CN108311718A - 一种高精度数显镗刀及其进给调节方法 - Google Patents

一种高精度数显镗刀及其进给调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机械加工设备领域，公开了一种高精度数显镗刀及其进给调节方法。通过本发明创造，可提供一种将数字化技术应用到高速切削刀具上的新型镗刀，一方面通过在刀具进给调节机构中引入齿轮减速器，可以细化刻度盘在扭动时对丝杠的传动弧度，进而精分镗刀杆固定滑座的水平位移步进，实现现有加工精度缩小数倍的目的，可助于轻松完成目前所有高精密加工；另一方面通过在刀柄中引入由位移检测单元、数显控制电路板及显示屏构成的数字化微显系统，可以对刀具进行位移检测和位移读数，消除人为偏差，确保刀具在进给调节中精确到位，具有易用性强、可靠性高和减少废品报废率等优点，便于实际推广和应用。

Description

一种高精度数显镗刀及其进给调节方法
技术领域
本发明属于机械加工设备领域，具体涉及一种高精度数显镗刀及其进给调节方法。
背景技术
镗刀是一种在高速运动和极端恶劣条件下实现高精度孔加工的精密刀具,需要有很精密的加工技术来完成对结构件的加工。但是现有镗刀普遍存在加工精度不足和加工效率低下的问题：(1)由于镗刀是完全依赖于各零部件间的间隙配合来保证加工精度，例如，常规使用螺距为1mm的细牙螺杆和百分刻度盘来实现进给调节和位移读数,但是细牙螺杆存在加工误差，刻度盘读数存在人为偏差，无法有效实现精度为0.01mm左右及以下的孔加工；(2)在实际使用中进行正反向进给(进给是一个用于机械上的机床上运动的术语，指连续操作中使得工件移向刀具或刀具移向工件，主要是切削工作)调节时,会出现随刀具使用时长及技术人员操作力量大小不同而产生的不确定公差带,经常造成加工产品报废的问题,即使经验实足的技术人员也难以幸免,以至于让人望刀生畏。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种高精度数显镗刀及其进给调节方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种高精度数显镗刀，包括刀柄、进给调节刻度盘、齿轮减速器、丝杆、镗刀杆固定滑座、用于锁紧所述镗刀杆固定滑座的滑座锁紧块、电池、用于检测所述镗刀杆固定滑座水平位移情况的位移检测单元、数显控制电路板、显示屏，其中，在所述数显控制电路板上布置有微处理器；
所述进给调节刻度盘嵌在所述刀柄的底部外周表面上，所述齿轮减速器、所述丝杆、所述镗刀杆固定滑座和所述滑座锁紧块分别设置在所述刀柄的底部空腔中，其中，所述进给调节刻度盘的转动轴通过所述齿轮减速器传动连接所述丝杆的一端，所述丝杠与所述镗刀杆固定滑座水平同轴设置，所述丝杠的另一端与所述镗刀杆固定滑座的端面相抵；
所述电池、所述位移检测单元和所述数显控制电路板分别设置在所述刀柄的中部空腔中，所述显示屏嵌在所述刀柄的中部外周表面上，其中，所述位移检测单元设置在所述镗刀杆固定滑座的上方，所述位移检测单元、所述微处理器和所述显示屏依次通信相连。
优化的，所述刀柄为BT型标准刀柄，并在所述刀柄的顶端固定有拉钉。
优化的，所述进给调节刻度盘和所述显示屏均设置在所述刀柄的主视面上。
优化的，所述齿轮减速器为1比10齿轮减速器。
优化的，所述位移检测单元为光栅尺位移传感器或磁栅尺位移传感器。
优化的，所述数显控制电路板上还布置有分别通信连接所述微处理器的定时/计数器、存储器和GPIO接口，其中，所述GPIO接口通过IIC总线通信连接所述显示屏。
优化的，所述显示屏为OLED显示屏或LCD显示屏。
优化的，所述刀柄的中部外周表面上还嵌设有分别通信连接所述微处理器的待机按键和/或清零按键。
本发明所采用的技术方案还有：
一种如前所述的高精度数显镗刀的进给调节方法，包括如下步骤：
S101.松开滑座锁紧块；
S102.扭动进给调节刻度盘，驱动齿轮减速器和丝杆，使镗刀杆固定滑座水平移动；
