機(jī)械刻度式對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)研究

韋江波

一、引 言

一個(gè)零件的加工需要在數(shù)控機(jī)床等設(shè)備上進(jìn)行裝卸、刀具調(diào)整等輔助工作，而刀具的調(diào)整將花費(fèi)大量的精力和時(shí)間，且效率并不高。有統(tǒng)計(jì)資料顯示，一個(gè)零件的加工，純機(jī)動(dòng)的時(shí)間占用總時(shí)間的55%左右，而前期的輔助工作占了將近45%的時(shí)間，由此可見(jiàn)，前期的輔助工作耗費(fèi)大量時(shí)間。提高對(duì)刀儀對(duì)刀的速度可有效降低刀具的調(diào)整時(shí)間，從而縮短整個(gè)零件的加工周期。

目前，現(xiàn)有機(jī)械式對(duì)刀儀采用百分表讀數(shù)方式。使用時(shí)，通過(guò)對(duì)刀儀測(cè)量柱的上下移動(dòng)，來(lái)帶動(dòng)百分表指針的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于百分表的制造技術(shù)很成熟，因此，在對(duì)刀時(shí)，可獲得較好的定位精度和可靠性。整個(gè)對(duì)刀儀的本體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且安裝方便，但是在使用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題：

1.對(duì)刀儀的大小受到百分表體積的限制，無(wú)法做成輕巧型，使用較為不便。

2.對(duì)刀儀基準(zhǔn)接觸面積大，只能用在中大型零件上，對(duì)于小型零件的接觸面不好定位。

3.百分表是個(gè)易損品，由于使用不當(dāng)或掉到地上，很容易損壞。

4.百分表是采用嵌入式的，一旦損壞很難更換。

5.這種小型百分表制造成本較高，影響了對(duì)刀儀的整體價(jià)格，性價(jià)比不高。

6.百分表每次轉(zhuǎn)動(dòng)一圈可回到零點(diǎn)位置，在操作時(shí)容易造成多轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的情況。

對(duì)刀儀常用于數(shù)控機(jī)床加工零件前基準(zhǔn)的定位，生產(chǎn)使用頻率較高。隨著技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了類似自動(dòng)對(duì)刀輔助儀器的產(chǎn)生，極大地推動(dòng)整個(gè)加工產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展。但由于自動(dòng)對(duì)刀儀造價(jià)過(guò)高，極大地限制了產(chǎn)品的推廣。而且在生產(chǎn)自動(dòng)化程度不高的企業(yè)和學(xué)校依然保持著傳統(tǒng)的對(duì)刀儀對(duì)刀的使用，由于價(jià)格便宜，使用方便，適用范圍廣，這種傳統(tǒng)的對(duì)刀儀幾乎占整個(gè)市場(chǎng)70%左右的份額。因此，本發(fā)明根據(jù)對(duì)刀儀上下兩個(gè)基準(zhǔn)面的定位原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用基準(zhǔn)刻度定位，讀數(shù)直觀易懂，操作更方便，打破了傳統(tǒng)對(duì)刀儀過(guò)于依賴百分表的使用，是一種全新的設(shè)計(jì)。

二、工作原理

機(jī)械刻度式對(duì)刀儀的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，圖中各部位名稱為：1.測(cè)量柱，2.圓環(huán)封蓋，3.導(dǎo)向柱，4.基座本體，5.彈簧，6.內(nèi)刻度盤，7.外刻度盤，8.內(nèi)卡旋鈕（如圖4所示為輔助附件）。其中測(cè)量柱1嵌入基座本體4內(nèi)部，采用間隙配合（間隙量允許在0.08～0.12mm之間），彈簧5安裝在測(cè)量柱的底面凹槽內(nèi)，在外力和彈簧5的作用下，測(cè)量柱1在基座本體4型腔內(nèi)可實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。導(dǎo)向柱3水平安裝在基座本體4兩側(cè)內(nèi)，并與測(cè)量柱1導(dǎo)向槽貼合，使測(cè)量柱1只能垂直上下移動(dòng)。圓形封蓋2與基座本體4為螺紋連接，并與測(cè)量柱1階梯面接觸，用來(lái)調(diào)節(jié)測(cè)量柱1伸出的長(zhǎng)度，同時(shí)也起到密封的作用?；倔w4側(cè)面設(shè)置開(kāi)口槽，兩側(cè)標(biāo)注有刻度。測(cè)量柱1的柱面同樣設(shè)計(jì)有刻度，與基座本體4上的刻度一一對(duì)應(yīng)。

