CN106217134B - 内循环光电式z轴对刀仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内循环光电式Z轴对刀仪，包括测量柱、对刀仪主体、圆柱触头和发光组件，对刀仪主体上端开有测量柱安装槽，测量柱通过弹簧Ⅰ安装在测量柱安装槽内，测量柱上开有导向槽，测量柱安装槽的壁上设置有导向柱，导向柱的一端位于测量柱的导向槽内，测量柱的底部还开有触头安装槽，圆柱触头通过弹簧Ⅱ安装在触头安装槽内并通过圆环形端盖支撑，对刀仪主体下部还开有发光组件安装通孔，发光组件位于发光组件安装通孔内，发光组件安装通孔一端通过端面封盖密封，另一端通过透光端盖Ⅰ密封。本发明采用的是内循环回路，不仅对具备导电性的零件适用，对非导电塑料制品也同样适用，使用范围广，且结构简单，便于制造。

Description

内循环光电式Z轴对刀仪

技术领域

本发明涉及一种对刀仪，特别涉及一种内循环光电式Z轴对刀仪。

背景技术

对刀仪常用于数控机床Z轴坐标原点的精确定位，除了自动化程度较高的光学刀具轮廓对刀仪外，常用的还有手动操作对刀仪，手动操作对刀仪包括机械式和光电式两种。机械式对刀仪多采用百分表读数方法，优点是结实耐用、结构简单、便于制造，缺点是读数不方便，特别是在灯光较暗或操作者视力不好的情况下尤为明显，且百分表长期使用后会存在定位误差，影响测量精度。而光电式对刀仪在使用便捷性、读数的准确性方面要优于机械式对刀仪，但目前的光电式对刀仪多采用外循环回路设计，要求零件具备导电性，极大的限制了光电式对刀仪的使用和推广。

目前市面上使用较多的光电Z轴对刀仪是由上下两部分构造而成，中间有一圈透明绝缘层，分别将电源的正负两极分离开。使用时，将对刀仪放在零件基准面上方，当刀具与对刀仪上端测量柱顶面瞬间触碰后，通过零件与机床连接形成回路如图16所示，这时对刀仪内部指示灯点亮（光线通过透明绝缘体将照射到外部），并获得该位置的Z坐标值准确定位（该坐标值要减去对刀仪基准高度50mm）。这种通过外部介质产生回路的对刀仪，在这里我们称为外循环回路。外循环对刀仪要实现回路，零件、刀具、机床床身必须具备导电性，其中作为被测量的零件就要求是金属材质，而一些非导电塑料制品则不能使用，在使用的通用性方面，受到了一定的制约。从对刀仪的外形上看，中间加上绝缘层后，会给底部和顶部基准面之间平行度的制造带来一定难度。内部结构来看，光源设置在绝缘层中间部分，一旦切削液从顶部缝隙进入，很容易产生短路或回路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种不仅对具备导电性的零件适用，对非导电塑料制品也同样适用，使用范围广的内循环光电式Z轴对刀仪，解决了上述现有技术中存在的问题。

解决上述技术问题的技术方案是：一种内循环光电式Z轴对刀仪，包括测量柱、对刀仪主体、圆柱触头和发光组件，所述的圆柱触头是由大直径圆柱和小直径圆柱组成的截面形状为T形的结构，所述的对刀仪主体上端开有测量柱安装槽，测量柱通过弹簧Ⅰ安装在测量柱安装槽内，测量柱上开有导向槽，测量柱安装槽的壁上设置有导向柱，导向柱的一端位于测量柱的导向槽内，测量柱的底部还开有触头安装槽，圆柱触头的大直径圆柱通过弹簧Ⅱ安装在触头安装槽内并通过圆环形端盖支撑，所述的对刀仪主体下部还开有发光组件安装通孔，发光组件安装通孔位于测量柱安装槽下方并与测量柱安装槽底部连通，发光组件位于发光组件安装通孔内，发光组件安装通孔一端通过端面封盖密封，另一端通过透光端盖Ⅰ密封，所述的发光组件包括塑料锥形体、锥形金属片、螺纹挡圈、发光源、恒压电阻和电池，所述的塑料锥形体包括等直径段和锥形段，锥形金属片安装在锥形段上并通过安装在锥形段上的螺纹挡圈定位，塑料锥形体内设置有一端大一端小的阶梯安装孔，电池安装在阶梯安装孔的大端内并通过电池端盖密封，恒压电阻和发光源安装在阶梯安装孔的小端内并通过透光端盖Ⅱ密封，锥形金属片、恒压电阻、发光源和电池依次通过电线连接，塑料锥形体的直径段通过螺纹与发光组件安装通孔内壁连接，锥形金属片位于圆柱触头的下方，当圆柱触头与锥形金属片接触时，电池、恒压电阻、发光源、锥形金属片和对刀仪主体形成工作回路。

