CN103144037A - 刀具棒料直径变化监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种刀具棒料直径变化监控系统，包括测头、判定模块，所述测头由底座以及对称安装其上的信号发生器、信号接收器组成，刀具棒料在其间所包围的区域中穿过，所述判定模块与原有数控系统通过电路连接，其输入端口与信号接收器连接，其输出端口连接有报警器。该系统利用光信号的覆盖长度变化以实时监控棒料直径偏差，并由判定模块通过计算确定棒料继续进给或中止。该系统与现有设备配合使用，可在加工过程中预先对棒料进行非接触式检测，出现超差时，由判定模块通过数控系统发出中止指令，使超差区域无法到达工装夹具，从而避免造成卡死故障。该系统及方法能够降低设备损耗和生产成本，节约工时，提高资源利用率和产品合格率。

Description

刀具棒料直径变化监控系统及方法

技术领域

本发明涉及精密刀具加工设备领域，特别涉及一种刀具棒料直径变化监控系统及方法。

背景技术

刀具（Cutting Tool）作为接触式加工中不可缺少的精密工具，其自身精度对于零件的加工精度可产生直接影响。精密刀具的加工，通常是在由X轴、Y轴、Z轴（沿对应坐标轴方向的平移轴）和B轴、C轴（精密旋转轴）所组成的五轴联动磨床上进行的，其中X轴、Y轴构成水平面垂直二维运动平台，Z轴垂直于该水平面，B轴固定在Z轴上，带有砂轮的主轴固定在B轴下方的输出端。而制作精密刀具的毛胚料，则是通过无心磨床或外圆磨床加工而成的、包括各种直径规格的精密研磨棒料，在这些刀具棒料中存在着直径公差分布不均匀甚至部分超差的现象。

在相关技术中，为避免由于夹持不准确而影响刀具的加工精度，需要根据棒料的实际尺寸预先选定相应规格的工装夹具。然而在工装夹具已经确定的情况下，如果棒料存在局部超差，就会在进给至超差区域时被工装夹具卡死，这不仅会造成棒料报废和砂轮磨损，而且会导致驱动电机的过载甚至是烧毁。

为避免上述情况发生，相关技术还采用上料前预先检测棒料直径是否超差的方法，然而这种方法仍存在以下问题：其一，该方法只能抽检，因此无法检查出所有的超差区域；其二，检测工序繁琐，增加时间、人工成本；其三，在预检过程中有可能造成棒料损伤甚至报废。

发明内容

针对现有刀具加工装置容易在棒料进给过程中由于局部超差而被工装夹具卡死所导致的设备损耗严重、工序繁琐、废品率高的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供一种配合现有设备使用的、能够实时监测棒料直径变化并在检测到超差时中止进给的刀具棒料直径变化监控系统及方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种刀具棒料直径变化监控系统，其特征在于，包括测头、判定模块、报警器，所述测头由底座，以及对称安装在底座上的信号发生器、信号接收器组成，刀具棒料在底座上方沿进给方向穿过信号发生器、信号接收器之间的区域，所述判定模块用于计算棒料的直径偏差，其与控制棒料进给的数控系统通过电路连接，所述判定模块的输入端口连接信号接收器，其输出端口连接所述报警器。

作为上述技术方案的优选，所述判定模块的输入端口与接收感应器通过网线连接。

作为上述技术方案的优选，在沿棒料的进给方向上，所述测头位于机床中的精密旋转轴和工装夹具之间。

作为上述技术方案的优选，所述判定模块与控制棒料进给的数控系统安装在计算机中。

本发明还提供一种刀具棒料直径变化监控方法，其特征在于，含有以下步骤：

Q1：将测头安装在机床中的精密旋转轴和工装夹具之间，将判定模块安装在计算机中，其与用于控制棒料进给的数控系统以电路连接；

Q2：调整棒料的位置，使其位于测头的信号发生器、信号接收器之间；

Q3：进给棒料，使其陆续通过测头的测量区域，然后将测量结果传输至判定模块；

Q4：判定模块根据所接收的测量结果计算出棒料直径的实际值n；

Q5：判定模块调用加工图形文件，计算实际值n与理论值n'的差值Δn，然后对Δn值作出判断，当Δn值被判定为未超差时，判定模块不发出任何指令，数控系统控制棒料继续进给。