圖1 機(jī)械刻度式對(duì)刀儀

圖2 機(jī)械刻度式對(duì)刀儀剖視圖

三、實(shí)施的過(guò)程

基本原理：假設(shè)機(jī)械刻度式對(duì)刀儀對(duì)刀具基準(zhǔn)高度為30mm，那么所設(shè)計(jì)的測(cè)量柱1頂面基準(zhǔn)到刻度零點(diǎn)的距離為標(biāo)準(zhǔn)值15mm，基座本體4的底面到刻度零點(diǎn)的距離同樣為標(biāo)準(zhǔn)值15mm。如果將測(cè)量柱1側(cè)面零點(diǎn)刻度與基座本體4的零點(diǎn)刻度對(duì)齊，就是標(biāo)準(zhǔn)的30mm高度值。

對(duì)刀儀的實(shí)施方式：在使用前先將內(nèi)卡旋鈕8如圖3所示放入圓環(huán)封蓋2頂部?jī)商幫蛊鸩糠?，?duì)齊下壓，通過(guò)順時(shí)針或逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)，可調(diào)節(jié)測(cè)量柱的上下移動(dòng)。調(diào)節(jié)后的測(cè)量柱1零點(diǎn)刻度略高于基座本體4的零點(diǎn)刻度，設(shè)置一個(gè)可移動(dòng)的區(qū)間。使用時(shí)，將對(duì)刀儀放在零件基準(zhǔn)面上如圖4所示，然后移動(dòng)刀具到測(cè)量柱1的頂面上端處，旋轉(zhuǎn)數(shù)控機(jī)床手輪Z軸，使刀具向下移動(dòng)并接觸測(cè)量柱1的頂面并繼續(xù)向下緩慢移動(dòng)，通過(guò)手輪Z軸的微調(diào)，使測(cè)量柱1側(cè)面零點(diǎn)刻度位置與基座本體零點(diǎn)刻度位置完全對(duì)齊后（零點(diǎn)刻度為長(zhǎng)橫線，短橫線為參考線，當(dāng)零點(diǎn)刻度對(duì)齊后，短橫線保持錯(cuò)開(kāi)狀態(tài)），記下當(dāng)前坐標(biāo)值輸入機(jī)床Z值（即G54坐標(biāo)），并減去對(duì)刀儀高度（如 30mm）。

機(jī)床過(guò)熱會(huì)引起刀具偏值變動(dòng)。機(jī)床在工作過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量通過(guò)刀具和機(jī)床的摩擦而產(chǎn)生。最直接的影響是絲杠的熱變形，從而導(dǎo)致刀具位置發(fā)生偏移，會(huì)直接影響到零件的加工精度。而在機(jī)械刻度對(duì)刀儀的使用時(shí)，應(yīng)讓機(jī)床冷卻10分鐘后再進(jìn)行刀具的測(cè)量，這樣更能準(zhǔn)確地測(cè)量出當(dāng)前刀具的位置數(shù)值，測(cè)量更準(zhǔn)確。

在讀數(shù)時(shí)，首先確保當(dāng)前機(jī)械刻度對(duì)刀儀的使用位置光線充足，如果在暗光下很難讀準(zhǔn)對(duì)刀儀上的刻度，必要時(shí)可以借助機(jī)床的照明燈進(jìn)行輔助照明。其次是在機(jī)械刻度上讀數(shù)時(shí)，操作者的視線應(yīng)與對(duì)刀儀的刻度平齊，保持在同一條水平線位置，這樣讀出來(lái)的數(shù)值不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位。最后需要注意的是，機(jī)械刻度對(duì)刀儀上的刻度與游標(biāo)卡尺上的刻度相類似，只是對(duì)刀儀的刻度沒(méi)有游標(biāo)卡尺上的多，這是因?yàn)闄C(jī)械刻度對(duì)刀儀只是要求零點(diǎn)刻度對(duì)齊，因此，對(duì)刀儀的刻度均按照游標(biāo)卡尺上的50刻度進(jìn)行設(shè)計(jì)，其最小的讀數(shù)誤差在0.02mm。但在實(shí)際使用時(shí)，只有一個(gè)基準(zhǔn)位置，很容易觀察，都能做到在0.02mm范圍內(nèi)。

