CN112207632A - 刀具径向跳动的测量方法及数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刀具径向跳动的测量方法及数控机床，测量方法应用于数控机床中，数控机床包括机械测量设备及刀具，机械测量设备包括活动部及数据获取部，方法包括：控制刀具移动至外侧与活动部接触的位置；控制刀具旋转；获取活动部的实时移动距离并将实时移动距离作为刀具的径向跳动距离。本发明通过控制刀具移动至刀具的外侧与活动部的一端接触的位置，通过旋转，刀具可以带动活动部移动，可以得到刀具径向跳动的值。本发明克服了需要手动测量出刀具径向跳动的效率低的缺陷，通过机械测量设备也可以避免现有技术中通过光学检测的方法而导致检测精度有限的缺陷，此外，本发明的机械测量设备的结构简单、安装方便，适合工业上的推广及使用。

Description

刀具径向跳动的测量方法及数控机床

技术领域

本发明涉及数控机床加工领域，特别涉及一种刀具径向跳动的测量方法及数控机床。

背景技术

刀具是数控机床加工的核心部件，根据加工类型刀具可分为磨棒、铣刀、钻刀等。在加工时，刀具高速旋转并接触被加工件以对被加工件进行切割或磨削加工。由于刀具本身直线度、刀具装夹精度、主轴安装精度及被磨损等多种原因，刀具在安装完成后会有一定径向跳动，也称为偏摆。在起转时，径向跳动会随着转速的增加而增大，进而影响加工质量，严重时还会影响刀具寿命甚至主轴精度及寿命。

目前解决这一问题主要包括直接方式与间接方式：

间接方式一般为通过检测产品加工后的精度来反推刀具的径向跳动值，其缺陷在于，加工后的产品某些特征尺寸并不方便检测，且检测周期长，一般的检测方式为抽检，一旦刀具偏摆过大，送检的产品以及在人工发现问题去停机之前的批量产品都会报废，并且通过径向跳动值过高的刀具来加工产品还会损害主轴精度。

直接方式一般包括以下几种：

一种方式为，通过人工手动测量出刀具径向跳动，其缺陷在于，需要停机后人工测量，且测量速度慢、测量效率低，这严重影响产能，尤其是数百台、数千台甚至更多的设备量产时，人工检测基本是不可行的。且人工的方式只能检测到几乎静止时的径向跳动值，并不能检测到高速旋转时的刀具的跳动值。

公开号为CN209432058U的专利公开了一种非接触式的刀具动态测量仪，提出用光学检测的方法进行测量，其不足在于，由于数控加工时机床内部飞溅各类切削冷却液、碎屑等，导致光学元件表面粘上油污后无法使用，并且，由于光的衍射等特征，单纯的光学遮挡方式测量精度有限。

公开号为CN209945192U的专利公开了一种数据刀具跳动的离线检测装置，其不足在于，需要将刀具取出后放在检测台上测试，效率低，而且只能测量到刀具本身的非直线度，不能测量实际生产中机床、主轴、刀柄等各种综合因素引起的径向跳动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中测量刀具径向跳动效率低且精确度不高的缺陷，提供一种效率高且精确度高的刀具径向跳动的测量方法及数控机床。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种刀具径向跳动的测量方法，所述测量方法应用于数控机床中，所述数控机床包括机械测量设备及刀具，所述机械测量设备包括活动部及数据获取部，所述测量方法包括：

控制所述刀具移动至所述刀具的外侧与所述活动部的一端接触的位置；

控制所述刀具旋转；

利用所述数据获取部获取所述活动部的实时移动距离并将所述实时移动距离作为所述刀具的径向跳动距离，其中，所述刀具在旋转的过程中产生径向跳动，通过所述径向跳动带动所述活动部移动。

较佳地，所述获取所述活动部的实时移动距离并将所述实时移动距离作为所述刀具的径向跳动距离的步骤后还包括：

判断所述径向跳动距离是否大于或等于预设限值距离，若是，则发送提示信息，所述提示信息用于提示所述刀具为故障刀具。

较佳地，所述活动部包括伸缩部与滚轮结构，所述伸缩部的一端与所述滚轮结构的一端连接，所述控制所述刀具移动至所述刀具的外侧与所述活动部的一端接触的位置的步骤中，控制所述刀具移动至的所述刀具的外侧与所述滚轮结构的另一端接触的位置；

