數(shù)控機(jī)床光學(xué)對(duì)刀裝置的研究與設(shè)計(jì)

伍倪燕 賴嘯 劉勇

摘要：應(yīng)某公司要求，為解決數(shù)控機(jī)床對(duì)刀精度不高引起的零件加工誤差以及連接線因?qū)Φ堆b置使用不當(dāng)在連接處出現(xiàn)斷裂，影響數(shù)控機(jī)床正常使用的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種精準(zhǔn)對(duì)刀裝置，并對(duì)其設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和改進(jìn)后所具備的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;對(duì)刀裝置;精密

1 現(xiàn)狀分析

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，該控制系統(tǒng)能夠有邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表示，通過(guò)信息載體輸入數(shù)控裝置。數(shù)控機(jī)床加工零件精度高、生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低，但對(duì)操作人員要求也高，尤其是對(duì)刀要求。

對(duì)刀是指通過(guò)刀具或?qū)Φ豆ぞ叽_定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的空間位置關(guān)系，并將對(duì)刀數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)的存儲(chǔ)位置。它是數(shù)控加工中最重要的操作內(nèi)容，其準(zhǔn)確性將直接影響零件的加工精度。數(shù)控加工中的對(duì)刀操作分為X、Y向?qū)Φ逗蚙向?qū)Φ禰1]。

對(duì)刀裝置也稱為“對(duì)刀儀”或“刀具預(yù)調(diào)儀”，其實(shí)對(duì)刀儀和刀具預(yù)調(diào)儀是兩個(gè)儀器。對(duì)刀儀主要用于機(jī)內(nèi)的對(duì)刀，可以看作機(jī)床的一個(gè)選購(gòu)附件。刀具預(yù)調(diào)儀用于機(jī)外對(duì)刀，是一臺(tái)獨(dú)立的機(jī)器[2]。

2 思路構(gòu)建及設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床對(duì)刀裝置，為了滿足市場(chǎng)需求，一般都是針對(duì)如何更好地對(duì)刀和如何更方便使用者使用這些方面進(jìn)行優(yōu)化，往往忽略了是否能夠很好地對(duì)連接線進(jìn)行防護(hù)，具體而言，在數(shù)控機(jī)床正常使用時(shí)，其連接線會(huì)因?yàn)槭褂貌划?dāng)而在連接處出現(xiàn)斷裂，從而影響數(shù)控機(jī)床的正常使用，需要較高頻率地更換[3]。

光學(xué)對(duì)刀裝置通常采用工業(yè)相機(jī)與機(jī)內(nèi)對(duì)刀的方式進(jìn)行機(jī)床對(duì)刀裝置的設(shè)計(jì)，其主要工作流程如圖1所示。

針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備存在的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，以保護(hù)數(shù)控機(jī)床連接線為目的初步構(gòu)建了一種新型數(shù)控機(jī)床對(duì)刀裝置的設(shè)計(jì)思路，如圖2所示。

新型數(shù)控機(jī)床對(duì)刀裝置在對(duì)刀設(shè)備本體的內(nèi)部設(shè)計(jì)安裝了固定穩(wěn)定柱，在穩(wěn)定柱的右側(cè)設(shè)計(jì)環(huán)形插接槽，在環(huán)形插接槽內(nèi)壁的前側(cè)和后側(cè)均設(shè)計(jì)弧形卡槽，在穩(wěn)定柱前側(cè)和后側(cè)的右側(cè)均設(shè)計(jì)圓形通孔，在兩個(gè)圓形通孔的內(nèi)部固定安裝擠壓裝置，在環(huán)形插接槽的內(nèi)部插接環(huán)形插接塊，在環(huán)形插接塊的前側(cè)和后側(cè)設(shè)計(jì)放置槽，兩個(gè)放置槽的內(nèi)部固定安裝卡接機(jī)構(gòu)，在環(huán)形插接塊的右側(cè)固定連接有連接管道。在穩(wěn)定柱的前端安裝有紅外線探測(cè)頭。

對(duì)刀裝置設(shè)計(jì)的核心部位為擠壓裝置，如圖3所示。擠壓裝置上設(shè)計(jì)了圓形擋塊，圓形擋塊的外表面與圓形通孔的內(nèi)壁固定連接，圓形擋塊的內(nèi)部滑動(dòng)連接設(shè)計(jì)了擠壓桿，擠壓桿的前側(cè)貫穿圓形通孔并延伸至穩(wěn)定柱的前側(cè)，擠壓桿的前側(cè)固定安裝有提拉手柄，擠壓桿的外表面套設(shè)有第一擠壓彈簧，第一擠壓彈簧的前側(cè)與圓形擋塊的后側(cè)固定連接，第一擠壓彈簧的后側(cè)固定安裝有圓形塊，圓形塊的內(nèi)部與擠壓桿的外表面固定連接，擠壓桿的后側(cè)貫穿圓形通孔并延伸至弧形卡槽的內(nèi)部。

