CN108788200A - 一种对刀方法、系统以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对刀方法，所述对刀方法包括：根据在车床坐标系中的刀架坐标和刀尖相对于刀架的位置关系，得到刀尖坐标；根据加工工件确定对刀点，得到对刀点坐标；根据所述刀尖坐标和所述对刀点坐标，控制所述刀尖与所述对刀点重合。上述对刀方法能够自动控制进行对刀过程，解决了需要操作人员的技能水平较高的问题，此外还可避免操作人员在车床附近发生危险的可能性。本发明还公开了与上述对刀方法相对应的对刀系统和对刀装置。

Description

一种对刀方法、系统以及装置

技术领域

本发明涉及机械制造领域，特别是涉及一种对刀方法、系统以及装置。

背景技术

车床是主要用车刀对装夹于主轴且高速旋转的加工工件进行车削加工的机械加工设备。在对工件进行车削加工之前，必须要进行对刀。对刀的目的是确定工件坐标系的原点(即对刀点)在车床坐标系中的位置，以保证后续车削加工的精准性。

目前，对刀通常利用接触式对刀仪进行对刀，在对刀过程中需要操作人员利用手轮来控制刀架运动，使刀尖逐渐接近加工工件的端面，并在加工工件的端面试切一段外圆，然后使刀具沿着Z轴方向离开加工工件，测量出该段外圆的半径，根据刀尖当前X轴坐标减去上述半径，得到工件坐标系的原点在X轴上的位置；再移动刀具，试切加工工件一端的端面，根据当前刀尖在Z轴上的坐标Z₀，将此时刀具的Z轴坐标减去Z₀，即得工件坐标系的原点在Z轴上的位置。根据工件坐标系的原点(即对刀点)位置，控制刀架滑台和主轴滑台运动，使所述刀尖与所述对刀点重合。

显然，在上述对刀的过程中，步骤繁琐，而且需要手动控制刀架运动，这需要操作人员的技能水平较高，其次，操作人员距离车床很近，容易发生危险。

发明内容

本发明的目的是提供一种对刀方法，可以解决需要操作人员的技能水平较高的问题，其次，能避免操作人员在车床附近发生危险的可能性。此外，本发明还提供了与该对刀方法相对应的对刀系统和对刀装置。

为实现上述目的，本发明提供一种对刀方法，包括：根据在车床坐标系中的刀架坐标和刀尖相对于刀架的位置关系，得到刀尖坐标；根据加工工件确定对刀点，得到对刀点坐标；根据所述刀尖坐标和所述对刀点坐标，控制所述刀尖与所述对刀点重合。

优选地，所述根据加工工件确定对刀点，得到对刀点坐标的步骤具体为：获取用以测量与对刀点之间距离的测距部件的测距部件坐标；利用测距部件获取对刀点相对于测距部件的位置参数；根据所述测距部件坐标和所述位置参数得到对刀点坐标。

优选地，所述获取用以测量与对刀点之间距离的测距部件的测距部件坐标的步骤具体为：控制刀架滑台向右运动获取所述加工工件的端面边界，当触发光电限位开关时，向左运动，当测距方向的中心对准所述对刀点时，获取此时所述测距部件坐标。

优选地，所述利用测距部件获取对刀点相对于测距部件的位置参数的步骤具体为：根据所述对刀点与测距部件之间的距离，和测距方向与所述刀架滑台运动方向的夹角，得到所述对刀点相对于测距部件的坐标。

优选地，还包括：根据当前刀尖的尺寸和初始刀尖的尺寸计算得到磨损值；判断所述磨损值是否超过阈值；若是，则报警提示更新刀具；若否，则根据所述磨损值，对所述刀尖坐标进行补偿。

相比于上述背景技术，本发明自动获取在车床坐标系中的刀架坐标和标准刀具的刀尖相对于刀架的位置关系，得到刀尖坐标；自动根据加工工件确定对刀点，并获取对刀点坐标；根据刀尖坐标和对刀点坐标自动控制刀架滑台和主轴滑台运动，使刀尖与对刀点重合，实现对刀过程的自动化，从而代替现有技术中手动对刀的过程，解决了需要操作人员的技能水平较高的问题，同时避免了操作人员在车床附近发生危险的可能性。

本发明还提供一种对刀系统，包括：刀尖坐标获取单元，用于获取在车床坐标系中的刀架坐标和刀尖相对于刀架的位置关系，以得到刀尖坐标并发送至运动控制单元；对刀点坐标获取单元，用于根据加工工件确定对刀点，以得到对刀点坐标，并发送至运动控制单元；运动控制单元，用于根据接收的所述刀尖坐标和所述对刀点坐标，控制所述刀尖与所述对刀点重合。

