CN112571139A - 一种高精度数控车床用精准定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度数控车床用精准定位系统，同轴度测距模块用于检测车床加工刀具与工件轴心之间的距离并在距离超出阈值后报警；轴向检测模块及进给量控制模块；所述中央处理模块包括分别向所述同轴度测距模块、轴向检测模块、进给量控制模块供电的电源模组和动作模组；该定位系统通过安装在车床刀具刀架上的轴向检测模块对横向加工距离进行检测，防止刀具横向移动超程空加工，提高加工效率；借助同轴度测距模块对刀具刀头与工件轴心之间的距离进行实时检测，在刀头与工件轴心之间的距离变化值超过预设的数值时发出报警信号，保证加工同轴度；利用进给量控制模块监测刀具的工作状态，能够在刀具崩溃后第一时间切断机床动力。

Description

一种高精度数控车床用精准定位系统
技术领域
本发明涉及一种机械加工设备，具体是一种高精度数控车床用精准定位系统。
背景技术
数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床。可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和 各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。
目前，现有的数控车床加工的工件的定位是通过工件上的定位基准面和夹具上定位元 件工作表面之间的配合或接触实现的；工件以内孔和一个端面在夹具的中心轴和平面上定 位，限制工件五个自由度，相当于五个支承点定位；工件绕心轴的转动。
但是现有的定位方式较为简单，对于高精度加工而言，显然是不适用的，因此需要开 发一种能够数控车床用高精度定位系统以解决上述技术问题。
发明内容
基于上述背景技术中所提到的现有技术中的不足之处，为此本发明提供了一种高精度 数控车床用精准定位系统。
本发明通过采用如下技术方案克服以上技术问题，具体为：
一种高精度数控车床用精准定位系统，包括：
同轴度测距模块，所述同轴度测距模块用于检测车床加工刀具与工件轴心之间的距离 并在距离超出阈值后报警；以及
轴向检测模块，所述轴向检测模块同车床上的刀架连接并跟随所述刀架移动，所述轴 向检测模块计量所述刀架的横向移动距离；以及
进给量控制模块，所述进给量控制模块包括用于监测切削深度的切削量感应模组和用 于在刀具崩溃导致切削量骤减后自动停止加工的急停模组；以及
中央处理模块，所述中央处理模块包括分别向所述同轴度测距模块、轴向检测模块、 进给量控制模块供电的电源模组和动作模组；
所述动作模组包括一个反馈单元，所述反馈单元在刀具与工件轴心之间的距离超出阈 值及刀具崩溃切削量骤减后向所述动作模组发送讯号。
作为本发明进一步的方案：所述高精度数控车床用精准定位系统还包括连接机床传动 箱与所述中央处理模块的开关单元，所述开关单元分别电性连接所述轴向检测模块和所述 进给量控制模块；
所述开关单元通过动作模组连接所述进给量控制模块中的急停模组。
作为本发明再进一步的方案：所述同轴度测距模块包括蜂鸣报警单元和用于导通所述 蜂鸣报警单元和所述电源模组的电控连接器，所述电控连接器为常开连接器。
作为本发明再进一步的方案：所述轴向检测模块包括红外检测单元和停止单元，所述 红外检测单元用于发射红外光束并指向刀具刀头，所述停止单元连接所述反馈单元。
作为本发明再进一步的方案：所述红外检测单元还包括移动式水平测距仪，所述移动 式水平测距仪跟随所述刀架和红外检测单元移动并计算水平移动距离。
作为本发明再进一步的方案：所述高精度数控车床用精准定位系统还包括刀具磨损监 控模块，所述刀具磨损监控模块包括进给补偿单元，所述刀具磨损监控模块安装在刀架上， 所述进给补偿单元用于在刀具被磨损后自动补偿切削量。
作为本发明再进一步的方案：所述刀具磨损监控模块还包括脉冲测距单元和气动单 元，所述脉冲测距单元用于监控刀柄端部同刀头的距离，所述气动单元在所述脉冲测距单 元监控到刀柄端部同刀头之间的距离变化时驱动刀具进给。
作为本发明再进一步的方案：所述高精度数控车床用精准定位系统还包括温度检测模 块，所述温度检测模块，所述温度检测模块安装在所述刀架上并对工件的表面温度检测； 所述温度检测模块同所述补偿单元并与刀头贴合。
作为本发明再进一步的方案：所述温度检测模块包括感温单元、连接所述感温单元的 热膨胀单元、以及连接所述热膨胀单元的弹性伸缩单元；
所述弹性伸缩单元信号连接所述中央处理模块。
采用以上结构后，本发明相较于现有技术，具备以下优点：该定位系统通过安装在车 床刀具刀架上的轴向检测模块对横向加工距离进行检测，防止刀具横向移动超程空加工， 提高加工效率；借助同轴度测距模块对刀具刀头与工件轴心之间的距离进行实时检测，在 刀头与工件轴心之间的距离变化值超过预设的数值时发出报警信号，保证加工同轴度；此 外，利用进给量控制模块监测刀具的工作状态，能够在刀具崩溃后第一时间切断机床动力， 避免划伤工件。
附图说明
图1为高精度数控车床用精准定位系统的结构示意图。
图2为高精度数控车床用精准定位系统的工作流程图。
图3为高精度数控车床用精准定位系统的结构原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出 了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所 描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加 透彻全面。