S103.由位移检测单元采集镗刀杆固定滑座的实时移动信号，并将该实时移动信号送入数显控制电路板；
S104.由微处理器对所述实时移动信号进行识别处理，得到实时位移量，并在发现所述实时位移量递增或递减一个最小步长时，利用内部中断系统自发一个中断请求信号；
S105.微处理器在收到所述中断请求信号后，执行中断服务程序，将所述实时位移量传送至显示屏进行显示更新；
S106.在显示屏上显示的实时位移量达到目标值后，锁紧滑座锁紧块。
优化的，在所述步骤S104之前还包括如下步骤：
利用内置在微处理器中的数字滤波器对所述实时移动信号进行数字滤波处理；
或者利用基于CPLD器件的位移相位脉冲检波电路单元对所述实时移动信号进行相位检波处理，滤除延后脉冲信号，其中，所述位移相位脉冲检波电路单元布置在所述数显控制电路板上，并分别通信连接所述位移检测单元和所述微处理器。
本发明的有益效果为：
(1)本发明创造提供了一种将数字化技术应用到高速切削刀具上的新型镗刀，一方面通过在刀具进给调节机构中引入齿轮减速器，可以细化刻度盘在扭动时对丝杠的传动弧度，进而精分镗刀杆固定滑座的水平位移步进，实现现有加工精度缩小数倍的目的(例如通过1比10齿轮减速器，可将加工精度从0.01mm缩小为0.001mm)，可助于轻松完成目前所有高精密加工；另一方面通过在刀柄中引入由位移检测单元、数显控制电路板及显示屏构成的数字化微显系统，可以对刀具进行位移检测和位移读数，消除人为偏差，确保刀具在进给调节中精确到位，具有易用性强、可靠性高和减少废品报废率等优点，便于实际推广和应用；
(2)可延长镗刀使用寿命，降低生产成本，提高加工效率，即在运用数字化技术后，由于对结构件制造精度要求降低，可使镗刀本身生产成本降低，且在长时间使用后即使结构磨损也不会使精密度下降，此外，直观的读数即使新手技术人员也能轻松操作。
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地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的高精度数显镗刀的剖视结构示意图。
图2是本发明提供的高精度数显镗刀的主视结构示意图。
图3是本发明提供的高精度数显镗刀的内部电路结构示意图。
上述附图中:1-刀柄；101-拉钉；2-进给调节刻度盘；3-齿轮减速器；4-丝杆；5-镗刀杆固定滑座；6-滑座锁紧块；7-电池；8-位移检测单元；9-数显控制电路板；10-显示屏；11-待机按键；12-清零按键；13-镗刀杆；14-合金刀片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
如图1～3所示，本实施例提供的所述高精度数显镗刀，包括刀柄1、进给调节刻度盘2、齿轮减速器3、丝杆4、镗刀杆固定滑座5、用于锁紧所述镗刀杆固定滑座5的滑座锁紧块6、电池7、用于检测所述镗刀杆固定滑座5水平位移情况的位移检测单元8、数显控制电路板9、显示屏10，其中，在所述数显控制电路板9上布置有微处理器。
所述进给调节刻度盘2嵌在所述刀柄1的底部外周表面上，所述齿轮减速器3、所述丝杆4、所述镗刀杆固定滑座5和所述滑座锁紧块6分别设置在所述刀柄1的底部空腔中，其中，所述进给调节刻度盘2的转动轴通过所述齿轮减速器3传动连接所述丝杆4的一端，所述丝杠4与所述镗刀杆固定滑座5水平同轴设置，所述丝杠4的另一端与所述镗刀杆固定滑座5的端面相抵。
所述电池7、所述位移检测单元8和所述数显控制电路板9分别设置在所述刀柄1的中部空腔中，所述显示屏10嵌在所述刀柄1的中部外周表面上，其中，所述位移检测单元8设置在所述镗刀杆固定滑座5的上方，所述位移检测单元8、所述微处理器和所述显示屏10依次通信相连。
