CN105983881B - 一种数控机床的快速对刀装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数控机床的快速对刀装置，包括安装在刀具基座上的若干个激光发射器，和安装在工件基座上的第一激光接收器和第二激光接收器，第二激光接收器位于第一激光接收器的外侧并与第一激光接收器同心设置，部分激光发射器直接照射在第一激光接收器上，另一部分激光发射器通过若干个反光片的反射照射在第二激光接收器上，第一激光接收器和第二激光接收器与控制器通讯连接。本发明还公开了一种使用上述对刀装置进行对刀的方法，利用传递函数将两个监控装置联系起来进行随动式的调整。本发明能够解决现有技术的不足，提高了调整系统的抗干扰性，加快了对刀操作的速度。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床的对刀技术领域，尤其是一种数控机床的快速对刀装置及其方法。
背景技术
数控机床在加工前，需要进行对刀操作，从而保证刀具和加工件位于待加工的原始位置。除了传统的试切法和对刀仪检测法之外，现有技术中，还提供了如下的几种对刀方法：
中国发明专利CN 102091969 B提供了一种利用电压信号进行非接触式的对刀方法；
中国发明专利CN 102172846 B提供了一种使用光电传感器捕捉光信号而进行对刀的方法；
中国发明专利CN 102699359 B提供了一种基于图像分析处理进行对刀的方法；
中国发明专利申请CN 104190963 A提供了一种基于机器视觉系统的对刀方法。
不过无论上述哪种对刀方法，都是通过对于目标信号的单向反馈进行对刀操作的，速度较慢，调整过程中容易受到外部干扰而出现调整系统的振荡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种数控机床的快速对刀装置及其方法，能够解决现有技术的不足，提高了调整系统的抗干扰性，加快了对刀操作的速度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种数控机床的快速对刀装置，包括安装在刀具基座上的若干个激光发射器，以及安装在工件基座上的第一激光接收器和若干个第二激光接收器，第二激光接收器位于第一激光接收器的外侧并与第一激光接收器同心设置，部分激光发射器直接照射在第一激光接收器上，另一部分激光发射器通过若干个反光片的反射照射在第二激光接收器上，第一激光接收器和第二激光接收器与控制器通讯连接。
作为优选，所述反光片固定在夹持框内，夹持框的两端铰接有支撑杆，支撑杆的另一端固定在工件基座上。
作为优选，所述夹持框的侧壁内侧设置有弹簧片，弹簧片包括第一弧形部、第二弧形部和第三弧形部，第一弧形部与第三弧形部向夹持框内侧凸起，第二弧形部向夹持框的外侧凸起，第三弧形部的横向宽度大于第一弧形部的横向宽度。
作为优选，所述第二弧形部上设置有橡胶层。
作为优选，所述支撑杆顶部设置有矩形凹槽，矩形凹槽内壁的两侧分别设置有第一弧形凹槽和第二弧形凹槽，夹持框的底部设置有与矩形凹槽相配合的橡胶底座。
一种使用上述的数控机床的快速对刀装置进行快速对刀的方法，包括以下步骤：
A、激光发射器发出激光信号，第一激光接收器和第二激光接收器对不同激光发射器发出的激光信号进行接收；
B、控制器首先根据第一激光接收器接收到的激光光斑位置对刀具基座的位置进行一次调整，然后控制器根据第二激光接收器接收到的激光光斑位置对工件基座的位置进行一次调整，并依此循环；
C、建立第一激光接收器上激光光斑变化与第二激光接收器上激光光斑变化的关系的正向传递函数，以及第二激光接收器上激光光斑变化与第一激光接收器上激光光斑变化的关系的反向传递函数，在控制器每次做出任意一个基座的位置调整后，使用相应的传递函数对另一个基座的位置进行调整；
D、经过上述循环调整，逐渐将刀具的位置调整至预期位置。
