CN104842220A - 一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置及测量方法。传统数控对刀方法安全性差，占用时机长，误差大，不利于超声数控加工。适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，包括机械结构部分和采集控制部分。适用数控机床加工的直刃刀对刀测量方法，具体步骤：光电位置传感器检测投射光线，输出电流信号，通过I/V转换及放大电路变成电压信号；主控芯片对电压信号处理，并提供给AD模块采集；计算零位角阀值；直刃刀继续旋转，光电位置传感器采集的光电流再次到达零位角阀值时通过NPN晶体管输出电给数控机床提供角度到位信号。本发明采用激光非接触的方法利用遮挡后的光信息获取刀具的零位角度，提高超声数控切割的对刀精度和效率。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种适用数控机床加工，并且利用被测刀具遮挡平行激光获得刀具的角度位置参数实现对刀的装置及测量方法。
背景技术
蜂窝复合材料因为自身的各种优点被广泛地应用于航空、航天等领域。与传统切削加工不同，超声数控切割加工具有效率高、质量好、能耗低、污染少等显著优点，已成为新兴复合材料加工的一个重要发展方向。直刃刀是这类加工的重要组成部分，为了使加工精度更加准确，因此获取直刃刀在加工坐标系中的准确位置显得至关重要。传统数控对刀方法有定尺寸刀具法、试切法等，可以直观地获取刀具的长度信息，但因为其安全性差，占用时机长，以及人为带来的随机性误差大等缺点，无法适应超声数控加工的节奏，非常不利于发挥超声数控加工的功能。近年来兴起的激光非接触式对刀方法是一种借助激光线投射到被测刀具上，再通过遮挡后的光信息来获取刀具参数的方法，具有操作简单、省力且精度稳定性高等优点，是现代数控加工对刀的一种发展趋势。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置及测量方法，通过分析直刃刀刀具结构和使用光电位置传感器，采用激光非接触的方法利用遮挡后的光信息获取刀具的零位角度参数，从而提高超声数控切割的对刀精度和效率。
为实现上述的目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明中适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，包括机械结构部分和采集控制部分；所述的机械结构部分包括激光源、支架、底座、数控机床加工主轴和光电位置传感器；两个支架对称固定在底座两侧，一个支架的上方固定有激光源，另一个支架的上方固定有光电位置传感器；所述激光源的轴心线与光电位置传感器的接收器中心对齐设置；所述的数控机床加工主轴设置在底座的正上方，且垂直于激光源的轴心线；所述的采集控制部分包括激光器电源、主控芯片、激光控制输出电路、电源及晶振电路、I/V转换及放大电路、LED显示电路和NPN晶体管输出电路；所述的电源及晶振电路为主控芯片提供正常工作所需电能及时钟信号；所述的I/V转换及放大电路将光电位置传感器输出的光电流信号转换成标准的电压信号并提供给主控芯片的AD模块采集；LED显示电路将处理后的数据实时显示给用户；光电位置传感器输出的光电流达到最大峰值时，NPN晶体管输出电路给数控机床提供角度到位信号，激光控制输出电路控制激光器电源关闭。
所述的数控机床加工主轴底部通过螺纹连接固定直刃刀。
所述的光电位置传感器采用PSD传感器。
所述的主控芯片采用ATMEL公司的Atmega16芯片。
所述的激光源采用635nm波长的一字平行激光器。
所述的支架采用304不锈钢材质。
本发明中适用数控机床加工的直刃刀对刀测量方法，具体步骤如下：
步骤一、直刃刀固定在数控机床加工主轴底部，激光源和光电位置传感器分别安放在直刃刀的两侧。
步骤二、采集控制部分参数初始化处理；所述的采集控制部分包括激光器电源、主控芯片、激光控制输出电路、电源及晶振电路、I/V转换及放大电路、LED显示电路和NPN晶体管输出电路；所述的电源及晶振电路为主控芯片提供正常工作所需电能及时钟信号，激光器电源为激光源供电。
步骤三、数控机床启动对直刃刀的对刀模式：打开激光源，使其产生一字平行激光束；数控机床加工主轴带动直刃刀旋转；光电位置传感器检测投射光线，输出两路电流信号，通过I/V转换及放大电路变成标准的电压信号；主控芯片对电压信号进行处理，并提供给主控芯片的AD模块采集，处理后的数据通过LED显示电路实时显示给用户。
步骤四、计算零位角阀值，进而判断零位角度。直刃刀转动至超过360°的过程中，光电位置传感器采集直刃刀每个转角对应的光电流数据，取最大值作为零位角阀值，零位角阀值对应直刃刀的转角即为零位角度。