所述控制所述刀具旋转的步骤中，控制所述刀具旋转以带动所述滚轮结构旋转；

所述利用所述数据获取部获取所述活动部的实时移动距离的步骤中，利用所述数据获取部获取所述伸缩部的移动距离，其中，所述刀具通过所述径向跳动带动所述滚轮结构移动从而带动所述伸缩部移动。

较佳地，所述滚轮结构包括滚轮内环及滚轮外环，所述滚轮外环与所述刀具的外侧接触；

所述控制所述刀具旋转以带动所述滚轮结构旋转的步骤中，控制所述刀具旋转以带动所述滚轮外环旋转。

较佳地，所述滚轮外环的材料为钨钢；

和/或，

所述活动部还包括第一连接结构，所述滚轮结构还包括第二连接结构，所述第一连接结构的一端与所述伸缩部的一端连接，所述第一连接结构的另一端与所述第二连接结构的一端连接，所述第二连接结构的另一端与所述滚轮内环连接。

较佳地，所述数控机床中还设置有壳体，所述机械测量设备固定在所述壳体的内壁，所述壳体的上方设置有至少一开口，所述开口处设置有一挡板，所述控制所述刀具移动至所述刀具的外侧与所述活动部的一端接触的位置的步骤前还包括：

控制所述挡板开启；

控制所述刀具进入所述开口中；

所述获取所述活动部的实时移动距离的步骤后还包括：

控制所述刀具从所述开口移出；

控制所述挡板闭合。

较佳地，所述数控机床还包括吹气设备，所述控制所述刀具移动至所述刀具的外侧与所述活动部的一端接触的位置的步骤前还包括：

控制所述刀具旋转；

控制所述吹气设备向所述刀具吹气以清洁所述刀具表面。

较佳地，所述数控机床还包括吹气设备，所述吹气设备固定在所述壳体的上方；

所述控制所述挡板开启的步骤前还包括：

控制所述刀具移动至所述开口的上方；

控制所述刀具旋转；

控制所述吹气设备向所述刀具吹气以清洁所述刀具表面。

本发明还提供了一种数控机床，所述数控机床包括机械测量设备及控制器，所述控制器被配置为执行如上所述的刀具径向跳动的测量方法；

本发明还提供了一种数控机床，所述数控机床包括机械测量设备、控制器及壳体，所述控制器被配置为执行如上所述的刀具径向跳动的测量方法。

本发明还提供了一种数控机床，所述数控机床包括机械测量设备、控制器及吹气设备，所述控制器被配置为执行如上所述的刀具径向跳动的测量方法；

本发明还提供了一种数控机床，所述数控机床包括机械测量设备、控制器、壳体及吹气设备，所述控制器被配置为执行如上所述的刀具径向跳动的测量方法。

本发明的积极进步效果在于：本发明通过控制刀具移动至所述刀具的外侧与所述活动部的一端接触的位置，通过模拟刀具在加工过程中的旋转，刀具可以带动与之接触的活动部的移动，从而可以根据机械测量设备的数据获取模块实时得到刀具径向跳动的值。本发明中，一方面克服了现有技术中需要手动测量出刀具径向跳动的效率低的缺陷，通过机械测量设备也可以避免现有技术中通过光学检测的方法而导致检测精度有限的缺陷，此外，本发明中的机械测量设备结构简单、安装方便，适合工业上的推广及使用。

附图说明

图1为本发明实施例1的刀具径向跳动的测量方法的流程图。

图2为本发明实施例1的机械测量设备的结构示意图。

图3为本发明实施例2的滚轮结构与第一连接结构的连接关系示意图。

图4为本发明实施例3的机械测量设备在数控机床中的位置关系示意图。

图5为本发明实施例3的刀具径向跳动的测量方法的流程图。

图6为一具体场景下对刀具径向跳动进行测量的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供了一种刀具径向跳动的测量方法，该测量方法应用于数控机床中，其中，该数控机床包括机械测量设备及刀具，机械测量设备包括活动部及数据获取部，应当理解，本实施例中的机械测量设备可以包括电子千分尺、电子游标卡尺等机械测量设备，本实施例并不对机械测量设备的种类做限制，只要该机械测量设备包括可以获取活动部的移动数据的数据获取部及用于测量的活动部即可，如图1所示，本实施例中的测量方法包括：