如图1～3所示，在所述高精度数显镗刀的结构中，所述刀柄1用于作为刀具载体，可拆卸连接加工机床或驱动电机的活动部，其可以但不限于为BT型标准刀柄(一种简单且流行的主轴刀柄连接标准，主要有BT30、BT40和BT50等)，同时为了稳固连接所述活动部，在所述刀柄1的顶端固定有拉钉101。所述进给调节刻度盘2、所述齿轮减速器3、所述丝杆4和所述镗刀杆固定滑座5用于构成刀具进给调节机构，其中，所述进给调节刻度盘2可采用现有的百分刻度盘；所述齿轮减速器3用于细化刻度盘在扭动时对所述丝杠4的传动弧度，进而实现精分所述镗刀杆固定滑座5的水平位移步进的目的，即当所述齿轮减速器3为1比10齿轮减速器时，可将水平位移步进精度(相当于加工精度)从现有的0.01mm缩小为0.001mm；所述丝杆4用于将来自所述进给调节刻度盘2的旋转运动转换为对所述镗刀杆固定滑座5的水平直线运动，在实际镗刀工具中，可采用螺距为1mm且直径为16mm的细牙丝杠；所述镗刀杆固定滑座5用于固定竖直的刀具，即如图1所示的镗刀杆13及位于所述镗刀杆13尖端的合金刀片14。所述滑座锁紧块6用于与所述镗刀杆固定滑座5配合，实现锁紧所述镗刀杆固定滑座5的目的，但在解锁时也可松开所述镗刀杆固定滑座5，以便对滑座及固定的刀具进行进给调节。
所述电池7用于为其它电子器件(例如所述位移检测单元8、所述数显控制电路板9和所述显示屏10等)提供电能支持，其可以但不限于为可充电锂电池或一次性钮扣电池。所述位移检测单元8用于采集所述镗刀杆固定滑座5的实时移动信号，并将该实时移动信号送入所述数显控制电路板9；为了确保采集精度，所述位移检测单元8优选为光栅尺位移传感器(简称光栅尺，一种利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，其经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测，其测量输出的实时移动信号为数字脉冲信号，具有检测范围大、检测精度高和响应速度快等特点)或磁栅尺位移传感器(简称磁栅尺，一种利用磁栅的工作原理的测量反馈装置)。所述数显控制电路板8用于布置数显控制电路，实现根据实时移动信号驱动所述显示屏10进行位移数值更新的目的，其中，所述微处理器除用于实现启动自检(即当启动系统后，由所述微处理器开始执行自检,并对内部中断系统和外部显示屏等进行初始化)和待机节能等功能外，还用于对来自所述唯一检测单元8的实时移动信号进行识别处理(该识别处理方式为现有方式，例如对于来自光栅尺或磁栅尺等的数字脉冲信号，一个脉冲即代表一个最小步长，通过对脉冲进行计数，即可得到位移量)，得到实时位移量，并在发现所述实时位移量递增或递减一个最小步长时，驱动所述显示屏10更新显示实时位移量，其可以但不限于为STM32系列或STC系列的单片机芯片。所述显示屏10用于更新显示实时位移量，以便技术人员判断是否使刀具(即镗刀杆13和合金刀片14)精确到位；所述显示屏10可以但不限于为OLED(Organic Light-EmittingDiode,有机发光二极管)显示屏或LCD(liquid crystal display，液晶显示屏)显示屏等。
前述高精度数显镗刀的进给调节方法，可以但不限于包括如下步骤：S101.松开滑座锁紧块6；S102.扭动进给调节刻度盘2，驱动齿轮减速器3和丝杆4，使镗刀杆固定滑座5水平移动；S103.由位移检测单元8采集镗刀杆固定滑座5的实时移动信号，并将该实时移动信号送入数显控制电路板9；S104.由微处理器对所述实时移动信号进行识别处理，得到实时位移量，并在发现所述实时位移量递增或递减一个最小步长时，利用内部中断系统自发一个中断请求信号；S105.微处理器在收到所述中断请求信号后，执行中断服务程序，将所述实时位移量传送至显示屏10进行显示更新；S106.在显示屏10上显示的实时位移量达到目标值后，锁紧滑座锁紧块6。