优选地，所述对刀点坐标获取单元包括：测距部件坐标获取子单元，用于获取用以测量与对刀点之间距离的测距部件的测距部件坐标；相对坐标获取子单元，用于利用测距部件获取对刀点相对于测距部件的位置参数；对刀点坐标计算子单元，用于根据所述测距部件坐标和所述位置参数得到对刀点坐标。

优选地，所述相对坐标获取子单元用于：根据所述对刀点与测距部件之间的距离，和测距方向与所述刀架滑台运动方向的夹角，得到所述对刀点相对于测距部件的坐标。

优选地，还包括刀具磨损监测系统，用于根据当前刀尖的尺寸和初始刀尖的尺寸计算得到磨损值；判断所述磨损值是否超过阈值；若是，则报警提示更新刀具；若否，则根据所述磨损值，对所述刀尖坐标进行补偿。

相比于现有技术，本发明采用自动系统实现对刀的自动化，即刀尖坐标获取单元获取刀尖坐标，对刀点坐标单元获取对刀点坐标，再由运动控制单元根据获得的刀尖坐标和对刀点坐标，控制刀架滑台和主轴滑台运动，使刀尖和对刀点重合，上述整个对刀过程中无需操作人员手动操作机床，解决了需要操作人员的技能水平较高的问题，同时避免了操作人员在车床附近发生危险的可能性。

本发明还提供一种对刀装置，所述对刀装置包括上述任一项所述的对刀系统。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的对刀方法流程图；

图2为图1中所获得的各部件及对刀点的坐标示意图；

图3为图1中步骤S102的具体方法流程图；

图4为本发明优化对刀精度的方法流程图；

图5为本发明提供的对刀系统结构图；

图6为图5中对刀点坐标获取单元502内部的子系统结构图；

图7为本发明对应优化对刀精度的系统结构图；

图8为本发明提供的对刀装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明提供的对刀方法流程图，图2为图1中所获得的各部件及对刀点的坐标示意图。

本发明提供的对刀方法，包括：

步骤S101：根据在车床坐标系中的刀架坐标和刀尖相对于刀架的位置关系，得到刀尖坐标。

建立车床坐标系，其中x轴平行于刀架滑台802的运动方向，z轴垂直于刀架滑台802的运动方向，在该坐标系中获取刀架的坐标(X₀,0)，根据数据库中所储存的标准刀具的刀尖相对于刀架803的位置参数(△x,△z)，得到刀尖的坐标(X₀+△x,△z)。

这里需要说明的是，若车床的刀具805为非标准刀具，则需要测量该非标准刀具的尺寸参数来确定其刀尖相对于刀架803的位置参数(△x,△z)。

步骤S102：根据加工工件确定对刀点，得到对刀点坐标。

根据工业车床普遍的刀具805的安装情况，通常选择加工工件806的最右边缘点为对刀点，然后在车床坐标系中获取该对刀点的坐标(X₁,Z₁)。当然，若是特殊的工业车床，根据其刀具805的安装情况，选择最适宜的对刀点。

步骤S103：根据所述刀尖坐标和所述对刀点坐标，控制所述刀尖与所述对刀点重合。

根据获得的刀尖坐标(X₀+△x,△z)和对刀点的坐标(X₁,Z₁)，控制刀架滑台802移动，使刀尖在x轴方向运动X₁-(X₀+△x)的距离；控制刀主轴滑台807移动，使对刀点在z轴方向运动△z-Z₁的距离，这相对于刀尖来说，相当于使刀尖在z轴方向运动Z₁-△z的距离，最终表现为刀尖和对刀点重合，对刀完成。

针对上述步骤S102，本文给出以下实施方式。

本文中的测距部件804以工业相机为例，当然其他测距部件(如电容传感器、红外测距传感器、激光测距仪等)也可以实现本文所述的对刀过程。

在第一种实施方式中，请参考图3，图3为图1中步骤S102的具体方法流程图。为了自动进行对刀点的确定来获取工业相机804的镜头焦点的坐标，步骤S102具体包括：

步骤S301：获取用以测量与对刀点之间距离的测距部件的测距部件坐标。

车床控制刀架滑台802向右运动，使安装于刀架803的工业相机804获取加工工件806的端面边界，当刀架滑台802触发x轴导轨801上的光电限位开关时，向左运动，当工业相机804的视野中心对准对刀点(即加工工件806的最右边缘点)时，车床便获取此时工业相机804的镜头焦点的坐标(x₁,z₁)。

