數控機床光學對刀裝置的研究與設計

伍倪燕 賴嘯 劉勇

摘要：應某公司要求，為解決數控機床對刀精度不高引起的零件加工誤差以及連接線因對刀裝置使用不當在連接處出現斷裂，影響數控機床正常使用的問題，設計了一種精準對刀裝置，并對其設計細節和改進后所具備的優勢進行了闡述。

關鍵詞：數控機床;對刀裝置;精密

1 現狀分析

數控機床是數字控制機床，是一種裝有程序控制系統的自動化機床，該控制系統能夠有邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數字表示，通過信息載體輸入數控裝置。數控機床加工零件精度高、生產效率高、勞動強度低，但對操作人員要求也高，尤其是對刀要求。

對刀是指通過刀具或對刀工具確定工件坐標系與機床坐標系之間的空間位置關系，并將對刀數據輸入到相應的存儲位置。它是數控加工中最重要的操作內容，其準確性將直接影響零件的加工精度。數控加工中的對刀操作分為X、Y向對刀和Z向對刀[1]。

對刀裝置也稱為“對刀儀”或“刀具預調儀”，其實對刀儀和刀具預調儀是兩個儀器。對刀儀主要用于機內的對刀，可以看作機床的一個選購附件。刀具預調儀用于機外對刀，是一臺獨立的機器[2]。

2 思路構建及設計細節

現有的數控機床對刀裝置，為了滿足市場需求，一般都是針對如何更好地對刀和如何更方便使用者使用這些方面進行優化，往往忽略了是否能夠很好地對連接線進行防護，具體而言，在數控機床正常使用時，其連接線會因為使用不當而在連接處出現斷裂，從而影響數控機床的正常使用，需要較高頻率地更換[3]。

光學對刀裝置通常采用工業相機與機內對刀的方式進行機床對刀裝置的設計，其主要工作流程如圖1所示。

針對現有設備存在的技術問題進行分析和研究，以保護數控機床連接線為目的初步構建了一種新型數控機床對刀裝置的設計思路，如圖2所示。

新型數控機床對刀裝置在對刀設備本體的內部設計安裝了固定穩定柱，在穩定柱的右側設計環形插接槽，在環形插接槽內壁的前側和后側均設計弧形卡槽，在穩定柱前側和后側的右側均設計圓形通孔，在兩個圓形通孔的內部固定安裝擠壓裝置，在環形插接槽的內部插接環形插接塊，在環形插接塊的前側和后側設計放置槽，兩個放置槽的內部固定安裝卡接機構，在環形插接塊的右側固定連接有連接管道。在穩定柱的前端安裝有紅外線探測頭。

對刀裝置設計的核心部位為擠壓裝置，如圖3所示。擠壓裝置上設計了圓形擋塊，圓形擋塊的外表面與圓形通孔的內壁固定連接，圓形擋塊的內部滑動連接設計了擠壓桿，擠壓桿的前側貫穿圓形通孔并延伸至穩定柱的前側，擠壓桿的前側固定安裝有提拉手柄，擠壓桿的外表面套設有第一擠壓彈簧，第一擠壓彈簧的前側與圓形擋塊的后側固定連接，第一擠壓彈簧的后側固定安裝有圓形塊，圓形塊的內部與擠壓桿的外表面固定連接，擠壓桿的后側貫穿圓形通孔并延伸至弧形卡槽的內部。

第一擠壓彈簧和圓形塊均位于圓形通孔的內部，圓形塊的外表面與圓形通孔的內壁滑動連接。圓形擋塊的內部設計有圓形配合孔，圓形配合孔的內壁與擠壓桿的外表面滑動連接。卡接機構包括第二擠壓彈簧，第二擠壓彈簧的后側與放置槽的內壁固定連接，第二擠壓彈簧的前側固定安裝有方形限位塊，方形限位塊的外表面與放置槽的內壁滑動連接，方形限位塊的前側固定安裝有弧形卡塊，弧形卡塊的前側與弧形卡槽的內部卡接。放置槽內壁的頂部和底部均設計有限位槽，方形限位塊的頂部和底部均固定安裝有限位塊，兩個限位塊均與限位槽滑動連接，如圖4所示。

3 改進后優勢

改進后的對刀裝置通過對刀設備本體、穩定柱、環形插接槽、圓形通孔、擠壓裝置、圓形擋塊、擠壓桿、提拉手柄、第一擠壓彈簧、圓形塊、環形插接塊、放置槽、卡接機構、第二擠壓彈簧、方形限位塊、弧形卡塊、連接管道、弧形卡槽、限位槽、限位塊和圓形配合孔的配合使用，解決了現有對刀裝置不能給予連接線很好的防護的問題，其主要優勢如下：

（1）通過人力推動提拉手柄作為整個擠壓裝置的動力源，因為力是可以傳遞的，在推動提拉手柄的同時帶動擠壓桿移動，在擠壓桿移動的同時帶動圓形塊移動，這樣就能夠給予第一擠壓彈簧一個形變的力，從而將卡進弧形卡槽內部的弧形卡塊推出;同時，因為力的作用是相互的，第一擠壓彈簧能快速地將擠壓桿拉回原始位置，從而不影響正常的安裝，使防護效果更好。

（2）通過弧形卡塊受力作為整個卡接機構的動力源，因為力是可以傳遞的，弧形卡塊在受力的同時將給予方形限位塊一個擠壓的力，這樣就能夠給予第二擠壓彈簧一個形變的力，從而將弧形卡塊擠入放置槽的內部，進而實現環形插接塊與環形插接槽的插接;等插接完成以后，第二擠壓彈簧也給予弧形卡塊一個相同的反作用力，這樣就能夠很好地實現插接，使防護效果更好。

（3）放置槽內壁的頂部和底部開設有限位槽，同時方形限位塊頂部和底部固定安裝有限位塊，這樣就能夠實現限位塊與限位槽的滑動連接，不僅能夠很好地限制方形限位塊的位置，同時也能使方形限位塊的運動軌跡更加穩定，使防護效果更好。

（4）第一擠壓彈簧和圓形塊均位于圓形通孔的內部，同時圓形塊的外表面與圓形通孔的內壁滑動連接，這樣就能夠很好地限制圓形塊的運動軌跡，使防護效果更好。

（5）在圓形擋塊的內部開設有圓形配合孔，這樣就能夠使擠壓桿的運動效果更好，也使防護效果更好。

4 結語

通過驗證，與傳統對刀方式相比，利用該裝置對刀可以大大提高對刀效率，并在一定程度上減小零件的加工誤差，同時還可以實現不同型號、不同刀桿厚度刀具的精準對刀。該裝置解決了現有對刀裝置不能給予連接線很好的防護的問題，具有防護效果好的優點。

[參考文獻]

[1] 吳鳳霞.數控車削加工中的實用對刀方法探討[J].時代農機，2017，44（3）：37-38.

[2] 王守志，韓金玉.對刀高度誤差對車削精度的影響分析[J].組合機床與自動化加工技術，2013（3）：115-117.

[3] 周旭光.數控車削對刀高度誤差對加工精度的影響[J].機床與液壓，2006（7）：105-107.

收稿日期：2021-06-24

作者簡介：伍倪燕（1979—），女，四川資陽人，工程碩士，副教授，研究方向：機械工程及其自動化。