连接有电池端盖的塑料锥形体端部开有便于旋转的凹槽。

所述的阶梯安装孔的大端与小端之间安装有挡圈。

所述的测量柱安装槽的上端与测量柱之间通过密封圈和圆环封盖密封，圆环封盖端面低于对刀仪主体的顶端平面。

所述的电池端盖与端面封盖之间安装有支撑弹簧。

该内循环光电式Z轴对刀仪还包括有校正块，校正块上设置有与测量柱顶部配合的内槽。

由于采用上述结构，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用的是内循环回路，即通过内部开关闭合形成回路，其特点是闭合开关在对刀仪内部，不受外部介质（导电性）的影响，不受材料零件限制，即本发明不仅对具备导电性的零件适用，对非导电塑料制品也同样适用，使用范围广。

2、本发明内部电路循环回路是结合对刀仪整体金属材质具有导电性的性质来进行设计，结构简单，便于制造，定位精度高且经济实用。

下面，结合附图和实施例对本发明之内循环光电式Z轴对刀仪的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之内循环光电式Z轴对刀仪主视剖视图。

图2：本发明之内循环光电式Z轴对刀仪俯视图。

图3：本发明之发光组件主视剖视图。

图4：本发明之发光组件右视图。

图5：本发明之封闭式校正块俯视图。

图6：本发明之封闭式校正块主视剖视图。

图7：本发明之开放式校正块俯视图。

图8：本发明之开放式校正块主视剖视图。

图9：一字改锥仰视图。

图10：一字改锥主视图。

图11：一字改锥左视图。

图12：本发明校正示意图。

图13：本发明之圆柱触头面接触原理示意图。

图14：本发明之圆柱触头点接触原理示意图。

图15：内循环对刀仪工作原理示意图。

图16：外循环对刀仪工作原理示意图。

图中：1-测量柱，101-导向槽，102-触头安装槽，2-圆环封盖，3-导向柱，4-弹簧Ⅰ，5-端面封盖，6-支撑弹簧，7-对刀仪主体，71-测量柱安装槽，72-发光组件安装通孔，8-螺钉，9-密封圈，10-圆柱触头，11-固定螺钉，12-圆环形端盖，13-透光端盖Ⅰ，14-弹簧Ⅱ，15-塑料锥形体，151-等直径段，152-锥形段，153-阶梯安装孔，154-凹槽，16-电池端盖，17-电池，18-锥形金属片，19-螺纹挡圈，20-透光端盖Ⅱ，21-发光源，22-恒压电阻，23-挡圈，24-校正块，241-内槽。

P表示一字改锥。

具体实施方式

实施例1：一种内循环光电式Z轴对刀仪，如图1-图4所示，包括测量柱1、对刀仪主体7、圆柱触头10和发光组件，对刀仪主体7为圆柱形，要求顶面和底面平行，所述的圆柱触头10是由大直径圆柱和小直径圆柱组成的截面形状为T形的结构，所述的对刀仪主体7上端开有测量柱安装槽71，测量柱1通过弹簧Ⅰ4安装在测量柱安装槽内，测量柱1在弹簧Ⅰ4的弹簧力作用下受到向上支撑力，测量柱外壁上开有导向槽101，测量柱安装槽的壁上设置有导向柱3，导向柱的一端位于测量柱的导向槽内，导向槽101与导向柱3的配合限制了轴向的位移，同时也起到垂直导向作用。测量柱的底部还开有触头安装槽102，圆柱触头10的大直径圆柱通过弹簧Ⅱ14安装在触头安装槽102内并通过圆环形端盖12支撑，圆环形端盖12用固定螺钉11锁紧，下端小直径圆柱露出到外侧。弹簧Ⅱ14用来支撑圆柱触头10，起到回位作用。所述的对刀仪主体下部还开有发光组件安装通孔72，发光组件安装通孔72位于测量柱安装槽71下方并与测量柱安装槽71底部连通，发光组件位于发光组件安装通孔72内，发光组件安装通孔72一端通过端面封盖5密封，另一端通过透光端盖Ⅰ13密封。