这里需要说明的是，向左运动的条件也可以为当刀架滑台802向右运动一定的距离，比如刀架滑台802的左侧到达x轴导轨801的边界。

步骤S302：利用测距部件获取对刀点相对于测距部件的位置参数。

为了自动获得对刀点相对于工业相机804的镜头焦点的位置坐标来得到对刀点在车床坐标系中的坐标，利用机器视觉算法(如相机的聚焦功能和景深)计算出工业相机804的镜头焦点到对刀点的距离s，一般工业相机的测距方向设置为与车床坐标系的x轴垂直，则该距离可直接表示工业相机804的镜头焦点和对刀点的相对位置关系。

当然，工业相机804的测距方向也可不垂直于车床坐标系的x轴，则需要利用三角函数关系得到工业相机804的镜头焦点与对刀点的相对位置。

步骤S303：根据所述测距部件坐标和所述位置参数得到对刀点坐标。

此时工业相机804的镜头焦点的x轴坐标x₁和对刀点的x轴坐标X₁相等(即X₁＝x₁)，对刀点的z轴坐标Z₁为工业相机804的镜头焦点的z轴坐标z₁加上工业相机804的镜头焦点到对刀点的距离s(即Z₁＝z₁+s)，最终得到对刀点的坐标(X₁,Z₁)。

可以想到的是，利用两个视野相互垂直的工业相机或者在x轴方向增设用于测量对刀点在z轴坐标的电容传感器等其他测距部件也可以获得对刀点在车床坐标系中的坐标。

针对上述对刀方式的优化，本文还给出以下实施方式。

在第二种实施方式中，对于进行一定工时车削的刀具805来说，刀尖会产生一定磨损，使得刀尖相对于刀架803的位置参数发生改变，若直接进行下一次对刀，则会产生对刀不精准的问题，进而影响后续的车削工艺。

为了解决上述问题，请参考图4，图4为本发明优化对刀精度的方法流程图。本实施方式包括：

步骤S401：根据当前刀尖的尺寸和初始刀尖的尺寸计算得到磨损值a。

当前刀尖的尺寸可利用工业相机拍照获得，并与原来刀尖尺寸的同比例照片进行比较，利用景深和比例关系计算得到具体的磨损值a，当然，除工业相机之外，还可利用激光传感器等装置来测量上述磨损值a。

步骤S402：磨损值a是否大于阈值m。

车床判断该磨损值a是否超过设定的阈值m，这里需要说明的是，该阈值m大小的设定与刀具805的材料和工作参数等因素有关。

步骤S403：若是，则更新刀具。

若磨损值a大于该阈值m，则表示刀具805的寿命用尽，车床报警提示操作人员更换刀具805，更换刀具后返回步骤S101。

步骤S404：若否，则根据所述磨损值a，对所述刀尖坐标进行补偿。

若磨损值a未超过该阈值m，则根据磨损值a在车床坐标系x轴上的投影长度δx和z轴上的投影长度δz，对刀尖坐标进行补偿，即原来刀尖的坐标值减去磨损掉的磨损值在相应坐标轴上的投影长度，得到补偿后的刀尖坐标(X₀+△x-δx,△z-δz)，然后进入步骤S103。

请参考图5，图5为本发明提供的对刀系统结构图。该对刀系统包括：

刀尖坐标获取单元501，用于获取在车床坐标系中刀架803的坐标和刀具805的刀尖相对于刀架803的位置关系，以得到刀尖坐标并发送至运动控制单元；

对刀点坐标获取单元502，用于根据加工工件806确定对刀点，以得到对刀点坐标，并发送至运动控制单元；

运动控制单元503，用于根据加工工件806确定对刀点，以得到对刀点坐标，并发送至运动控制单元；运动控制单元，用于接收刀尖坐标和对刀点坐标，控制刀架滑台802和刀主轴滑台807运动，使刀尖与对刀点重合。

请参考图6，图6为图5中对刀点坐标获取单元502内部的子系统结构图。

上述对刀点坐标获取单元502具体包括：

测距部件坐标获取子单元601，用于在车床坐标系中获取用以测量与对刀点之间距离的测距部件804的测距部件坐标，并发送至相对坐标获取子单元；

相对坐标获取子单元602，用于利用测距部件804获取对刀点相对于测距部件804的坐标，并发送至对刀点坐标计算子单元，而且将接收到的测距部件坐标也发送至对刀点坐标计算子单元；

这里需要说明的是，测距部件坐标获取子单元还可以直接将测距部件坐标发送至对刀点坐标计算子单元，而相对坐标获取子单元将对刀点相对于测距部件804的坐标发送至对刀坐标计算子单元。

