| 摘要：介紹了一種簡易的數(shù)控刨床自動(dòng)對刀和刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償方法东哀。在該方法中自動(dòng)對刀和刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償采用同一套裝置辱得，裝置結(jié)構(gòu)簡單局该，操作方便。刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償不需要有刀具磨損量的反饋信息沉享。功能的實(shí)現(xiàn)不需要在數(shù)控系統(tǒng)中外加另外的接口電路涉佑。 |
采用數(shù)控刨床加工平面和簡單的零件時(shí)，通常不存在刀具的精確定位和刀具磨損的補(bǔ)償問題顶质，但當(dāng)用來加工截面輪廓線是復(fù)雜曲線的零件時(shí)(如羅茨泵轉(zhuǎn)子的截面輪廓線由四段圓弧淮超、四段外擺線和四段漸開線組成，大型水環(huán)泵葉輪葉片的輪廓線由多段直線和圓弧組成旺订，它們對工件的尺寸精度弄企、型線位置精度和形狀精度都有較高的要求)，刀尖相對于工件的起始位置直接影響工件的加工精度。由于工件尺寸大拘领、余量大意乓，粗精加工經(jīng)常又是在同一臺機(jī)床上進(jìn)行，粗精加工要使用不同的刀具约素，刀具崩刃現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生届良，因此既使加工同一個(gè)工件，刀具有時(shí)也需要多次更換圣猎。每一次裝換刀士葫，都要求刀具的刀尖位于同一起始位置。另外样漆，用同一把刀加工多個(gè)工件或一個(gè)大型工件为障，在加工過程中刀具的磨損有時(shí)也會超過允許的程度，不進(jìn)行刀具磨損的補(bǔ)償放祟，工件的尺寸會出現(xiàn)超差鳍怨。要實(shí)現(xiàn)工件的高精度加工，刀具的精確定位和刀具磨損的補(bǔ)償問題必需得到很好的解決巾妖。一般數(shù)控刨床在刀具初裝和更換后的定位問題通常有兩種解決方法：一是試切法估横；二是用對刀塊調(diào)整法。但兩個(gè)方法不是精度差牵梗，就是操作不方便台筷。刀具的磨損補(bǔ)償，通常是在知道刀具磨損量的情況下才能進(jìn)行仓脓，但刀具磨損的在線檢測本身就是一個(gè)不好實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的問題售微。為此，研究了結(jié)構(gòu)簡單锨间、操作方便的自動(dòng)對刀和刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償裝置甩腻。
圖1 對刀和刀具磨損補(bǔ)償裝置 |
圖2 對刀信號檢測電路 |
1 裝置的結(jié)構(gòu)
圖1 所示就是作者設(shè)計(jì)的數(shù)控刨床自動(dòng)對刀和刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償裝置。該裝置的結(jié)構(gòu)非常簡單婿芝，由對刀塊昭仲、絕緣體和底座三部分組成。整個(gè)裝置由底座通過螺釘固定在工作臺上挨让。對刀裝置與工作臺一起通過X向的伺服電機(jī)做水平方向的移動(dòng)枚冗，刀具由Z向伺服電機(jī)控制做上下移動(dòng)。對刀塊和底座各有一個(gè)接線端蛇损，兩者之間由絕緣體來絕緣赁温。對刀塊的凹槽由兩個(gè)斜面和一個(gè)平面組成，稱為對刀斜面和對刀底面淤齐。其中對刀底面與工作臺的臺面平行股囊，對刀斜面與刨刀的前后移動(dòng)方向平行。為了保證對刀的精度，對刀塊的斜面和底面都要求有較高的平面度和低的粗糙度毁涉。
對刀信號檢測電路，如圖2示锈死。它主要由一個(gè)光電耦合器件和兩個(gè)限流電阻組成贫堰。對刀塊上的兩條信號輸出線作為輸入信號分別接信號檢測電路的兩個(gè)輸入端，形成一個(gè)開關(guān)電路待牵，輸出信號接數(shù)控系統(tǒng)的并行接口8155其屏。從電路上看，在圖1中由于底座通過工作臺缨该、床身與刀具相連偎行，接線端2也就與刀尖相連。當(dāng)?shù)都馀c任一對刀面接觸時(shí)饿遏，信號檢測電路光藕器的發(fā)光二極管會導(dǎo)通医狡、發(fā)光, 光敏三極管亦導(dǎo)通, 輸出端電平會由高變低。當(dāng)?shù)都怆x開對刀面后, 發(fā)光二極管的通路被關(guān)斷替熊，發(fā)光停止肿车，輸出端又恢復(fù)為高電平。這個(gè)信號作為數(shù)控系統(tǒng)的輸入信號掘顾，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入信號電平的高低判斷刀尖與對刀塊是否接觸到讽。