在所述步骤S104之前，为了确保微处理器在识别处理过程中的识别正确性，优化的，还包括如下步骤：利用内置在微处理器中的数字滤波器对所述实时移动信号进行数字滤波处理；或者利用基于CPLD器件的位移相位脉冲检波电路单元对所述实时移动信号进行相位检波处理，滤除延后脉冲信号，其中，如图1所示，所述位移相位脉冲检波电路单元布置在所述数显控制电路板9上，并分别通信连接所述位移检测单元8和所述微处理器；所述CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)器件内置有用verilogHDL硬件描述语言编写的现有小型IP软核，该IP软壳可对实时位移信号(即来自光栅尺或磁栅尺等的数字脉冲信号)的且相互延后半个脉冲的A、B相脉冲进行数字逻辑处理，去除延后脉冲，其中A、B相位脉冲表示左右移动的实时位移信号，如左移动则A相快B相半个脉冲，右移动则B相快A相半个脉冲。
如此通过前述高精度数显镗刀的结构描述和进给调节方法描述，一方面通过在刀具进给调节机构中引入齿轮减速器3，可以细化刻度盘在扭动时对丝杠4的传动弧度，进而精分镗刀杆固定滑座5的水平位移步进，实现现有加工精度缩小数倍的目的，可助于轻松完成目前所有高精密加工；另一方面通过在刀柄1中引入由位移检测单元8、数显控制电路板9及显示屏10构成的数字化微显系统，可以对刀具进行位移检测和位移读数，消除人为偏差，确保刀具在进给调节中精确到位，具有易用性强、可靠性高和减少废品报废率等优点，便于实际推广和应用。
优化的，所述进给调节刻度盘2和所述显示屏10均设置在所述刀柄1的主视面上。如图2所示，通过前述设计，可以利于技术人员一边调节所述进给调节刻度盘2，一边从所述显示屏10上读数，方便调节操作。
优化的，所述数显控制电路板9上还布置有分别通信连接所述微处理器的定时/计数器、存储器和GPIO接口，其中，所述GPIO(General Purpose Input Output，通用输入/输出)接口通过IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)总线通信连接所述显示屏10。如图3所示，所述定时/计数器用于实现定时功能或计数功能，以便所述微处理器能够根据定时结果或计数结果，使在无进给调节操作时能够自动熄灭所述显示器10，进入待机节能模式。所述存储器用于存储微处理器工作时的相关软件程序及其它相关工作数据，其可以但不限于包括RAM(random access memory，随机存取存储器)和ROM(Read-Only Memory，只读存储器)存储器。所述GPIO接口用于作为所述数显控制电路板9的通用输入输出端口，实现与板外器件的通信连接。
优化的，所述刀柄1的中部外周表面上还嵌设有分别通信连接所述微处理器的待机按键11和/或清零按键12。如图2所示，所述待机按键11用于在人工手动作用时产生待机切换指令，以便通过所述微处理器的相应控制，实现开机数显/熄屏待机的切换目的。所述清零按键12用于在人工手动作用时产生数值清零指令，以便实现对实时位移量进行清零的目的，重新进行位移测量。如图3所示，所述待机按键11和所述清零按键12也可以通过IIC总线通信连接所述GPIO接口及所述微处理器。此外，所述待机按键11还可以用于在长按时对所述位移检测单元8、所述微处理器和所述显示屏10构成的数显控制系统进行关机、启动或关机重启操作。
综上，采用本实施例所提供的高精度数显镗刀及其进给调节方法，具有如下技术效果：
(1)本实施例提供了一种将数字化技术应用到高速切削刀具上的新型镗刀，一方面通过在刀具进给调节机构中引入齿轮减速器，可以细化刻度盘在扭动时对丝杠的传动弧度，进而精分镗刀杆固定滑座的水平位移步进，实现现有加工精度缩小数倍的目的(例如通过1比10齿轮减速器，可将加工精度从0.01mm缩小为0.001mm)，可助于轻松完成目前所有高精密加工；另一方面通过在刀柄中引入由位移检测单元、数显控制电路板及显示屏构成的数字化微显系统，可以对刀具进行位移检测和位移读数，消除人为偏差，确保刀具在进给调节中精确到位，具有易用性强、可靠性高和减少废品报废率等优点，便于实际推广和应用；