对刀点坐标计算子单元603，用于接收测距部件坐标和对刀点相对于测距部件804的坐标，并计算出对刀点在车床坐标系中的坐标。

为了解决刀尖磨损影响对刀精度的问题，请参考图7，图7为本发明对应优化对刀精度的系统结构图。本发明提供的对刀系统还包括刀具磨损监测单元701。

本文由于对该对刀系统中各个单元以及子单元的工作方式在上述对刀方法已有详细介绍，因此不再赘述。

本发明提供的对刀装置，请参考图8，图8为本发明提供的对刀装置的结构示意图，包括测距部件804，其中测距部件804垂直安装于刀架滑台802的运动方向，使测距方向也垂直于刀架滑台802的运动方向，而且测距部件804的测距方向的中心在刀架滑台802运动过程中形成的直线与加工工件806在水平方向的直径重合。

该对刀装置包括上述对刀系统的各个单元和子单元，其中的各个部件的工作方式在上述对刀方法已有详细介绍，因此不再赘述。

本发明提供的一种对刀方式、系统以及装置，实现了对刀过程的自动化，从而代替现有技术中手工对刀的过程，解决了需要操作人员的技能水平较高的问题，同时可避免操作人员在车床附近发生危险的可能性。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的一种对刀方法、系统以及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种对刀方法，其特征在于，包括：

根据在车床坐标系中的刀架坐标和刀尖相对于刀架的位置关系，得到刀尖坐标；

根据加工工件确定对刀点，得到对刀点坐标；

根据所述刀尖坐标和所述对刀点坐标，控制所述刀尖与所述对刀点重合。

2.根据权利要求1所述的对刀方法，其特征在于，所述根据加工工件确定对刀点，得到对刀点坐标的步骤具体为：

获取用以测量与对刀点之间距离的测距部件的测距部件坐标；

利用测距部件获取对刀点相对于测距部件的位置参数；

根据所述测距部件坐标和所述位置参数得到对刀点坐标。

3.根据权利要求2所述的对刀方法，其特征在于，所述获取用以测量与对刀点之间距离的测距部件的测距部件坐标的步骤具体为：

控制刀架滑台向右运动获取所述加工工件的端面边界，当触发光电限位开关时，向左运动，当测距方向的中心对准所述对刀点时，获取此时所述测距部件坐标。

4.根据权利要求2所述的对刀方法，其特征在于，所述利用测距部件获取对刀点相对于测距部件的位置参数的步骤具体为：

根据所述对刀点与测距部件之间的距离，和测距方向与所述刀架滑台运动方向的夹角，得到所述对刀点相对于测距部件的坐标。

5.根据权利要求1至4任一项所述的对刀方法，其特征在于，还包括：

根据当前刀尖的尺寸和初始刀尖的尺寸计算得到磨损值；

判断所述磨损值是否超过阈值；若是，则报警提示更新刀具；若否，则根据所述磨损值，对所述刀尖坐标进行补偿。

6.一种对刀系统，其特征在于，包括：

刀尖坐标获取单元，用于获取在车床坐标系中的刀架坐标和刀尖相对于刀架的位置关系，以得到刀尖坐标并发送至运动控制单元；

对刀点坐标获取单元，用于根据加工工件确定对刀点，以得到对刀点坐标，并发送至运动控制单元；

运动控制单元，用于根据接收的所述刀尖坐标和所述对刀点坐标，控制所述刀尖与所述对刀点重合。

7.根据权利要求6所述的对刀系统，其特征在于，所述对刀点坐标获取单元包括：

测距部件坐标获取子单元，用于获取用以测量与对刀点之间距离的测距部件的测距部件坐标；

相对坐标获取子单元，用于利用测距部件获取对刀点相对于测距部件的位置参数；

对刀点坐标计算子单元，用于根据所述测距部件坐标和所述位置参数得到对刀点坐标。

8.根据权利要求7所述的对刀系统，其特征在于，所述相对坐标获取子单元用于：

根据所述对刀点与测距部件之间的距离，和测距方向与所述刀架滑台运动方向的夹角，得到所述对刀点相对于测距部件的坐标。

9.根据权利要求6至8任一项所述的对刀系统，其特征在于，还包括刀具磨损监测系统，用于

根据当前刀尖的尺寸和初始刀尖的尺寸计算得到磨损值；

判断所述磨损值是否超过阈值；若是，则报警提示更新刀具；若否，则根据所述磨损值，对所述刀尖坐标进行补偿。

10.一种对刀装置，其特征在于，所述对刀装置包括上述6至9任一项所述的对刀系统。