步骤五、直刃刀继续旋转，光电位置传感器采集光电流数据并与零位角阀值对比，再次到达零位角阀值时则通过NPN晶体管输出电给数控机床提供角度到位信号，此时，数控机床加工主轴停止转动，激光控制输出电路控制激光器电源关闭，所得数据通过LED显示电路实时显示给用户。
所述激光源的轴心线垂直于数控机床加工主轴，且与光电位置传感器的接收器中心对齐设置。
本发明的直刃刀对刀装置结构简单，操作方便，采用非接触的光学投影原理进行测量，保证精度的同时确保不会对刀具造成损坏，是现代数控加工对刀的一种发展趋势。
附图说明
图1是本发明中直刃刀对刀装置的工作原理图；
图2-1是本发明中光电位置传感器测量光电流的一个状态图；
图2-2是本发明中光电位置传感器测量光电流的另一个状态图；
图3是本发明中直刃刀对刀测量方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1、2-1和2-2所示，一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，包括机械结构部分和采集控制部分。机械结构部分包括激光源1、支架2、底座3、数控机床加工主轴5和光电位置传感器6；两个支架2通过螺钉对称固定在底座3两侧，一个支架2的上方固定有激光源1，另一个支架2的上方固定有光电位置传感器6；激光源1的轴心线与光电位置传感器6的接收器中心对齐设置；数控机床加工主轴5设置在底座3的正上方，且垂直于激光源1的轴心线；直刃刀4通过螺纹连接固定在数控机床加工主轴5底部，可通过数控机床调整转角q；直刃刀4的中心O至光电位置传感器6的接收器的距离为 ，刃中心宽为直刃刀4的边缘到中心O的距离。采集控制部分包括激光器电源7、主控芯片13以及分别与主控芯片13连接的激光控制输出电路8、电源及晶振电路9、I/V转换及放大电路12、LED显示电路11和NPN晶体管输出电路10；电源及晶振电路9为主控芯片提供正常工作所需电能及时钟信号；激光器电源7与激光控制输出电路8相连，可为激光源1供电。
光电位置传感器6采用PSD传感器，是一种具有大光敏面的光电二极管，长为20mm、宽为2mm，又称为P-N结光电传感器，为投射光检测提供高灵敏度的感测单元。
主控芯片13采用ATMEL公司的Atmega16芯片，具有高速、低功耗、超强功能、精简指令、内置10位AD模块等特点，可总体协调PSD信号采集、显示及输出。
激光源1采用635nm波长的一字平行激光器，为检测提供稳定均匀的平行激光束；支架2采用304不锈钢材质，为激光源和光电位置传感器的固定提供可靠保障。
该适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，工作原理如下：
如图2-1和2-2所示，激光源1产生宽度为b1的一字平行激光束，经过直刃刀4截面遮挡后投射至光电位置传感器6的接收器上，直刃刀4截面的遮挡宽为b2；实时检测时，直刃刀4的刃中心宽、刃边宽c、刃厚h以及激光源1产生的一字平行激光束宽度b1都是固定值，直刃刀4的转角q变化只导致遮挡宽b2的变化；遮挡宽b2的变化会反映到投射至光电位置传感器6的光通量，进而光电位置传感器6输出的光电流也随着变化。当直刃刀4到达零位角度时，光电流达到最大峰值，并通过I/V转换及放大电路12进行信号调理，转换成电压信号，从而便于主控芯片13分析处理。主控芯片13对电压信号进行处理，并判断出光电位置传感器6输出的光电流达到最大峰值时，通过NPN晶体管输出电路10给数控机床提供角度到位信号，此时，数控机床加工主轴5停止转动，激光控制输出电路8控制激光器电源7关闭，所得数据通过LED显示电路11实时显示给用户。
该适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，结构简单，操作方便，采用非接触的光学投影原理进行测量，保证精度的同时确保不会对刀具造成损坏，是现代数控加工对刀的一种发展趋势。
一种适用数控机床加工的直刃刀对刀测量方法，具体步骤如下：
步骤一、如图1所示，直刃刀4固定在数控机床加工主轴5底部，激光源1和光电位置传感器6分别安放在直刃刀4的两侧；激光源1的轴心线垂直于数控机床加工主轴5，且与光电位置传感器6的接收器中心对齐设置。
步骤二、采集控制部分参数初始化处理；采集控制部分包括激光器电源7、主控芯片13以及分别与主控芯片13连接的激光控制输出电路8、电源及晶振电路9、I/V转换及放大电路12、LED显示电路11和NPN晶体管输出电路10；电源及晶振电路9为主控芯片提供正常工作所需电能及时钟信号；激光器电源7与激光控制输出电路8相连，为激光源1供电。