所述的发光组件包括塑料锥形体15、锥形金属片18、螺纹挡圈19、发光源21、恒压电阻22和电池17，所述的塑料锥形体15包括等直径段151和锥形段152，塑料锥形体15整体为硬质塑料材质，不具有导电性，锥形金属片18安装在锥形段152上并通过安装在锥形段152上的螺纹挡圈19定位，塑料锥形体15内设置有一端大一端小的阶梯安装孔153，电池安装在阶梯安装孔的大端内并通过电池端盖16密封，恒压电阻22和发光源21安装在阶梯安装孔的小端内并通过透光端盖Ⅱ20密封，具有透光性。锥形金属片18、恒压电阻22、发光源21和电池17依次通过电线连接，塑料锥形体15的直径段151通过螺纹与发光组件安装通孔72内壁连接，锥形金属片18位于圆柱触头10的下方，当圆柱触头10与锥形金属片18接触时，电池17、恒压电阻22、发光源21、锥形金属片18与对刀仪主体7形成工作回路，其工作回路为：电池17正极-恒压电阻22-发光源21-锥形金属片18-圆柱触头10-测量柱1-对刀仪主体7-电池17负极。

本实施例中，连接有电池端盖16的塑料锥形体15端部开有便于旋转的凹槽154。所述的阶梯安装孔153的大端与小端之间安装有挡圈23。所述的电池端盖16与端面封盖5之间安装有支撑弹簧6。

本实施例中，所述的测量柱安装槽71的上端与测量柱1之间通过密封圈9和圆环封盖2密封，起到防尘、防水的作用。圆环封盖2圆周上采用用四个螺钉8固定，并将密封圈9压实。在安装时，圆环封盖2要略低于对刀仪主体7顶端平面，以免与校正块校正时发生干涉。

本实施例中，圆柱触头10上端大直径圆柱侧面开设有排气槽，在沿轴向移动时，可起到排气作用。

本实施例中，内循环光电式Z轴对刀仪还包括有校正块24，校正块上设置有与测量柱顶部配合的内槽241。校正块24用于对刀仪的辅助校正，设计有封闭式（如图5-图6所示）和开放式（如图7-图8所示）两种，使用方法相同，内槽深度H为3mm。假设所设计对刀仪标准测量高度为50mm，而对刀仪主体7顶面与底面之间距离将设计为47mm。测量柱1超出对刀仪主体7顶面距离3mm，同时预留下压距离在0.2～0.5mm之间（即mm）。校正时，将校正块内槽面对着测量柱1上端，用手的拇指放在校正块上端圆弧中心凹槽处将其下压，使校正块底面与对刀仪主体7顶面贴合。这时使用专用一字改锥（如图9-图11所示）插入塑料锥形体15尾端两侧凹槽154部分，与电池端盖贴合后开始圆周旋钮，这时塑料锥形体15沿轴心线直线移动，当锥形金属片18与圆柱触头10瞬间接触时，发光体点亮，停止旋转（如图7所示）。将一字改锥取出，把安装有支撑弹簧6的端面封盖5拧上，防止塑料锥形体15松动，起到固定、防尘的作用，最后松开校正块完成整个校正过程。

本发明采用内部回路式设计方案，使用时，对刀仪放在零件的基准面上，当刀具与对刀仪顶部表面接触并向下压时（设计下压距离约0.2～0.5mm），内部开关闭合形成回路。这种通过内部开关闭合形成的回路称为内循环回路（如图15所示）。其特点是闭合开关在对刀仪内部，不受外部介质（导电性）的影响，不受材料零件限制。本发明的设计原理如下：

通过圆柱触头10与锥形金属片18的接触与分离来实现通电开关（如图13所示）。对刀时，刀具接触测量柱1并向下压，同时带动圆柱触头10向下移动，当圆柱触头10与锥形金属片18瞬间触碰时，电流产生回路，发光源21点亮，将当前Z轴坐标值输入机床原点坐标，完成了本次对刀操作。如果由于操作不当，圆柱触头10接触锥形金属片18后，继续向下压，这时，圆柱触头10受到的反作用力大于弹簧Ⅱ14的支撑力并向上移动，起到保护作用。但不能超过保护行程（即测量柱1侧面导向槽行程长度）。