作为上述使用方法的优选，在所述步骤Q5中，还含有以下步骤：

Q6：当Δn值被判定为超差时，判定模块向数控系统发出中止进给指令，同时开启报警器，数控系统中止棒料进给。

作为上述使用方法的优选，在所述步骤Q3中，还含有以下步骤：

Q7：信号发生器向信号接收器发射光信号，所述光信号在垂直于水平面方向上的覆盖长度L大于棒料的直径；

Q8：所述光信号部分被刀具棒料遮挡住，其余的光信号分成上、下两部分被信号接收器接收；

Q9：信号接收器分别读取上、下两部分光信号在垂直于水平面方向上的覆盖长度L1、L2，然后将L1、L2数值传输至判定模块。

作为上述使用方法的优选，在所述步骤Q4中，还含有以下步骤：

Q10：判定模块根据所测得的L1、L2数值，计算出棒料直径的实际值n=L-L1-L2。

本发明所提供的刀具棒料直径变化监控系统，通过读取光信号的覆盖长度以实时监控刀具棒料的直径公差变化，并由判定模块依据超差标准决定棒料继续进给或中止。该系统与现有设备配合使用，可在加工的过程中预先对棒料的每个部分进行非接触式的检测，当出现超差情况时，判定模块向数控系统发出中止进给指令，从而使棒料在其超差区域到达工装夹具前即停止进给，避免造成卡死故障。因此，该系统及方法能够降低设备损耗和生产成本，节约工时，提高资源利用率和产品合格率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的刀具棒料直径变化监控系统中的测头的结构及工作原理示意图。

图2为本发明实施例的刀具棒料直径变化监控系统应用于机床中的结构示意图。

图3为本发明实施例的刀具棒料直径变化监控方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种刀具棒料直径变化监控系统，包括测头1，其由底座13，以及对称安装在底座13上的信号发生器11、信号接收器12组成，刀具棒料91在所述底座13上方沿进给方向穿过信号发生器11、信号接收器12之间的区域。图1中的箭头表示由信号发生器11向信号接收器12所发射出的光信号。

如图2所示，本发明实施例提供的一种刀具棒料直径变化监控系统，还包括判定模块2、报警器3，所述判定模块2用于计算刀具棒料91的直径偏差，其与原有的数控系统92通过电路连接，其输入端口21连接信号接收器12，其输出端口22连接所述报警器3。

如图2所示，所述判定模块2的输入端口21与信号接收器12通过网线93连接。在沿棒料的进给方向上，所述测头1位于机床中的精密旋转轴94和工装夹具95之间。所述判定模块2与原有的数控系统92均为安装在计算机96中的软件程序。

如图2所示，所述精密旋转轴94固定在机床中的平移轴97上，数控系统92控制平移轴97带动精密旋转轴94、刀具棒料91沿进给方向运动。图2中的虚线部分1001表示平移轴97与数控系统92的原有连接方式。

如图3所示，本发明实施例还提供一种刀具棒料直径变化监控方法，含有以下步骤：将测头安装在机床中的精密旋转轴和工装夹具之间，将判定模块安装在计算机中，其与用于控制棒料进给的数控系统以电路连接；调整棒料的位置，使其位于测头的信号发生器、信号接收器之间；进给棒料，使其陆续通过测头的测量区域，然后将测量结果传输至判定模块；判定模块根据所接收的测量结果计算出棒料直径的实际值n；判定模块调用加工图形文件，计算实际值n与理论值n'的差值Δn，然后对Δn值作出判断：当Δn值被判定为未超差时，判定模块不发出任何指令，数控系统控制棒料正常进给，已经通过测量的棒料区域均继续通过工装夹具；当Δn值被判定为超差时，判定模块向数控系统发出中止进给指令，同时开启报警器，数控系统中止棒料进给，被检测出超差的棒料区域尚未到达工装夹具即已停止运动。