(2)可延长镗刀使用寿命，降低生产成本，提高加工效率，即在运用数字化技术后，由于对结构件制造精度要求降低，可使镗刀本身生产成本降低，且在长时间使用后即使结构磨损也不会使精密度下降，此外，直观的读数即使新手技术人员也能轻松操作。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种高精度数显镗刀，其特征在于：包括刀柄(1)、进给调节刻度盘(2)、齿轮减速器(3)、丝杆(4)、镗刀杆固定滑座(5)、用于锁紧所述镗刀杆固定滑座(5)的滑座锁紧块(6)、电池(7)、用于检测所述镗刀杆固定滑座(5)水平位移情况的位移检测单元(8)、数显控制电路板(9)、显示屏(10)，其中，在所述数显控制电路板(9)上布置有微处理器；
所述进给调节刻度盘(2)嵌在所述刀柄(1)的底部外周表面上，所述齿轮减速器(3)、所述丝杆(4)、所述镗刀杆固定滑座(5)和所述滑座锁紧块(6)分别设置在所述刀柄(1)的底部空腔中，其中，所述进给调节刻度盘(2)的转动轴通过所述齿轮减速器(3)传动连接所述丝杆(4)的一端，所述丝杠(4)与所述镗刀杆固定滑座(5)水平同轴设置，所述丝杠(4)的另一端与所述镗刀杆固定滑座(5)的端面相抵；
所述电池(7)、所述位移检测单元(8)和所述数显控制电路板(9)分别设置在所述刀柄(1)的中部空腔中，所述显示屏(10)嵌在所述刀柄(1)的中部外周表面上，其中，所述位移检测单元(8)设置在所述镗刀杆固定滑座(5)的上方，所述位移检测单元(8)、所述微处理器和所述显示屏(10)依次通信相连。
2.如权利要求1所述的一种高精度数显镗刀，其特征在于：所述刀柄(1)为BT型标准刀柄，并在所述刀柄(1)的顶端固定有拉钉(101)。
3.如权利要求1所述的一种高精度数显镗刀，其特征在于：所述进给调节刻度盘(2)和所述显示屏(10)均设置在所述刀柄(1)的主视面上。
4.如权利要求1所述的一种高精度数显镗刀，其特征在于：所述齿轮减速器(3)为1比10齿轮减速器。
5.如权利要求1所述的一种高精度数显镗刀，其特征在于：所述位移检测单元(8)为光栅尺位移传感器或磁栅尺位移传感器。
6.如权利要求1所述的一种高精度数显镗刀，其特征在于：所述数显控制电路板(9)上还布置有分别通信连接所述微处理器的定时/计数器、存储器和GPIO接口，其中，所述GPIO接口通过IIC总线通信连接所述显示屏(10)。
7.如权利要求1所述的一种高精度数显镗刀，其特征在于：所述显示屏(10)为OLED显示屏或LCD显示屏。
8.如权利要求1所述的一种高精度数显镗刀，其特征在于：所述刀柄(1)的中部外周表面上还嵌设有分别通信连接所述微处理器的待机按键(11)和/或清零按键(12)。
9.一种如权利要求1～8任意一项所述的高精度数显镗刀的进给调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101.松开滑座锁紧块(6)；
S102.扭动进给调节刻度盘(2)，驱动齿轮减速器(3)和丝杆(4)，使镗刀杆固定滑座(5)水平移动；
S103.由位移检测单元(8)采集镗刀杆固定滑座(5)的实时移动信号，并将该实时移动信号送入数显控制电路板(9)；
S104.由微处理器对所述实时移动信号进行识别处理，得到实时位移量，并在发现所述实时位移量递增或递减一个最小步长时，利用内部中断系统自发一个中断请求信号；
S105.微处理器在收到所述中断请求信号后，执行中断服务程序，将所述实时位移量传送至显示屏(10)进行显示更新；
S106.在显示屏(10)上显示的实时位移量达到目标值后，锁紧滑座锁紧块(6)。
10.如权利要求9所述的一种高精度数显镗刀的进给调节方法，其特征在于，在所述步骤S104之前还包括如下步骤：
利用内置在微处理器中的数字滤波器对所述实时移动信号进行数字滤波处理；
或者利用基于CPLD器件的位移相位脉冲检波电路单元对所述实时移动信号进行相位检波处理，滤除延后脉冲信号，其中，所述位移相位脉冲检波电路单元布置在所述数显控制电路板(9)上，并分别通信连接所述位移检测单元(8)和所述微处理器。
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