷；當(dāng)?shù)毒呖拷鼈鞲衅骱螅谏盘?hào)線中信號(hào)變?yōu)?4V，X8.5有信號(hào)，G31被中斷，刀具就會(huì)停止運(yùn)行，電路如圖2所示。

圖2 電路設(shè)計(jì)圖

1.4 程序設(shè)計(jì)

對(duì)刀儀的程序編寫(xiě)思路是，編寫(xiě)一個(gè)對(duì)刀可調(diào)用的程序，當(dāng)對(duì)刀儀檢測(cè)到傳感信號(hào)后，系統(tǒng)可回到程序中預(yù)先設(shè)置的中斷點(diǎn)，對(duì)刀時(shí)只需有較少的人工介入，通過(guò)簡(jiǎn)單的幾次按鍵，就能使程序能順利的記錄并處理數(shù)據(jù)，得到刀補(bǔ)值。與此同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)回到刀具起始點(diǎn)和自動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀架等一些簡(jiǎn)單的自動(dòng)化動(dòng)作，以節(jié)省時(shí)間，提高對(duì)刀效率，具體程序如下。

......

G28 U0 W0

G00 Z-319，X-20

G98 G31 X-35 F80

M00

G00 Z-200

X-253

M00

G98 G31 Z-237 F80

G28 U0 W0

......

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)制作樣品和實(shí)驗(yàn)，使用自動(dòng)對(duì)刀儀時(shí)只需要將工件及自動(dòng)對(duì)刀儀裝夾好啟動(dòng)程序便可以進(jìn)行快速對(duì)刀。對(duì)刀1次時(shí)間不到1 min，手工對(duì)刀1次所需要時(shí)間5 min左右，大大縮短了課堂教學(xué)中的對(duì)刀時(shí)間。而且對(duì)刀準(zhǔn)確，避免人工對(duì)刀失誤風(fēng)險(xiǎn)。另外對(duì)刀儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；經(jīng)過(guò)預(yù)算，該器械按批量生產(chǎn)每件成本不到1000元。現(xiàn)在市場(chǎng)上的一套完整的自動(dòng)對(duì)刀儀至少需要萬(wàn)元以上，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。兩者相比而言，該套自主研發(fā)的自動(dòng)對(duì)刀儀比市場(chǎng)上的自動(dòng)對(duì)刀儀更有優(yōu)勢(shì)，更好地滿足了市場(chǎng)的需求。