如图1、图3所示，作为上述使用方法的优选，还按照以下步骤执行：信号发生器向信号接收器发射光信号，所述光信号在垂直于水平面方向上的覆盖长度L大于棒料的直径；所述光信号部分被刀具棒料遮挡住，其余的光信号分成上、下两部分被信号接收器接收；信号接收器分别读取上、下两部分光信号在垂直于水平面方向上的覆盖长度L1、L2，然后将L1、L2数值传输至判定模块。

如图1、图3所示，作为上述使用方法的优选，还按照以下步骤执行：判定模块根据所测得的L1、L2数值，计算出棒料直径的实际值n=L-L1-L2。

本发明所提供的刀具棒料直径变化监控系统及方法，在棒料进给至工装夹具前，预先利用光信号测量其直径公差，并将测量结果通过网络实时传输至计算机，由判定模块对棒料直径的实测值和理论值进行差值计算，然后对所得差值进行判断，如判断结果为超差，则向数控系统发出中止进给的指令，使棒料在其超差区域到达工装夹具前停止进给，从而避免了卡死情况的发生。与传统的刀具加工设备及方法相比，本发明不仅无需对棒料的直径公差进行预检，在精简生产工序的同时保护棒料不受损伤，而且完全避免了棒料在通过工装夹具时被卡死的情况发生，因此能够提高测量效率，降低设备损耗和生产成本，节约工时，提高资源利用率和产品合格率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种刀具棒料直径变化监控系统，其特征在于，包括测头、判定模块、报警器，所述测头由底座，以及对称安装在底座上的信号发生器、信号接收器组成，刀具棒料在底座上方沿进给方向穿过信号发生器、信号接收器之间的区域，所述判定模块用于计算棒料的直径偏差，其与控制棒料进给的数控系统通过电路连接，所述判定模块的输入端口连接信号接收器，其输出端口连接所述报警器。

2.根据权利要求1所述的一种刀具棒料直径变化监控系统，其特征在于，所述判定模块的输入端口与接收感应器通过网线连接。

3.根据权利要求1所述的一种刀具棒料直径变化监控系统，其特征在于，在沿棒料的进给方向上，所述测头位于机床中的精密旋转轴和工装夹具之间。

4.根据权利要求1所述的一种刀具棒料直径变化监控系统，其特征在于，所述判定模块与控制棒料进给的数控系统安装在计算机中。

5.一种刀具棒料直径变化监控方法，其特征在于，含有以下步骤：

Q1：将测头安装在机床中的精密旋转轴和工装夹具之间，将判定模块安装在计算机中，其与用于控制棒料进给的数控系统以电路连接；

Q2：调整棒料的位置，使其位于测头的信号发生器、信号接收器之间；

Q3：进给棒料，使其陆续通过测头的测量区域，然后将测量结果传输至判定模块；

Q4：判定模块根据所接收的测量结果计算出棒料直径的实际值n；

Q5：判定模块调用加工图形文件，计算实际值n与理论值n'的差值Δn，然后对Δn值作出判断，当Δn值被判定为未超差时，判定模块不发出任何指令，数控系统控制棒料继续进给。

6.根据权利要求5所述的一种刀具棒料直径变化监控方法，其特征在于，在所述步骤Q5中，还含有以下步骤：

Q6：当Δn值被判定为超差时，判定模块向数控系统发出中止进给指令，同时开启报警器，数控系统中止棒料进给。

7.根据权利要求5所述的一种刀具棒料直径变化监控方法，其特征在于，在所述步骤Q3中，还含有以下步骤：

Q7：信号发生器向信号接收器发射光信号，所述光信号在垂直于水平面方向上的覆盖长度L大于棒料的直径；

Q8：所述光信号部分被刀具棒料遮挡住，其余的光信号分成上、下两部分被信号接收器接收；

Q9：信号接收器分别读取上、下两部分光信号在垂直于水平面方向上的覆盖长度L1、L2，然后将L1、L2数值传输至判定模块。

8.根据权利要求5所述的一种刀具棒料直径变化监控方法，其特征在于，在所述步骤Q4中，还含有以下步骤：

Q10：判定模块根据所测得的L1、L2数值，计算出棒料直径的实际值n=L-L1-L2。

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