步骤101、控制刀具移动至刀具的外侧与活动部的一端接触的位置。

具体的，可以在数控机床内以固定物为参照点建立坐标系，由于机械测量设备在非测量状态时，活动部的一端的位置位于已知的原位位置，因此，可以根据该原位位置，控制刀具移动至该位置，当刀具移动至该位置上时，则可认为刀具的外侧与活动部的一端接触。

如图2所示，在一种具体的实施方式中，机械测量设备的结构如图2所示，活动部具体包括伸缩部5、滚轮结构8、第一连接结构6，图3示出了滚轮结构8与第一连接结构6的连接关系示意图，滚轮结构8具体包括第二连接结构7、滚轮内环16及滚轮外环17。其中，数据获取部4可以通过固定部3固定在数控机床内部。

数据获取部4的一端预定在固定部3上，伸缩部5与数据获取部4可活动地连接，第一连接结构6的一端与伸缩部5的一端连接，第一连接结构6的另一端与第二连接结构7的一端连接，第二连接结构7的另一端与滚轮内环16连接，具体的，在一种情况下，第一连结构6部可以为螺栓，第二连接结构7可以为连接杆，在另一种情况下，第一连接结构6可以为连接杆，第二连接结构7可以为螺栓，在其它的情况下，第一连接结构6和第二连接结构7还可以为其它的可以将伸缩部5与滚轮结构8连接起来的结构。

本实施例中，步骤101可具体控制刀具移动至的刀具的外侧与滚轮结构8的另一端接触的位置。在一种具体的实施方式中，可以控制滚轮外环17与刀具的外侧接触。

步骤102、控制刀具旋转。

其中，刀具固定在数控机床的主轴上，可以模拟刀具的加工过程，控制主轴旋转，从而带动刀具旋转。

本实施例中，可以具体控制刀具旋转以带动滚轮结构8旋转。在一种具体的实施方式中，可以具体控制刀具旋转以带动滚轮外环17旋转。本实施例中，由于直接与刀具接触的部分采用了滚轮结构8，因此，当刀具高速旋转时，会带动滚轮结构8旋转，因此，不会对机械测量设备本身造成损害，从而可以持续保障活动部的移动以得到准确的径向跳动距离。在一种具体的实施方式中，可以将与刀具接触的滚轮结构8，如滚轮外环17，的表面部分的材料设置为硬度较大的材料，如钨钢、金刚石等等，从而可以进一步防止与刀具接触的部分被刀具磨损的情况发生。应当理解，前述滚轮结构的具体实施方式仅作为一种举例来说明，实际中，也可以采用其他形式的滚轮结构，如可以将与刀具接触的部分设置为一个可以滚动的球体，因此上述具体的实施方式不应当作为本实施例的限制。

步骤103、利用数据获取部获取活动部的实时移动距离并将实时移动距离作为刀具的径向跳动距离。

其中，刀具在旋转的过程中产生径向跳动，通过径向跳动带动活动部移动。具体的，由于活动部与刀具接触，当刀具产生径向跳动时会给活动部施加一压力，从而使活动部伸缩，因此根据活动部的伸缩量，可以计算出刀具的径向跳动距离。

在一种具体的实施方式中，利用数据获取部4获取伸缩部5的移动距离，其中，刀具通过径向跳动带动滚轮结构8移动从而带动伸缩部5移动。

本实施例中，通过将机械测量设备安装在数控机床内部，通过全程自动化地测量并获取刀具的径向跳动距离，从而可以实现刀具径向跳动的在先测量，大大节省了人力成本及时间。

在一种可选的实施方式中，可以根据测量的径向跳动距离判断刀具是否为故障刀具，具体判断步骤如下：

步骤104、判断径向跳动距离是否大于或等于预设限值距离，若是，则执行步骤105，若否，则执行步骤106。

步骤105、发送提示信息。

步骤106、确认刀具为无故障刀具。

其中，可以根据以往对刀具的测量数据提前设置好预设限值距离，步骤104中可以将实时的测量距离与预设限值距离进行比较，步骤106中的提示信息用于提示刀具为故障刀具，进一步的，在提示刀具为故障刀具后可以进一步控制数控机床停机，从而避免有问题的刀具继续对工件进行加工。