圖3 內(nèi)卡旋鈕

圖4 機(jī)械刻度對(duì)刀儀的對(duì)刀過(guò)程

實(shí)施過(guò)程需要注意刀具的刀尖必須與機(jī)械刻度對(duì)刀儀上基準(zhǔn)面接觸，對(duì)刀儀下基準(zhǔn)面與零件上的基準(zhǔn)面接觸，由于刀具的大小無(wú)法改變，因此，對(duì)刀儀與刀具之間的誤差是很小的，幾乎可以忽略。而對(duì)刀儀下端面與零件上的基準(zhǔn)面接觸必須貼平，對(duì)刀儀下端面不能設(shè)計(jì)過(guò)大，過(guò)大的接觸面會(huì)造成零件表面清潔難度大而產(chǎn)生臟物，影響測(cè)量誤差。因此，本次機(jī)械刻度式對(duì)刀儀采用的是上輕下重，高度與直徑為2∶3的比例設(shè)計(jì)的，不僅站得穩(wěn)，且不容易產(chǎn)生晃動(dòng)現(xiàn)象，更便于操作。

四、實(shí)施的拓展

在機(jī)械式刻度對(duì)刀儀的基礎(chǔ)上可以演變成為機(jī)械數(shù)字顯示對(duì)刀儀，如圖5所示，由歸零按鈕9和顯示屏幕10組成。使用前先進(jìn)行校正，找一把在量程內(nèi)的外徑千分尺（25～50），并調(diào)至30mm標(biāo)準(zhǔn)刻度，然后將對(duì)刀儀頂面和底面嵌入外徑千分尺進(jìn)行校正，校正好后按歸零按鈕9清零，完成前期的校正工作。

機(jī)械數(shù)字顯示對(duì)刀儀的實(shí)施方式與機(jī)械刻度式對(duì)刀儀相似，先將刀具移動(dòng)至測(cè)量柱1頂面上端，然后緩慢旋轉(zhuǎn)數(shù)控機(jī)床手輪Z軸向下移動(dòng)，當(dāng)顯示屏幕10上顯示數(shù)字準(zhǔn)備接近零點(diǎn)時(shí)，采用微調(diào)移動(dòng)，直至數(shù)字顯示屏幕10上的數(shù)字顯示為0.00時(shí)，如圖6所示，該高度為標(biāo)準(zhǔn)30mm，記下當(dāng)前機(jī)床坐標(biāo)值，輸入數(shù)控機(jī)床G54坐標(biāo)，完成對(duì)刀操作。

圖5 機(jī)械數(shù)字顯示對(duì)刀儀

圖6 機(jī)械數(shù)字顯示對(duì)刀儀對(duì)刀過(guò)程

五、結(jié) 語(yǔ)

對(duì)本機(jī)械刻度式對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)內(nèi)容做如下總結(jié)：

1.與傳統(tǒng)的百分表相比，百分表因體積大，極大地影響了對(duì)刀儀的形狀大小，不僅笨重，且使用起來(lái)不方便。機(jī)械刻度式對(duì)刀儀由于采用刻度顯示，形狀可根據(jù)使用場(chǎng)合進(jìn)行調(diào)整，并且可以做得更小、更輕。

2.采用了刻度式讀數(shù)方式，刻度上的線與線之間平齊，看起來(lái)更直觀，且不容易出錯(cuò)。

3.在設(shè)計(jì)刻度式對(duì)刀儀時(shí)，充分考慮到封口處容易進(jìn)入灰塵和切削液等，所以在封口處做了密封處理，具有耐臟、耐污等特點(diǎn)，可適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。

4.由于對(duì)刀儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，即使出現(xiàn)密封條老化而造成切削液進(jìn)入內(nèi)部的情況，只需將圓環(huán)封蓋旋開(kāi)，即可將內(nèi)部零件取出進(jìn)行清洗和擦拭，安裝回去后不影響其定位誤差。

5.機(jī)械刻度式對(duì)刀儀本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，零件不多且便于制造和裝配，這將大大降低制造成本，這減輕企業(yè)的使用成本，具有一定的推廣使用價(jià)值。