經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床自動對刀的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：為了解決經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床存在的對刀問題，本文借助于一對刀模塊，設(shè)計了一種自動對刀方法。理論和實驗結(jié)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(zhǔn)確、一致性好和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0067-01

目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床對刀一般大都采用機(jī)械對刀儀、光學(xué)對刀儀、試切法等機(jī)械方法對刀，普遍存在以下缺點(diǎn)：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(shù)水平不同，對刀精度一致性差。為此本文設(shè)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(shè)計與實現(xiàn)

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(yīng)的對刀程序控制下自動實現(xiàn)對刀。

1.2 自動對刀的程序設(shè)計（如圖1）

在設(shè)計對刀程序時，首先設(shè)定了第一把刀的刀尖基準(zhǔn)位置點(diǎn)T1。對刀時，首先通過點(diǎn)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(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)動作，刀架沿一X向進(jìn)給，同時步進(jìn)電機(jī)每進(jìn)給一步，對刀程序不斷檢測有無“基準(zhǔn)位置”信號。若無，繼續(xù)上述動作。若有，立即停止刀架運(yùn)動，假設(shè)此時的刀具與對刀模塊的接觸點(diǎn)為圖中的B點(diǎn)。在此運(yùn)動過程中，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，而不損壞刀具。

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

（3）從C點(diǎn)開始，Z向電機(jī)動作，刀架沿一Z向運(yùn)動，同時電機(jī)每進(jìn)給一步，對刀程序不斷檢測有無“基準(zhǔn)位置”信號。若無，繼續(xù)上述動作。若有立即停止刀架運(yùn)動，假定此時刀具與對刀模塊的接觸點(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，此時到達(dá)圖1中的T1點(diǎn)，即DT1=Z0。

綜上所示，對刀程序自動設(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)動是一致的，若將第一把刀的工作過程來定第二把刀，勢必導(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(diào)用自動回轉(zhuǎn)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(diǎn)為圖1中的T2點(diǎn)。只要能夠測出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，步進(jìn)電機(jī)每進(jìn)給一步，計數(shù)器計數(shù)一次，同對刀程序不斷檢測有無“基準(zhǔn)位置”信號。若無，繼續(xù)上述動作。若有，立即停止刀架的運(yùn)動，同時計數(shù)器的計數(shù)工作停止。假設(shè)此時的刀具與對刀模塊的接觸點(diǎn)為圖示的E點(diǎn)，此時的計數(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與計數(shù)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(yīng)的刀具補(bǔ)償存貯單元中。

（3）從F點(diǎn)開始，Z向電機(jī)動作，刀架沿—Z向運(yùn)動，電機(jī)每進(jìn)給一步，計數(shù)器計數(shù)一次，同時對刀程序不斷檢測有無“基準(zhǔn)位置”信號。若無，繼續(xù)上述動作。若有立即停止刀架運(yùn)動，同時計數(shù)器的計數(shù)工作停止。假定此時的刀具與模塊的接觸點(diǎn)為圖示的D點(diǎn)，計數(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與第二把刀的計數(shù)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(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(yīng)地刀具補(bǔ)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(shè)定了第一把刀的基準(zhǔn)位置，其它各把刀采用“步進(jìn)計數(shù)”的方法即步進(jìn)電機(jī)每進(jìn)給一步，計數(shù)器計數(shù)一次，同時對刀程序不斷檢測有無“基準(zhǔn)位置”信號，一旦檢測到此信號，立即停止刀架的運(yùn)動，同時計數(shù)器的計數(shù)工作也停止，此時的計數(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，電接觸法自動對刀的對刀精度應(yīng)該不大于1個脈沖當(dāng)量，為了驗證理論的正確性，作了如下的實驗，并進(jìn)行了分析。

對自動對刀方法的重復(fù)測量次數(shù)和偏差值。以X向步進(jìn)計數(shù)來說明，其電機(jī)的脈沖當(dāng)量為0.005 mm/步。對Z向步進(jìn)計數(shù)與此相同，在此省略。從中可知，重復(fù)測量時，數(shù)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(shè)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(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(xiàn)

[1]羅敏.雙刀架曲軸數(shù)控車床自動對刀程序設(shè)計[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2010（5）：27-30.

[2]黃炳輝.淺析普通車床中自動對刀儀相關(guān)技術(shù)問題[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010（9）：69-71.