在触头的设计上，要求触头斜面与金属片斜面的平行度误差为0.02mm，采用面接触，锥形金属片的倾斜角a角度大约在14°～15°之间，由于采用面接触，其对刀的灵敏度大约在0.02～0.05mm之间。第二种设计方案是采用对刀接触灵敏高的点接触（如图14所示），对刀精度可在0.01～0.02mm之间 (同时圆柱触头前端尖端部分圆角设计在R0.5～1mm之间，避免尖角太锋利对接触片造成磨损）。由于点接触在斜面上会产生较大的横向力，因此倾斜角a 取值范围在a≤10°合适，角度变小后斜面长度变长，校正可调节定位精度更高。

Claims (6)

1.一种内循环光电式Z轴对刀仪，其特征在于：包括测量柱（1）、对刀仪主体（7）、圆柱触头（10）和发光组件，所述的圆柱触头（10）是由大直径圆柱和小直径圆柱组成的截面形状为T形的结构，所述的对刀仪主体（7）上端开有测量柱安装槽（71），测量柱（1）通过弹簧Ⅰ（4）安装在测量柱安装槽内，测量柱上开有导向槽（101），测量柱安装槽的壁上设置有导向柱（3），导向柱的一端位于测量柱的导向槽内，测量柱的底部还开有触头安装槽（102），圆柱触头（10）的大直径圆柱通过弹簧Ⅱ（14）安装在触头安装槽（102）内并通过圆环形端盖（12）支撑，所述的对刀仪主体下部还开有发光组件安装通孔（72），发光组件安装通孔（72）位于测量柱安装槽（71）下方并与测量柱安装槽（71）底部连通，发光组件位于发光组件安装通孔（72）内，发光组件安装通孔（72）一端通过端面封盖（5）密封，另一端通过透光端盖Ⅰ（13）密封，所述的发光组件包括塑料锥形体（15）、锥形金属片（18）、螺纹挡圈（19）、发光源（21）、恒压电阻（22）和电池（17），所述的塑料锥形体（15）包括等直径段（151）和锥形段（152），锥形金属片（18）安装在锥形段（152）上并通过安装在锥形段（152）上的螺纹挡圈（19）定位，塑料锥形体（15）内设置有一端大一端小的阶梯安装孔（153），电池安装在阶梯安装孔的大端内并通过电池端盖（16）密封，恒压电阻（22）和发光源（21）安装在阶梯安装孔的小端内并通过透光端盖Ⅱ（20）密封，锥形金属片（18）、恒压电阻（22）、发光源（21）和电池（17）依次通过电线连接，塑料锥形体（15）的直径段（151）通过螺纹与发光组件安装通孔（72）内壁连接，锥形金属片（18）位于圆柱触头（10）的下方，当圆柱触头（10）与锥形金属片（18）接触时，电池（17）、恒压电阻（22）、发光源（21）、锥形金属片（18）和对刀仪主体（7）形成工作回路。

2.根据权利要求1所述的内循环光电式Z轴对刀仪，其特征在于：连接有电池端盖（16）的塑料锥形体（15）端部开有便于旋转的凹槽（154）。

3.根据权利要求1所述的内循环光电式Z轴对刀仪，其特征在于：所述的阶梯安装孔（153）的大端与小端之间安装有挡圈（23）。

4.根据权利要求1、2或3所述的内循环光电式Z轴对刀仪，其特征在于：所述的测量柱安装槽（71）的上端与测量柱（1）之间通过密封圈（9）和圆环封盖（2）密封，圆环封盖端面低于对刀仪主体（7）的顶端平面。

5.根据权利要求1、2或3所述的内循环光电式Z轴对刀仪，其特征在于：所述的电池端盖（16）与端面封盖（5）之间安装有支撑弹簧（6）。

6.根据权利要求1、2或3所述的内循环光电式Z轴对刀仪，其特征在于：该内循环光电式Z轴对刀仪还包括有校正块（24），校正块上设置有与测量柱顶部配合的内槽（241）。