第一擠壓彈簧和圓形塊均位于圓形通孔的內(nèi)部，圓形塊的外表面與圓形通孔的內(nèi)壁滑動(dòng)連接。圓形擋塊的內(nèi)部設(shè)計(jì)有圓形配合孔，圓形配合孔的內(nèi)壁與擠壓桿的外表面滑動(dòng)連接。卡接機(jī)構(gòu)包括第二擠壓彈簧，第二擠壓彈簧的后側(cè)與放置槽的內(nèi)壁固定連接，第二擠壓彈簧的前側(cè)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(nèi)壁滑動(dòng)連接，方形限位塊的前側(cè)固定安裝有弧形卡塊，弧形卡塊的前側(cè)與弧形卡槽的內(nèi)部卡接。放置槽內(nèi)壁的頂部和底部均設(shè)計(jì)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(gè)限位塊均與限位槽滑動(dòng)連接，如圖4所示。

3 改進(jìn)后優(yōu)勢(shì)

改進(jìn)后的對(duì)刀裝置通過(guò)對(duì)刀設(shè)備本體、穩(wěn)定柱、環(huán)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(huán)形插接塊、放置槽、卡接機(jī)構(gòu)、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(xiàn)有對(duì)刀裝置不能給予連接線很好的防護(hù)的問(wèn)題，其主要優(yōu)勢(shì)如下：

（1）通過(guò)人力推動(dòng)提拉手柄作為整個(gè)擠壓裝置的動(dòng)力源，因?yàn)榱κ强梢詡鬟f的，在推動(dòng)提拉手柄的同時(shí)帶動(dòng)擠壓桿移動(dòng)，在擠壓桿移動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)圓形塊移動(dòng)，這樣就能夠給予第一擠壓彈簧一個(gè)形變的力，從而將卡進(jìn)弧形卡槽內(nèi)部的弧形卡塊推出;同時(shí)，因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ?，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(hù)效果更好。

（2）通過(guò)弧形卡塊受力作為整個(gè)卡接機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，因?yàn)榱κ强梢詡鬟f的，弧形卡塊在受力的同時(shí)將給予方形限位塊一個(gè)擠壓的力，這樣就能夠給予第二擠壓彈簧一個(gè)形變的力，從而將弧形卡塊擠入放置槽的內(nèi)部，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)環(huán)形插接塊與環(huán)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(gè)相同的反作用力，這樣就能夠很好地實(shí)現(xiàn)插接，使防護(hù)效果更好。

（3）放置槽內(nèi)壁的頂部和底部開設(shè)有限位槽，同時(shí)方形限位塊頂部和底部固定安裝有限位塊，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)限位塊與限位槽的滑動(dòng)連接，不僅能夠很好地限制方形限位塊的位置，同時(shí)也能使方形限位塊的運(yùn)動(dòng)軌跡更加穩(wěn)定，使防護(hù)效果更好。

（4）第一擠壓彈簧和圓形塊均位于圓形通孔的內(nèi)部，同時(shí)圓形塊的外表面與圓形通孔的內(nèi)壁滑動(dòng)連接，這樣就能夠很好地限制圓形塊的運(yùn)動(dòng)軌跡，使防護(hù)效果更好。

（5）在圓形擋塊的內(nèi)部開設(shè)有圓形配合孔，這樣就能夠使擠壓桿的運(yùn)動(dòng)效果更好，也使防護(hù)效果更好。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)驗(yàn)證，與傳統(tǒng)對(duì)刀方式相比，利用該裝置對(duì)刀可以大大提高對(duì)刀效率，并在一定程度上減小零件的加工誤差，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)、不同刀桿厚度刀具的精準(zhǔn)對(duì)刀。該裝置解決了現(xiàn)有對(duì)刀裝置不能給予連接線很好的防護(hù)的問(wèn)題，具有防護(hù)效果好的優(yōu)點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳鳳霞.數(shù)控車削加工中的實(shí)用對(duì)刀方法探討[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2017，44（3）：37-38.

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

[3] 周旭光.數(shù)控車削對(duì)刀高度誤差對(duì)加工精度的影響[J].機(jī)床與液壓，2006（7）：105-107.

收稿日期：2021-06-24

作者簡(jiǎn)介：伍倪燕（1979—），女，四川資陽(yáng)人，工程碩士，副教授，研究方向：機(jī)械工程及其自動(dòng)化。