另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可 以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、 “水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实 施方式。
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种高精度数控车床用精准定位系统，包括：
同轴度测距模块100，所述同轴度测距模块100用于检测车床加工刀具与工件轴心之 间的距离并在距离超出阈值后报警；以及
轴向检测模块200，所述轴向检测模块200同车床上的刀架连接并跟随所述刀架移动， 所述轴向检测模块200计量所述刀架的横向移动距离；以及
进给量控制模块300，所述进给量控制模块300包括用于监测切削深度的切削量感应 模组310和用于在刀具崩溃导致切削量骤减后自动停止加工的急停模组320；以及
中央处理模块400，所述中央处理模块400包括分别向所述同轴度测距模块100、轴向检测模块200、进给量控制模块300供电的电源模组410和动作模组420；
所述动作模组420包括一个反馈单元421，所述反馈单元421在刀具与工件轴心之间 的距离超出阈值及刀具崩溃切削量骤减后向所述动作模组420发送讯号。
该定位系统通过安装在车床刀具刀架上的轴向检测模块200对横向加工距离进行检 测，防止刀具横向移动超程空加工，提高加工效率；借助同轴度测距模块100对刀具刀头与工件轴心之间的距离进行实时检测，在刀头与工件轴心之间的距离变化值超过预设的数值时发出报警信号，保证加工同轴度；此外，利用进给量控制模块300监测刀具的工作状态，能够在刀具崩溃后第一时间切断机床动力，避免划伤工件。
在本发明的一个实施例中，所述高精度数控车床用精准定位系统还包括连接机床传动 箱与所述中央处理模块400的开关单元，所述开关单元分别电性连接所述轴向检测模块200 和所述进给量控制模块300；
所述开关单元通过动作模组420连接所述进给量控制模块300中的急停模组320；
当进给量控制模块300中的急停模组320被触发后立即向动作模组420发送讯号，由 动作模组420向中央处理模块400发出信号，而后启动开关单元，通过开关单元切断机床传动箱。
在本发明的另一个实施例中，所述同轴度测距模块100包括蜂鸣报警单元110和用于 导通所述蜂鸣报警单元110和所述电源模组410的电控连接器，所述电控连接器为常开连 接器；
在同轴度测距模块100检测到车床加工刀具与工件轴心之间的距离超出阈值后中央处 理模块400向电控连接器发送信号，电控连接器接通电源模组410和蜂鸣报警单元110， 通过蜂鸣报警单元110发出报警信号，提示工人重新夹装工件或调整刀具位置。
在本发明的又一个实施例中，所述轴向检测模块200包括红外检测单元201和停止单 元202，所述红外检测单元201用于发射红外光束并指向刀具刀头，所述停止单元202连接所述反馈单元421；
起始工作时开启红外检测单元201，由于机床上夹持有工件，因此通过工件于红外检 测单元201发出的光束配合，机床带动刀架和红外检测单元201水平移动，当加工到工件末端时，工件不再遮挡光束，此时通过停止单元202接收光束并将该信号发送给反馈单元421，由反馈单元421配合电源模组410关闭机床，防止刀具超程工作。
在本发明的又一个实施例中，所述红外检测单元201还包括移动式水平测距仪，所述 移动式水平测距仪跟随所述刀架和红外检测单元201移动并计算水平移动距离；
通过移动式水平测距仪精准计算刀具的移动距离，通过将移动式水平测距仪计算的距 离同工件的长度作对比便能实时查看工件已加工的长度和未加工的长度，能够直观的看出 加工进度。
在本发明的又一个实施例中，所述高精度数控车床用精准定位系统还包括刀具磨损监 控模块500，所述刀具磨损监控模块500包括进给补偿单元501，所述刀具磨损监控模块 500安装在刀架上，所述进给补偿单元501用于在刀具被磨损后自动补偿切削量；
由于利用刀具对工件切削过程中难免存在磨损，因此，通过刀具磨损监控模块500实 时检查刀具的磨损情况，当刀具存在磨损时，利用进给补偿单元501自动进给，驱动刀具移动，补偿刀具的磨损量，从而保证加工精度。
在本发明的又一个实施例中，所述刀具磨损监控模块500还包括脉冲测距单元502和 气动单元502，所述脉冲测距单元502用于监控刀柄端部同刀头的距离，所述气动单元502 在所述脉冲测距单元502监控到刀柄端部同刀头之间的距离变化时驱动刀具进给；
采用脉冲测距单元502实现无接触测距，能够实时监控刀柄端部同工件之间的距离， 当发生磨损后刀柄端部同刀头的距离减小，此时触发启动单元503，利用启动单元503带 动刀具进给补偿相应的缩短量。
在本发明的又一个实施例中，所述高精度数控车床用精准定位系统还包括温度检测模 块，所述温度检测模块600，所述温度检测模块安装在所述刀架上并对工件的表面温度检 测；所述温度检测模块600同所述补偿单元501并与刀头贴合；