作为优选，所述刀具基座和工件基座的每次位置调整，其实际调整量保持在控制器计算调整量的90％。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明针对现有技术的缺陷，通过设计两套位置监测装置，同时对刀具的位置和工件的位置进行调整，从而缩短原本的调整时间。在此基础上，通过建立连接两套监测装置的正向传递函数和反向传递函数，可以实现两个调整过程中重复的调整步骤的合并简化，从而进一步缩短调整时间，而且传递函数还可以对于调整过程中两个监测装置之间的相互干扰进行抑制，减少外部干扰。在每次位置调整时将实际调整量控制在计算调整量的90％，可以对机械部件的惯性进行充分的缓冲，从而提高单次调整的精确度，减少调整次数，从而缩短调整时间。针对本发明中反光片的使用容易受到外部振动的影响而对于激光的反射造成扰动的问题，对于发光片的固定结构进行了针对性的设计和改进，提高了整个系统在急性位置调节时反光片固定的稳定性，从而减少了外部机械振动对于位置调整的误差影响。
附图说明
图1是本发明的一个具体实施例的结构图。
图2是本发明的一个具体实施例中反光片固定部分的结构图。
图中：1、刀具基座；2、激光发射器；3、工件基座；4、第一激光接收器；5、第二激光接收器；6、反光片；7、控制器；8、夹持框；9、支撑杆；10、第一弧形部；11、第二弧形部；12、第三弧形部；13、橡胶层；14、矩形凹槽；15、第一弧形凹槽；16、第二弧形凹槽；17、橡胶底座；18、凸起部。
具体实施方式
参照图1-2，本发明的一个具体实施方式包括安装在刀具基座1上的七个激光发射器2，以及安装在工件基座3上的第一激光接收器4和若干个第二激光接收器5，第二激光接收器5位于第一激光接收器4的外侧并与第一激光接收器4同心设置，中间的三个激光发射器2直接照射在第一激光接收器4上，这三个激光发射器2垂直于第一激光接收器4，排列为正三角形，相互之间的距离为7mm。另外四个激光发射器2分成两组通过对应的四个反光片6的反射照射在第二激光接收器5上，每组的两个激光发射器2发出的激光光束与第二激光接收器5接收平面的夹角分别为45°和65°。第一激光接收器4和第二激光接收器5与控制器7通讯连接。反光片6固定在夹持框8内，夹持框8的两端铰接有支撑杆9，支撑杆9的另一端固定在工件基座3上。所述夹持框8的侧壁内侧设置有弹簧片，弹簧片包括第一弧形部10、第二弧形部11和第三弧形部12，第一弧形部10与第三弧形部12向夹持框8内侧凸起，第二弧形部11向夹持框8的外侧凸起，第三弧形部12的横向宽度为3.5mm，第一弧形部10的横向宽度为2.7mm。所述第二弧形部11上设置有橡胶层13。所述支撑杆9顶部设置有矩形凹槽14，矩形凹槽14内壁的两侧分别设置有第一弧形凹槽15和第二弧形凹槽16，第一弧形凹槽15和第二弧形凹槽16交错设置，夹持框8的底部设置有与矩形凹槽14相配合的橡胶底座17。在第一弧形凹槽15和第二弧形凹槽16的外侧设置有凸起部18。
一种使用上述的数控机床的快速对刀装置进行快速对刀的方法，包括以下步骤：
A、激光发射器2发出激光信号，第一激光接收器4和第二激光接收器5对不同激光发射器2发出的激光信号进行接收；
B、控制器7首先根据第一激光接收器4接收到的激光光斑位置对刀具基座1的位置进行一次调整，然后控制器7根据第二激光接收器5接收到的激光光斑位置对工件基座3的位置进行一次调整，并依此循环；刀具基座1和工件基座3的每次位置调整，其实际调整量保持在控制器计算调整量的90％；
C、建立第一激光接收器4上激光光斑变化与第二激光接收器5上激光光斑变化的关系的正向传递函数，以及第二激光接收器5上激光光斑变化与第一激光接收器4上激光光斑变化的关系的反向传递函数，在控制器7每次做出任意一个基座的位置调整后，使用相应的传递函数对另一个基座的位置进行调整；正向传递函数为y＝sin(2x)+0.35x2+0.5x，反向传递函数为y＝0.15e0.5x+x3-x+0.1。
D、经过上述循环调整，逐渐将刀具的位置调整至预期位置。
此外，在发明的进一步研究中发现，可以将正向传递函数与反向传递函数进行合并，形成双向传递函数，实现两个监测装置的同步调整，进一步缩短调整时间。将上述正向传递函数与反向传递函数合并，形成的双向传递函数为y＝0.5tan(2x)-0.2ln(0.5x)+1.2x2+0.15，其中自变量x为刀具基座的位移量，因变量y为工件基座的对应位移量。
本实施例可以将对刀精度提高至300nm以内，同时对刀时间控制在200ms以内，实现了快速、准确对刀操作。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。
Claims (7)
1.一种数控机床的快速对刀装置，其特征在于：包括安装在刀具基座(1)上的若干个激光发射器(2)，以及安装在工件基座(3)上的第一激光接收器(4)和若干个第二激光接收器(5)，第二激光接收器(5)位于第一激光接收器(4)的外侧并与第一激光接收器(4)同心设置，部分激光发射器(2)直接照射在第一激光接收器(4)上，另一部分激光发射器(2)通过若干个反光片(6)的反射照射在第二激光接收器(5)上，第一激光接收器(4)和第二激光接收器(5)与控制器(7)通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床的快速对刀装置，其特征在于：所述反光片(6)固定在夹持框(8)内，夹持框(8)的两端铰接有支撑杆(9)，支撑杆(9)的另一端固定在工件基座(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种数控机床的快速对刀装置，其特征在于：所述夹持框(8)的侧壁内侧设置有弹簧片，弹簧片包括第一弧形部(10)、第二弧形部(11)和第三弧形部(12)，第一弧形部(10)与第三弧形部(12)向夹持框(8)内侧凸起，第二弧形部(11)向夹持框(8)的外侧凸起，第三弧形部(12)的横向宽度大于第一弧形部(10)的横向宽度。
4.根据权利要求3所述的一种数控机床的快速对刀装置，其特征在于：所述第二弧形部(11)上设置有橡胶层(13)。
5.根据权利要求2所述的一种数控机床的快速对刀装置，其特征在于：所述支撑杆(9)顶部设置有矩形凹槽(14)，矩形凹槽(14)内壁的两侧分别设置有第一弧形凹槽(15)和第二弧形凹槽(16)，夹持框(8)的底部设置有与矩形凹槽(14)相配合的橡胶底座(17)。
6.一种使用权利要求1所述的数控机床的快速对刀装置进行快速对刀的方法，其特征在于包括以下步骤：
A、激光发射器(2)发出激光信号，第一激光接收器(4)和第二激光接收器(5)对不同激光发射器(2)发出的激光信号进行接收；
B、控制器(7)首先根据第一激光接收器(4)接收到的激光光斑位置对刀具基座(1)的位置进行一次调整，然后控制器(7)根据第二激光接收器(5)接收到的激光光斑位置对工件基座(3)的位置进行一次调整，并依此循环；
C、建立第一激光接收器(4)上激光光斑变化与第二激光接收器(5)上激光光斑变化的关系的正向传递函数，以及第二激光接收器(5)上激光光斑变化与第一激光接收器(4)上激光光斑变化的关系的反向传递函数，在控制器(7)每次做出任意一个基座的位置调整后，使用相应的传递函数对另一个基座的位置进行调整；正向传递函数为y＝sin(2x)+0.35x2+0.5x，反向传递函数为y＝0.15e0.5x+x3-x+0.1；
D、经过上述循环调整，逐渐将刀具的位置调整至预期位置。
7.根据权利要求6所述的一种进行快速对刀的方法，其特征在于：所述刀具基座(1)和工件基座(3)的每次位置调整，其实际调整量保持在控制器计算调整量的90％。
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