步骤三、如图3所示，数控机床启动对直刃刀4的对刀模式：打开激光源1，使其产生一字平行激光束；数控机床加工主轴5带动直刃刀4旋转；直刃刀4的转角q变化影响一字平行激光束的投射截面积，进而影响光电位置传感器6的接收器的光通量；光电位置传感器6检测投射光线，输出两路电流信号，通过I/V转换及放大电路12变成标准的电压信号；主控芯片13对电压信号进行处理，并提供给主控芯片13的AD模块采集，处理后的数据通过LED显示电路11实时显示给用户。
步骤四、计算零位角阀值，进而判断零位角度。直刃刀4转动至超过360°的过程中，光电位置传感器6采集直刃刀4每个转角对应的光电流数据，取最大值作为零位角阀值，零位角阀值对应直刃刀4的转角q即为零位角度。
步骤五、直刃刀4继续旋转，光电位置传感器采集光电流数据并与零位角阀值对比，再次到达零位角阀值时则通过NPN晶体管输出电路10给数控机床提供角度到位信号，此时，数控机床加工主轴5停止转动，激光控制输出电路8控制激光器电源7关闭，所得数据通过LED显示电路11实时显示给用户。
Claims (8)
1.一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，包括机械结构部分和采集控制部分，其特征在于：
所述的机械结构部分包括激光源、支架、底座、数控机床加工主轴和光电位置传感器；两个支架对称固定在底座两侧，一个支架的上方固定有激光源，另一个支架的上方固定有光电位置传感器；所述激光源的轴心线与光电位置传感器的接收器中心对齐设置；所述的数控机床加工主轴设置在底座的正上方，且垂直于激光源的轴心线；所述的采集控制部分包括激光器电源、主控芯片、激光控制输出电路、电源及晶振电路、I/V转换及放大电路、LED显示电路和NPN晶体管输出电路；所述的电源及晶振电路为主控芯片提供正常工作所需电能及时钟信号；所述的I/V转换及放大电路将光电位置传感器输出的光电流信号转换成标准的电压信号并提供给主控芯片的AD模块采集；LED显示电路将处理后的数据实时显示给用户；光电位置传感器输出的光电流达到最大峰值时，NPN晶体管输出电路给数控机床提供角度到位信号，激光控制输出电路控制激光器电源关闭。
2.根据权利要求1所述的一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，其特征在于：所述的数控机床加工主轴底部通过螺纹连接固定直刃刀。
3.根据权利要求1所述的一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，其特征在于：所述的光电位置传感器采用PSD传感器。
4.根据权利要求1所述的一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，其特征在于：所述的主控芯片采用ATMEL公司的Atmega16芯片。
5.根据权利要求1所述的一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，其特征在于：所述的激光源采用635nm波长的一字平行激光器。
6.根据权利要求1所述的一种适用数控机床加工的直刃刀对刀装置，其特征在于：所述的支架采用304不锈钢材质。
7.一种适用数控机床加工的直刃刀对刀测量方法，具体步骤如下：
步骤一、直刃刀固定在数控机床加工主轴底部，激光源和光电位置传感器分别安放在直刃刀的两侧；
步骤二、采集控制部分参数初始化处理；所述的采集控制部分包括激光器电源、主控芯片、激光控制输出电路、电源及晶振电路、I/V转换及放大电路、LED显示电路和NPN晶体管输出电路；所述的电源及晶振电路为主控芯片提供正常工作所需电能及时钟信号，激光器电源为激光源供电；
步骤三、数控机床启动对直刃刀的对刀模式：打开激光源，使其产生一字平行激光束；数控机床加工主轴带动直刃刀旋转；光电位置传感器检测投射光线，输出两路电流信号，通过I/V转换及放大电路变成标准的电压信号；主控芯片对电压信号进行处理，并提供给主控芯片的AD模块采集，处理后的数据通过LED显示电路实时显示给用户；
步骤四、计算零位角阀值，进而判断零位角度；直刃刀转动至超过360°的过程中，光电位置传感器采集直刃刀每个转角对应的光电流数据，取最大值作为零位角阀值，零位角阀值对应直刃刀的转角即为零位角度；
步骤五、直刃刀继续旋转，光电位置传感器采集光电流数据并与零位角阀值对比，再次到达零位角阀值时则通过NPN晶体管输出电给数控机床提供角度到位信号，此时，数控机床加工主轴停止转动，激光控制输出电路控制激光器电源关闭，所得数据通过LED显示电路实时显示给用户。
8.根据权利要求7所述的一种适用数控机床加工的直刃刀对刀测量方法，其特征在于：所述激光源的轴心线垂直于数控机床加工主轴，且与光电位置传感器的接收器中心对齐设置。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150819 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |