CN106001641A - 基于激光为基准的数控车虚拟试切法对刀装置及对刀方法 - Google Patents

Abstract

基于激光为基准的数控车虚拟试切法对刀装置及对刀方法，包括：车床机体，安装有活动卡爪的卡盘，卡盘上夹紧一工件，刀架，刀架上有刀具，用于对工件进行切削加工；支撑体，该支撑体通过一安装板活动地安装在车床机体上，支撑体上靠近刀具的一端设置有一往外延伸的多节式阻尼可挠电气导管，所述多节式阻尼可挠电气导管的末端安装有一激光发射器；凹透镜，该凹透镜通过连接件固定安装激光发射器下方，用于发散激光发射器所射出的激光束形成一发散光束；投影板，置于凹透镜的下方并且低于刀架和工件的车床机体上，该投影板具有直角坐标系，所述直角坐标系的原点与发散光束光斑的中心重合。

Description

基于激光为基准的数控车虚拟试切法对刀装置及对刀方法

技术领域

本发明涉及数控加工领域，尤其涉及一种基于激光为基准的数控车虚拟试切法对刀装置及对刀方法。

背景技术

数控车床要实现多把车刀的自动快速加工，就必须提前完成车刀的对刀环节，即保证车刀换刀后刀尖位置保持理论上的一致性；目前常见数控车床的对刀方法主要有：（1）试切法对刀、（2）专用对刀仪对刀、（3）基于数控车床检测系统的自动对刀。方法（2）、（3）的成本较高，一般用于较高档次的数控车床或车削中心。试切法对刀是经济型数控车床目前最常用的一种对刀方式，无需特殊对刀工具，通过数控系统规定流程进行设置。不同的系统所设置的原理及步骤大同小异，对操作者的技术要求高，是数控技术人员实训中的重点与难点。其缺点是操作繁琐、效率低、精度受到操作者经验及检测设施等因素的影响。由于对刀过程中须车刀直接切削工件，对刀过程中容易出现撞刀事故甚至发生人身危险，对于操作新手更是如此。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提出一种基于激光为基准的一种虚拟试切法对刀装置及对刀方法，用以简化操作，提升对刀效率，减少大部分学校数控加工实训中学生的心理压力，促进对对刀理论知识的理解。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于激光为基准的数控车虚拟试切法对刀装置，包括：

车床机体，安装有活动的卡盘，卡盘上夹紧一工件，

刀架，刀架上设置有若干刀具，用于对工件进行切削加工，刀架上具有一应用其中一刀具进行切削加工的工位；

支撑体，该支撑体通过一安装板活动地安装在车床机体上，支撑体上靠近刀具的一端设置有一往外延伸的多节式阻尼可挠电气导管，所述多节式阻尼可挠电气导管的末端安装有一激光发射器，该激光发射器的出射方向目测与Y轴平行且垂直向下；

凹透镜，该凹透镜通过连接件固定安装激光发射器下方，用于发散激光发射器所射出的激光束，形成一发散光束；

投影板，凹透镜的下方并且低于刀架和工件的车床机体上，该投影板具有直角坐标系，所述直角坐标系的原点与发散光速光斑。

优选地，还包括位置微调装置，设置于支撑体与安装板之间，用于调整激光发射器在X轴、Z轴上的位移。

优选地，所述位置微调装置包括有第一调节丝杠、第一丝杠螺母、第二调节丝杠、第二丝杠螺母、过渡隔板，该安装板的上端设有第一滑槽，该第一滑槽供过渡隔板在X轴方向与安装板滑动配合，第一丝杠螺母安装于安装板，第一调节丝杠穿接于过渡隔板并且该第一调节丝杠上具有驱动所述过渡隔板沿X轴方向做直线运动的第一台阶；该过渡隔板的上端设有第二滑槽，该第二滑槽供支撑体在Z轴方向与过渡隔板滑动配合，第二丝杠螺母安装于过渡隔板，第二调节丝杠穿接于支撑体并且该第二调节丝杠上具有驱动所述支撑体沿Z轴方向做直线运动的第二台阶。

优选地，本发明还包括可调磁力吸装置，所述可调磁力吸装置设置于安装板的底部，该可调磁力吸装置上具有磁性开关，用于将安装板吸紧或脱离车床机体。

一种基于激光为基准的数控车虚拟试切法对刀方法，根据使用习惯设该刀架上安装有1#刀，2#刀、3#刀、4#刀，且1#刀为基准刀，依次地执行以下步骤：

S1：按数控系统对刀方法，执行T0100指令后，手动采用1#刀平行于Z轴方向微小余量地切削工件，测得工件直径并输入系统，确定精车刀刀尖X坐标；

S2：手动采用基准刀平行X轴方向小余量切削工件的端面，输入Z轴坐标值为0，确定精车刀刀尖Z轴上的坐标；S1及S2与现有技术中的试切法对刀步骤一致，完成后，即建立以工件端面为坐标原点的工件坐标系，此坐标原点亦为程序编程原点；

S3：执行G00指令，将精车刀移动到坐标（Xn，Zn）, Xn、Zn的数值大小与装刀后各刀具刀偏大小相关，可以根据实际情况自行确定。一般情况下， Xn、Zn的设定为X200、Z100的设定值可满足常规要求。

：调节激光发射器，通过扳动多节式阻尼可挠电气导管粗调激光发射器在车刀上方的位置，再通过支撑体上具有的位置微调装置对激光发射装置进行微调，放置并配合调节投影板，将激光发射器发出激光对准精车刀刀尖，其中车刀的前端面对准投影板中的Z轴，车刀的左端面对准投影板中的X轴，此时刀具虚拟刀尖点坐标值大小（Xn, Zn）即为车床中进行虚拟试切的虚拟工件长度数值和直径数值；

S5：手动执行T0200指令，换2#刀，通过手动方式将2#刀前刀面对准虚拟工件对刀点Z坐标轴(即激光圆点中的Z坐标轴)，录入X坐标数值Xn到系统，则系统自动计算2#刀的X刀补；通过手动方式将2#刀左刀面对准虚拟工件对刀点X坐标轴(即激光圆点中的X坐标轴)，录入Z坐标数值Zn到系统，则系统自动计算2#刀Z刀补；2#刀对刀完成。

：将S5中的2#刀换成3#刀、4#刀，重复执行S5中的操作即可获得3#刀、4#刀的刀补，完成所有刀具的对刀操作。

本发明的有益效果在于：

相比于现有技术，本发明的一种基于激光为基准的数控车虚拟试切法对刀装置，提出虚拟工件的概念及基于对该虚拟工件进行试切对刀的一种对刀方法。在以基准刀建立工件坐标系后，再以可调激光装置及投影板确认虚拟工件的直径和长度，并以此虚拟工件为“切削”对象进行“试切”对刀，其过程与实际试切法相似，但其实远离真实工件，不会发生撞到事故，也无需像真实试切法那样，在每把车刀车削工件后都要进行测量，而是在车刀对准基准点后直接输入虚拟工件的坐标值即可，大大减少对刀过程中的繁琐工作量。本发明相对普通工件试切法有优点如下：

1）找刀补的过程远离真实工件，不会发生撞刀事故。

2）原理直观，非常有利于学生或被培训人员对对刀原理的理解。

3）无需像真实试切法那样对车刀车削后工件尺寸进行测量，而是在车刀对准基准点后，直接输入虚拟工件的坐标值即可，对刀效率得到很大提升。

4）采用光学放大装置设计，确保精度，根据设计原理及结合实际情况分析，本设计实际精度不会低于普通试切法精度。

5）刀补设置完成后，对刀补准确度的粗检非常方便----将车刀移动到光斑下方，执行带刀补的T指令，看每次刀尖是否对准激光光斑即可。而普通试切法每次都需要长钢板尺进行粗检，对一些读数错误或输入错误往往难以检查，而这容易导致在加工过程中撞刀事故的发生。

最后，该装置结构简单，激光发射器、带磁性开关的底座及滑块2的微调均为成熟技术，制造安装方便，成本低廉，经济性好，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A处的局部视图；

图3为本发明所述投影板的局部视图；

图4为本发明各零件的配合关系示意图；

图5为本发明所述1#刀（基准刀）的投影板的正向视觉图；

图6为本发明所述2#刀投影板的正向视觉图。

其中，1、车床机体；2、安装板；3、卡盘；4、工件；41、虚拟工件边界；5、刀架；51、1#刀；511、1#刀阴影；52、2#刀；521、2#刀阴影；53、3#刀；54、4#刀；6、支撑体；7、位置微调装置；8、多节式阻尼可挠电气导管；9、激光发射器；10、凹透镜；11、激光束；12、发散光束；121、对刀点；13、投影板；14、发散光束光斑；15、直角坐标系；16、刀刃阴影。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1-6所示，一种基于激光为基准的数控车虚拟试切法对刀装置，包括：

车床机体1，安装有活动的卡盘3，卡盘3上夹紧一工件4，

刀架5，刀架5上设置有若干刀具，用于对工件4进行切削加工，刀架5上具有一应用其中一刀具进行切削加工的工位；

支撑体6，该支撑体6通过一安装板2活动地安装在车床机体1上，支撑体6上靠近刀具的一端设置有一往外延伸的多节式阻尼可挠电气导管8，所述多节式阻尼可挠电气导管8的末端安装有一激光发射器9，该激光发射器9的出射方向目测与Y轴平行且向下；

凹透镜10，该凹透镜10通过连接件固定安装激光发射器9下方，用于发散激光发射器9所射出的激光束11，形成一发散光束12；

投影板13，凹透镜10的下方并且低于刀架5和工件4的车床机体1上，该投影板13具有直角坐标系，所述直角坐标系的原点与发散光束光斑14。

作为一种优选的方案，还包括位置微调装置7，设置于支撑体6与安装板2之间，用于调整激光发射器9在X轴、Z轴上的位移。

作为一种优选的方案，所述位置微调装置7包括有第一调节丝杠、第一丝杠螺母、第二调节丝杠、第二丝杠螺母、过渡隔板，该安装板的上端设有第一滑槽，该第一滑槽供过渡隔板在X轴方向与安装板滑动配合，第一丝杠螺母安装于安装板，第一调节丝杠穿接于过渡隔板并且该第一调节丝杠上具有驱动所述过渡隔板沿X轴方向做直线运动的第一台阶；该过渡隔板的上端设有第二滑槽，该第二滑槽供支撑体在Z轴方向与过渡隔板滑动配合，第二丝杠螺母安装于过渡隔板，第二调节丝杠穿接于支撑体并且该第二调节丝杠上具有驱动所述支撑体沿Z轴方向做直线运动的第二台阶。

优选地，本发明还包括可调磁力吸装置，所述可调磁力吸装置设置于安装板2的底部，该可调磁力吸装置上具有磁性开关，用于将安装板2吸紧或脱离车床机体1。

如图4所示，基于激光为基准的数控车虚拟试切法对刀方法，根据使用习惯设该刀架上安装有1#刀，2#刀、3#刀、4#刀，且1#刀为基准刀（通常是基准刀），依次地执行以下步骤：

S1：按数控系统对刀方法，执行T0100指令后，手动采用1#刀平行于Z轴方向微小余量地切削工件，测得工件直径并输入系统，确定精车刀刀尖X坐标；

S2：手动采用基准刀平行X轴方向小余量切削工件的端面，输入Z轴坐标值为0，确定精车刀刀尖Z轴上的坐标；S1及S2与现有技术中的试切法对刀步骤一致，完成后，即建立以工件端面为坐标原点的工件坐标系，此坐标原点亦为程序编程原点；

S3：执行G00指令，将精车刀移动到坐标（Xn，Zn）, Xn、Zn的数值大小与装刀刀具刀偏大小相关，可以根据实际情况自行确定。一般情况下， Xn、Zn的设定为X200、Z100的设定值可满足常规要求，为方便计下面以X200、Z100为例进行说明。

：调节激光发射器，通过扳动多节式阻尼可挠电气导管粗调激光发射器在车刀上方的位置，再通过支撑体上具有的位置微调装置对激光发射装置进行微调，放置并配合调节投影板，将激光发射器发出激光对准精车刀刀尖，其中车刀的前端面对准投影板中的Z轴，车刀的左端面对准投影板中的X轴，此时刀具虚拟刀尖点坐标值大小（X100,Z100）即为车床中进行虚拟试切的虚拟工件长度数值和直径数值，车刀对准后投影板上坐标轴如图5所示；

S5：手动执行T0200指令，换2#刀，通过手动方式将2#刀前刀面对准虚拟工件对刀点Z坐标轴(即激光圆点中的Z坐标轴)，录入X坐标数值100到系统，则系统自动计算2#刀的X刀补；通过手动方式将2#刀左刀面对准虚拟工件对刀点X坐标轴(即激光圆点中的X坐标轴)，录入Z坐标数值100到系统，则系统自动计算2#刀Z刀补；2#刀对刀完成。具体地，发散光束12掠过2#刀并且在投影板13上所产生的阴影效果如图6所示，图6中2#刀阴影521的边缘恰好与相切。

：将S5中的2#刀换成3#刀、4#刀，重复执行S5中的操作即可获得3#刀、4#刀的刀补，完成所有刀具的对刀操作。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种数控车床防撞刀系统，包括一个刀架及装夹好工件的车床，其特征是：在刀架的中部设置有一个镜面反射光电开关，刀架上装夹用于切削工件的粗车刀，车床通过卡盘固定被切削工件，车床在X轴和Y轴方向上各设有一个反光板，刀架通过步进电动机实现移动，刀架上的镜面反射光电开关通过车床X轴和Y轴上反光板反射的光信号对刀架位置进行检测；并通过控制系统读取数控车床的脉冲信号机电平高低进一步判断刀具移动的速度和方向，从而判定刀具是否会发生撞刀事故，并在撞刀前进行紧急制动。

2.如权利要求1所述一种数控车床防撞刀系统的判定方法，其特征在于步骤是：

1、对数控系统车刀在Y轴位置的判定，当刀架移动到某一处时，镜面反射光电开关接收到Y轴反射板反射的光信号，系统判定此时粗车刀处于Y轴的警戒区域，系统设计有隔时基检测的滤波电路，防止长切屑对信号检测的影响；

2、对数控系统车刀在X轴位置的判定，当刀架移动到某一处时，镜面反射光电开关接收到X轴反射板反射的光信号，系统判定此时粗车刀处于X轴的警戒区域，系统设计有隔时基检测的滤波电路，防止长切屑对信号检测的影响；

3、对车刀在X、Y轴的位置的判断，系统均设计有隔时基检测的滤波电路，防止长切屑对信号的影响，只有当粗车刀在X、Y轴上均处于警戒区域时，判定车刀相对工件处于双轴警戒区域；

4、检测粗车刀的移动方向，当系统判定粗车刀处于双轴警戒区域时，检测车刀运动方向信号，粗车刀运动方向信号只要检测步进电动机方向信号的高低电平即可，对X轴，若步进电动机使车刀方向为远离工件，则判定不会撞刀，对Y轴，若步进电动机使车刀方向为远离工件，也判定不会撞刀，控制系统进入对车刀移动方向的循环检测，当检测到X、Y轴的车刀有一个方向为接近工件时，判定存在撞刀的可能，系统进入下一个环节检查；

5、检测刀具移动速度，通过测定X轴及Y轴步进电机的脉冲信号频率检测车刀移动速度，若检测刀具移动速度小于300mm/min，则判定移动速度为进给速度，控制系统返回步骤4继续做作循环检测；若检测刀具快速移动大于1000mm/min时，则判定该速度为快速进给，从而判定要发生撞刀事故，控制系统控制发出警报并实现步进电动机锁相制动；

6、步进电动机快速制动，实现步进电动机的锁相，只须在出现“撞刀”状态后的瞬间，切断步进电动机伺服驱动的脉冲信号输入，则机床控制系统将自动实现电动机的单相锁相；

7、控制系统急停后的后续处理，当中断控制脉冲时，步进电动机从同步状态急剧减速到停车锁定，这个稳定同步状态时的频率称为稳定极限刹车频率，高于这个频率时，会导致脉冲丢失现象，导致车刀刀尖实际坐标与设定坐标不符，步进电动机的这种在高频下刹车丢步的特性，在控制系统的应用中应该引起注意，当机床在自动加工过程中出现“撞刀”而停车后，应首先按机床的进给暂停健，退出机床加工状态，并对单片机控制系统复位后，手动退出车刀，分析撞刀事故原因，做出更正，重新设定工件坐标系，方可继续加工工件。

3.如权利要求2所述数控车床防撞刀系统的判定方法，其特征是：所述X轴、Y轴反光板分别安装在车床主轴箱及车床后挡板上；所述镜面反射光电开关内置有发射装置及接受装置。

4.如权利要求2所述数控车床防撞刀系统的判定方法，其特征是：所述X轴、Y轴反光板安装均高于卡盘及工件，卡盘及工件不会影响到镜面反射光电开关。

5.如权利要求2所述数控车床防撞刀系统的判定方法，其特征是：所述X轴、Y反光板的位置可以根据工件的大小长度及装刀后的位置进行人工调整，保证警戒区域的准确性。