本实施例中，通过将实时的测量距离与预设限值距离进行比较，当测量超限时，可以自动发送提示信息，从而可以有效保障工件加工质量，保障加工设备的健康。

本实施例中通过控制刀具移动至刀具的外侧与活动部的一端接触的位置，通过模拟刀具在加工过程中的旋转，刀具可以带动与之接触的活动部的移动，可以根据机械测量设备数据获取模块实时得到刀具径向跳动的值。本实施例中，一方面克服了现有技术中需要手动测量刀具径向跳动的效率低的缺陷，通过机械测量设备也可以避免现有技术中通过光学检测的方法而导致检测精度有限的缺陷，此外，本发明中的机械测量设备结构简单、安装方便，适合工业上的推广及使用。

实施例2

本实施例提供了一种刀具径向跳动的测量方法，本实施例基于实施例1实现，图4示出了本实施例中机械测量设备在数控机床内的位置关系示意图，数控机床中还设置有壳体1及吹气设备14，其中，吹气设备14设置在壳体1的上方，壳体1的材质可以使用防水防静电的材质。机械测量设备固定在壳体1的内壁，具体的可以将数据获取部4通过固定部3固定在壳体1的内壁上，壳体1的上方设置有至少一开口，开口处设置有一挡板15，如图5所示，本实施例中的测量方法包括：

步骤201、控制刀具移动至开口的上方。

步骤202、控制刀具旋转。

步骤203、控制吹气设备向刀具吹气以清洁刀具表面。

步骤204、控制挡板开启。

步骤205、控制刀具进入开口中。

步骤101、控制刀具移动至刀具的外侧与活动部的一端接触的位置。

步骤102、控制刀具旋转。

步骤103、利用数据获取部获取活动部的实时移动距离并将实时移动距离作为刀具的径向跳动距离。

步骤104、判断径向跳动距离是否大于或等于预设限值距离，若是，则执行步骤105，若否，则执行步骤106。

步骤105、发送提示信息，执行步骤207。

步骤106、确认刀具为无故障刀具，执行步骤207。

步骤207、控制刀具从开口移出。

步骤208、控制挡板闭合。

其中，步骤101-步骤106的具体实现方式可以参考实施例1中步骤101-步骤106的具体实现方式，此处便不再赘述。

本实施例中，通过设置壳体1可以将机械测量设备与外界隔离，从而使其免受数控机床内部其它部件的干扰，在需要进行刀具径向跳动测量，将挡板15打开让刀具进入壳体1进行测量，当刀具测量完毕，在刀具移出壳体1后，将挡板15关闭，从而可以保护机械测量设备，以防止刀具在加工过程中产生的切削液、碎屑等杂质对其污染。

本实施例中，在测量刀具的径向跳动前，先通过吹气设备14对刀具进行吹气，以清洁刀具表面的切削液、碎屑等杂质，使切削液、碎屑等杂质不会污染机械测量设备，可保障测量的高精度及稳定性。

在一种具体的实施方式中，吹气设备也可以不设置在壳体的上方，其可以设置在数控机床里的其它位置，在这种情况下，数控机床可以不包括壳体，测量方法不包括前述步骤中的步骤201、204、205、207及步骤208，在这种方式下，由于在对刀具进行测量前可以通过控制刀具移动至吹气设备的吹气口附近，然后继执行步骤202及步骤203，即可对刀具表面进行清洁，由于对刀具表面进行清洁时，刀具未位于机械测量设备的上方，因此不会对机械测量设备造成污染，在这种方式下也可以达到保护机械测量设备的效果。

为了更好的理解本实施例，下面通过一具体场景对本实施例进行举例说明：

图6示出了一刀具径向跳动的测量场景图，在需要测量刀具的径向跳动时，可以将刀具19安装在主轴18上，通过控制主轴18移动，使刀具19位于壳体1的上方。通过控制主轴18以第一速度转动以带动刀具19以第一速度转动，同时，控制吹气设备14向刀具吹气，应当理解，在前述过程中，挡板为闭合状态。

当吹气时间达到第一预设时间后，则控制吹气设备14停止吹气，与此同时，控制挡板打开，挡板打开后，控制主轴18带着刀具19移动至刀具的表面与滚轮结构8的外表面接触的位置。

此时，模拟刀具19加工时的转动速度，控制主轴18带动刀具19以第二速度转动，一般而言，第二速度大于第一速度，则刀具19会通过其转动产生一定径向跳动而带动滚轮结构8移动，滚轮结构8通过第二连接结构7与第一连接结构6带动伸缩部5移动，数据获取部4可以实时监控到伸缩部5的移动距离，可以比较实时移动距离与预设限制距离，并在实时移动距离大于限制移动距离时发送提示信息以提示该刀具为故障刀具。