在加工过程中，通过补偿单元501对刀具进行进给补偿，使得刀具的刀头始终能够精 准的贴合工件表面，在刀头贴合工件表面时，利用温度检测模块600对工件表面和刀头处 的温度进行检测，避免加工时长过长导致刀具或工件塑性变形。
在本发明的又一个实施例中，所述温度检测模块600包括感温单元601、连接所述感 温单元601的热膨胀单元602、以及连接所述热膨胀单元602的弹性伸缩单元603；
所述弹性伸缩单元603信号连接所述中央处理模块400；
通过感温单元601传导工件表面和\或刀头处的热量并将热量传输至热膨胀单元602 处，热膨胀单元602利用热胀冷缩原理带动弹性伸缩单元603产生位移，在中央处理模块 400中对弹性伸缩单元603赋予位移阈值；当弹性伸缩单元603的位移量超过位移阈值时则代表温度过高，此时由中央处理模块400控制设备停下，起到保护刀具和工件的效果。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明 不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内 所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术 人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的 实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个 相关的所列项目的任意的和所有的组合。

Claims (9)

1.一种高精度数控车床用精准定位系统，其特征在于，包括：
同轴度测距模块(100)，所述同轴度测距模块(100)用于检测车床加工刀具与工件轴心之间的距离并在距离超出阈值后报警；以及
轴向检测模块(200)，所述轴向检测模块(200)同车床上的刀架连接并跟随所述刀架移动，所述轴向检测模块(200)计量所述刀架的横向移动距离；以及
进给量控制模块(300)，所述进给量控制模块(300)包括用于监测切削深度的切削量感应模组(310)和用于在刀具崩溃导致切削量骤减后自动停止加工的急停模组(320)；以及
中央处理模块(400)，所述中央处理模块(400)包括分别向所述同轴度测距模块(100)、轴向检测模块(200)、进给量控制模块(300)供电的电源模组(410)和动作模组(420)；
所述动作模组(420)包括一个反馈单元(421)，所述反馈单元(421)在刀具与工件轴心之间的距离超出阈值及刀具崩溃切削量骤减后向所述动作模组(420)发送讯号。
2.根据权利要求1所述的一种高精度数控车床用精准定位系统，其特征在于，所述高精度数控车床用精准定位系统还包括连接机床传动箱与所述中央处理模块(400)的开关单元，所述开关单元分别电性连接所述轴向检测模块(200)和所述进给量控制模块(300)；
所述开关单元通过动作模组(420)连接所述进给量控制模块(300)中的急停模组(320)。
3.根据权利要求1所述的一种高精度数控车床用精准定位系统，其特征在于，所述同轴度测距模块(100)包括蜂鸣报警单元(110)和用于导通所述蜂鸣报警单元(110)和所述电源模组(410)的电控连接器，所述电控连接器为常开连接器。
4.根据权利要求1所述的一种高精度数控车床用精准定位系统，其特征在于，所述轴向检测模块(200)包括红外检测单元(201)和停止单元(202)，所述红外检测单元(201)用于发射红外光束并指向刀具刀头，所述停止单元(202)连接所述反馈单元(421)。
5.根据权利要求4所述的一种高精度数控车床用精准定位系统，其特征在于，所述红外检测单元(201)还包括移动式水平测距仪，所述移动式水平测距仪跟随所述刀架和红外检测单元(201)移动并计算水平移动距离。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高精度数控车床用精准定位系统，其特征在于，所述高精度数控车床用精准定位系统还包括刀具磨损监控模块(500)，所述刀具磨损监控模块(500)包括进给补偿单元(501)，所述刀具磨损监控模块(500)安装在刀架上，所述进给补偿单元(501)用于在刀具被磨损后自动补偿切削量。
7.根据权利要求6所述的一种高精度数控车床用精准定位系统，其特征在于，所述刀具磨损监控模块(500)还包括脉冲测距单元(502)和气动单元(502)，所述脉冲测距单元(502)用于监控刀柄端部同刀头的距离，所述气动单元(502)在所述脉冲测距单元(502)监控到刀柄端部同刀头之间的距离变化时驱动刀具进给。
8.根据权利要求6所述的一种高精度数控车床用精准定位系统，其特征在于，所述高精度数控车床用精准定位系统还包括温度检测模块，所述温度检测模块(600)，所述温度检测模块安装在所述刀架上并对工件的表面温度检测；所述温度检测模块(600)同所述补偿单元(501)并与刀头贴合。
9.根据权利要求8所述的一种高精度数控车床用精准定位系统，其特征在于，所述温度检测模块(600)包括感温单元(601)、连接所述感温单元(601)的热膨胀单元(602)、以及连接所述热膨胀单元(602)的弹性伸缩单元(603)；
所述弹性伸缩单元(603)信号连接所述中央处理模块(400)。
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