2 對刀方法
對刀就是在裝刀和換刀時(shí)，通過對刀具位置的調(diào)整使其刀尖置于相對于工件某一確定的空間位置(對刀原點(diǎn))累踱。如果工件安裝在工作臺上的位置確定保媒，那么只要刀尖相對工作臺的位置確定，刀尖相對于工件的位置也就確定惫借。因此通過調(diào)整刀具相對于工作臺的位置同樣可以達(dá)到對刀的目的辟昏。刨床的對刀，要求在兩個(gè)方位上確定刀尖的位置丰吐，一是垂直方位虑稼，另一個(gè)是水平方位。對于圖1所示的對刀裝置來說势木，刀尖垂直方位由刀尖相對于對刀底面的位置來確定蛛倦，水平方位由刀尖相對于兩對刀斜面的位置來確定。
對刀的過程就是用刀尖尋找對刀底面之上和對刀斜面之間某一中點(diǎn)的問題啦桌。設(shè)對刀原點(diǎn)在對刀塊兩對刀斜面中間上方的20mm處溯壶，對刀方法如下：
- 首先控制工作臺和刀具移動(dòng)，使刀具處于對刀底面的上方(高度不限)甫男；
- 控制刀具下移且改，并在下移過程中，每向下走一步，檢測一次刀尖和底對刀面是否接觸又跛。當(dāng)檢測到刀尖接觸對刀面的信號時(shí), 控制刀具停止下移碍拆，將Z坐標(biāo)值清零，然后控制刀具向上移5mm慨蓝；
- 控制工作臺左移感混，使右對刀斜面移向刀具，當(dāng)檢測到刀尖接觸右對刀斜面時(shí), 工作臺停止移動(dòng)缩髓，X坐標(biāo)值清零憨箍；
- 控制工作臺反方向移動(dòng)，同時(shí)学释，記錄沿此方向的位移量L遇娜。當(dāng)檢測到刀頭接觸到左對刀斜面時(shí), 工作臺停止移動(dòng)。
- 控制工作臺左移至兩側(cè)對刀面的中間位置(即L/2處)粱思。
- 控制刀具上移15mm, 將X区呕、Z兩個(gè)坐標(biāo)值清零。 此時(shí)刀尖所在的位置即是設(shè)定的對刀原點(diǎn)教物。
在以上的六個(gè)步驟中乌骇，第一步要用數(shù)控系統(tǒng)的手動(dòng)功能來完成，其他的步驟要設(shè)計(jì)一個(gè)對刀程序來自動(dòng)完成糊争。
3 刀具磨損補(bǔ)償
刀尖的縱向磨損, 會使刀具刀尖最低點(diǎn)的位置上移序摔，相當(dāng)于對刀原點(diǎn)上移；刀尖橫向的磨損會造成刀具刀尖中心位置的左偏或右偏婴鞭，相當(dāng)于對刀原點(diǎn)左偏或右偏柱悬。通過對刀，可以使對刀原點(diǎn)自動(dòng)得到恢復(fù)未斑，刀具的磨損也就得到了自動(dòng)補(bǔ)償咕宿。在刀具磨損速度比較快的情況下，在加工的過程中蜡秽，可用多次對刀的辦法來實(shí)現(xiàn)刀具磨損的在線補(bǔ)償府阀。
對刀和刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償功能，要在設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)時(shí)作為一個(gè)功能模塊來設(shè)計(jì)芽突。對于采用PC機(jī)作主機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)试浙，如果沒有對刀程序，也可以單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)對刀程序寞蚌。一般PC機(jī)和各種數(shù)控系統(tǒng)都有并行I/O接口田巴，因此除了光電耦合器件外，實(shí)現(xiàn)這一功能不需要外加其它的接口電路挟秤。
在了解了對刀和刀具磨損補(bǔ)償?shù)乃悸泛笠疾福涂梢栽O(shè)計(jì)一個(gè)程序來實(shí)現(xiàn)這一功能抄伍。對刀程序的設(shè)計(jì)不是一個(gè)困難的問題，具體程序的設(shè)計(jì)筆者在此就作不介紹了管宵。
4 結(jié)束語
該對刀方法具有對刀裝置結(jié)構(gòu)簡單截珍、成本低、操作方便的特點(diǎn)宇涵，可以同時(shí)解決刀具的自動(dòng)對刀和刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償問題保跨，且對刀和刀具磨損補(bǔ)償?shù)木雀撸虼嗽搶Φ斗椒ň哂泻軓?qiáng)的使用性秽烫，在刨床數(shù)控系統(tǒng)中有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。該對刀方法已在作者研制的刨床數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用断迁，并取得了很好的使用效果耙窥。
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