实施例3

本实施例提供了一种数控机床，该数控机床包括实施例1中的机械测量设备及刀具，该数控机床还包括控制器，该控制器被配置为执行实施例1中的刀具径向跳动的测量方法。

实施例4

本实施例提供了一种数控机床，该数控机床包括实施例2中的机械测量设备、刀具、壳体及吹气设备，该数控机床还包括控制器，该控制器被配置为执行实施例2中的刀具径向跳动的测量方法。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种刀具径向跳动的测量方法，其特征在于，所述测量方法应用于数控机床中，所述数控机床包括机械测量设备及刀具，所述机械测量设备包括活动部及数据获取部，所述测量方法包括：

控制所述刀具移动至所述刀具的外侧与所述活动部的一端接触的位置；

控制所述刀具旋转；

利用所述数据获取部获取所述活动部的实时移动距离并将所述实时移动距离作为所述刀具的径向跳动距离，其中，所述刀具在旋转的过程中产生径向跳动，通过所述径向跳动带动所述活动部移动。

2.如权利要求1所述的刀具径向跳动的测量方法，其特征在于，所述获取所述活动部的实时移动距离并将所述实时移动距离作为所述刀具的径向跳动距离的步骤后还包括：

判断所述径向跳动距离是否大于或等于预设限值距离，若是，则发送提示信息，所述提示信息用于提示所述刀具为故障刀具。

3.如权利要求1所述的刀具径向跳动的测量方法，其特征在于，所述活动部包括伸缩部与滚轮结构，所述伸缩部的一端与所述滚轮结构的一端连接，所述控制所述刀具移动至所述刀具的外侧与所述活动部的一端接触的位置的步骤中，控制所述刀具移动至的所述刀具的外侧与所述滚轮结构的另一端接触的位置；

所述控制所述刀具旋转的步骤中，控制所述刀具旋转以带动所述滚轮结构旋转；

所述利用所述数据获取部获取所述活动部的实时移动距离的步骤中，利用所述数据获取部获取所述伸缩部的移动距离，其中，所述刀具通过所述径向跳动带动所述滚轮结构移动从而带动所述伸缩部移动。

4.如权利要求3所述的刀具径向跳动的测量方法，其特征在于，所述滚轮结构包括滚轮内环及滚轮外环，所述滚轮外环与所述刀具的外侧接触；

所述控制所述刀具旋转以带动所述滚轮结构旋转的步骤中，控制所述刀具旋转以带动所述滚轮外环旋转。

5.如权利要求4所述的刀具径向跳动的测量方法，其特征在于，所述滚轮外环的材料为钨钢；

和/或，

所述活动部还包括第一连接结构，所述滚轮结构还包括第二连接结构，所述第一连接结构的一端与所述伸缩部的一端连接，所述第一连接结构的另一端与所述第二连接结构的一端连接，所述第二连接结构的另一端与所述滚轮内环连接。

6.如权利要求1所述的刀具径向跳动的测量方法，其特征在于，所述数控机床中还设置有壳体，所述机械测量设备固定在所述壳体的内壁，所述壳体的上方设置有至少一开口，所述开口处设置有一挡板，所述控制所述刀具移动至所述刀具的外侧与所述活动部的一端接触的位置的步骤前还包括：

控制所述挡板开启；

控制所述刀具进入所述开口中；

所述获取所述活动部的实时移动距离的步骤后还包括：

控制所述刀具从所述开口移出；

控制所述挡板闭合。

7.如权利要求1所述的刀具径向跳动的测量方法，其特征在于，所述数控机床还包括吹气设备，所述控制所述刀具移动至所述刀具的外侧与所述活动部的一端接触的位置的步骤前还包括：

控制所述刀具旋转；

控制所述吹气设备向所述刀具吹气以清洁所述刀具表面。

8.如权利要求6所述的刀具径向跳动的测量方法，其特征在于，所述数控机床还包括吹气设备，所述吹气设备固定在所述壳体的上方；

所述控制所述挡板开启的步骤前还包括：

控制所述刀具移动至所述开口的上方；

控制所述刀具旋转；

控制所述吹气设备向所述刀具吹气以清洁所述刀具表面。

9.一种数控机床，其特征在于，所述数控机床包括控制器，所述控制器被配置为执行权利要求1-8中任一项所述的刀具径向跳动的测量方法。

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