數(shù)控機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)

在數(shù)控加工中，工件坐標(biāo)系確定之后，還必須確定刀位點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的位置即對(duì)刀。目前，數(shù)控機(jī)床加工之前的對(duì)刀大多采用手動(dòng)試切，靠人工控制，因此準(zhǔn)備工時(shí)長(zhǎng)、對(duì)刀精度不穩(wěn)定。本文試探討在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件支持下，增設(shè)一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的自動(dòng)對(duì)刀程序模塊來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的自動(dòng)對(duì)刀控制。

一、自動(dòng)對(duì)刀系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)機(jī)理

自動(dòng)對(duì)刀系統(tǒng)由對(duì)刀控制裝置和自動(dòng)對(duì)刀儀組成，配合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)使用。自動(dòng)對(duì)刀儀由對(duì)刀收信電路（圖1）和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀棒組成。對(duì)刀的工作原理是連續(xù)自動(dòng)進(jìn)給收信方式。這一過程是在編輯狀態(tài)下，由鍵盤發(fā)出對(duì)刀指令，經(jīng)對(duì)刀控制裝置識(shí)別處理后，傳給機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的指定驅(qū)動(dòng)單元，控制刀具向標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀棒表面自動(dòng)定位尋邊運(yùn)動(dòng)。在刀尖觸及對(duì)刀棒表面的瞬間，傳感器上的高電平通過刀尖對(duì)地產(chǎn)生負(fù)跳變，該信號(hào)發(fā)向?qū)Φ犊刂蒲b置引起中斷程序控制機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)伺服機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)：計(jì)算機(jī)提取該軸對(duì)刀基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)后及時(shí)后退一定的距離：然后沿另一坐標(biāo)方向繼續(xù)作定位尋邊運(yùn)動(dòng)，以便再次引起中斷并記取此軸對(duì)刀基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后作為預(yù)設(shè)工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)。尋邊定位對(duì)刀的實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

二、自動(dòng)對(duì)刀儀

自動(dòng)對(duì)刀儀的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀棒是作為對(duì)刀尺寸基準(zhǔn)的傳感部件，由芯軸、絕緣套、對(duì)刀圈三部分組成。對(duì)刀圈結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)車削與鎖銑加工的對(duì)刀方式不同，采用不同的設(shè)計(jì)。

1．?dāng)?shù)控車床用對(duì)刀儀

應(yīng)充分考慮車刀的多樣性及其測(cè)量誤差對(duì)加工精度的影響。故將對(duì)刀圈設(shè)計(jì)成具有外圓、內(nèi)孔及內(nèi)外錐面的四個(gè)測(cè)量表面（圖3）。它們分別用于對(duì)外圓車刀、內(nèi)孔車刀和端面車刀等刀具進(jìn)行刀位點(diǎn)的位置測(cè)量。其對(duì)刀操作步驟非常便捷，先用點(diǎn)動(dòng)方式將車刀移至對(duì)刀圈外圓附近，然后直接啟動(dòng)自動(dòng)對(duì)刀程序，刀具便進(jìn)行自動(dòng)對(duì)刀運(yùn)動(dòng)。該對(duì)刀儀在開環(huán)數(shù)控車床上使用時(shí)，應(yīng)考慮消除傳動(dòng)間隙所產(chǎn)生的對(duì)刀誤差。為此可在流程圖中插入消隙過程，即當(dāng)?shù)毒甙凑罩付ㄒ蠛笸藊′ 以后，再讓其沿X軸前進(jìn)一個(gè)△x的距離（△x < x′)，然后執(zhí)行下一步流程。

2．加工中心用對(duì)刀儀

需要鏜銑加工的零件，特別是孔類零件，其對(duì)刀方式通常是利用已加工的定位孔或基準(zhǔn)線、面作為定位基準(zhǔn)。批量生產(chǎn)中，工件采用夾具進(jìn)行定位安裝，常用的定位方式是“一面兩銷”或“兩面一銷”方式。以立式數(shù)控銑床為例，夾具在Z坐標(biāo)的位置基本上是通過加工程序來確定的，因此，只要在XY平面上找到定位塊的定位基準(zhǔn)坐標(biāo)后，將對(duì)刀取得的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)一定計(jì)算后作為預(yù)設(shè)工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)（用G54等指令確定）即可。圖4所示的是針對(duì)“兩面一銷”定位形式的夾具對(duì)刀方法。其尋邊方式是：先用基準(zhǔn)直徑為D的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀棒找到X向定位塊的右邊界，記下此時(shí)X軸坐標(biāo)值x0，在保持Y坐標(biāo)不變的情況下按X為－向后退一個(gè)給定值x′，然后沿Y軸向下尋邊找到Y(jié)坐標(biāo)定位銷的上邊界，記下此時(shí)Y軸坐標(biāo)值)y0，則

即為確定的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)。該種對(duì)刀棒的傳感元件僅需一個(gè)外圓測(cè)量表面，用于對(duì)線面一類的定位元件進(jìn)行位置測(cè)量。在設(shè)計(jì)對(duì)刀棒時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)床主軸內(nèi)錐孔的大小，采用不同的組裝結(jié)構(gòu)（見圖5a、5b）。

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三、自動(dòng)對(duì)刀儀的定位精度分析

從理論上講，自動(dòng)對(duì)刀儀由于采用電信號(hào)位置檢測(cè)，能使對(duì)刀誤差控制在一步(0.005~0.01 mm )之內(nèi)。但實(shí)際上所能得到的測(cè)量精度不完全取決于所配套數(shù)控系統(tǒng)的分辨率，還和機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)誤差和對(duì)刀棒的幾何形狀、加工精度和裝配質(zhì)量等因素有關(guān)對(duì)于機(jī)床傳動(dòng)誤差（主要指車床開環(huán)控制系統(tǒng)），可通過軟件來控制消除機(jī)床傳動(dòng)間隙的影響；在標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀棒的設(shè)計(jì)和制造過程中應(yīng)充分注意測(cè)量精度的要求，嚴(yán)格控制加工與裝配誤差，保證對(duì)刀精度。