CN117655806B - 数控加工中心刀具磨损自动补偿装置及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数控加工中心刀具磨损自动补偿装置及补偿方法，包括机床机构和设置在所述机床机构上的刀具机构；所述机床机构包括外壳体、开设在所述外壳体上的安装槽；所述安装槽的内部还设置有驱动机构，所述驱动机构的一端安装有检测机构，所述检测机构包括伸缩气缸、安装在所述伸缩气缸一端的延长杆，所述延长杆的一端安装有激光测径仪，所述激光测径仪的一端安装有位移传感器。激光测径仪和位移传感器自行转动，可对刀具的不同方向和角度进行动态检测，在测量的过程中，刀具机构为固定状态，无须自身转动，防止刀具机构因磨损过大而甩出伤人，具有防护性。

Description

数控加工中心刀具磨损自动补偿装置及补偿方法

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，具体为数控加工中心刀具磨损自动补偿装置及补偿方法。

背景技术

在数控加工过程中，数控系统的实际控制对象是刀具中心或刀架相关点，数控系统通过直接控制刀具中心或刀架相关点的运动轨迹来间接的实现实际零件轮廓的加工。然而，实际刀具参与切削的部位是车刀的刀尖或铣刀的刀刃边缘，它们与刀具中心或刀架相关点之间存在着尺寸偏差，因此数控系统必须根据刀尖或刀刃边缘的实际坐标位置，即零件轮廓的实际坐标位置来计算出刀具中心或者刀架参考点的相对坐标位置，这种计算过程就成为刀具补偿。

如公告号为CN112207627B的一种数控加工中心刀具磨损自动补偿装置及补偿方法，所述数控加工中心刀具磨损自动补偿装置包括主轴、电动气缸和环形块，所述主轴一端设置在主轴箱内，另一端安装有刀柄，刀柄上安装有切削刀具，所述电动气缸轴线与主轴的轴线平行设置，电动气缸设置在主轴箱内部，电动气缸内设置有可以沿气缸体直线运动的推杆，所述推杆通过环形块与激光测径仪连接，所述环形块的一端设置有位移传感器，所述主轴箱靠近环形块一面设置有环形块收纳凹槽，该装置工作时采用动态测量，同时测得刀具直径和长度参数，通过传感器测得的刀具数据与标准数据比较来完成刀具自动补偿，这种方法原理易懂，装置结构简单，能节省大量人力和时间成本。

上述专利虽然能利用激光测径仪和位移传感器对刀具磨损的程度进行检测，但刀具磨损或偏转过度，均需要人工自行对刀具进行更换，若人工未能及时的更换而对刀具二次利用，则导致工件无法统一尺寸，较为浪费材料，且检测过程中刀具自转，对原本就损坏严重的刀具来说具有飞出的风险，危险系数大。

所以我们提出了数控加工中心刀具磨损自动补偿装置及补偿方法，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供数控加工中心刀具磨损自动补偿装置及补偿方法，以解决上述背景技术提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：数控加工中心刀具磨损自动补偿装置，包括机床机构和设置在所述机床机构上的刀具机构；

所述机床机构包括外壳体、开设在所述外壳体上的安装槽；

所述安装槽的内部还设置有驱动机构，所述驱动机构的一端安装有检测机构，所述检测机构包括伸缩气缸、安装在所述伸缩气缸一端的延长杆，所述延长杆的一端安装有激光测径仪，所述激光测径仪的一端安装有位移传感器；

所述延长杆的一端固定安装有导向机构，所述导向机构包括安装在所述延长杆上的连接杆和固定安装在所述连接杆上的转动轴，所述转动轴上转动安装有辊轴，所述辊轴上开设有凹槽；

所述机床机构还包括固定安装在所述安装槽一侧的挡板，所述安装槽的内部活动安装有安装板，所述安装板的一端固定安装固定块，所述固定块与所述安装槽内壁固定连接，所述机床机构的中部固定安装有主轴，所述主轴的上开设有限位孔；

所述刀具机构包括刀把和固定安装在所述刀把一端的刀头，所述刀把上转动安装有卡接块，所述卡接块与所述限位孔相适配，所述卡接块与所述刀把之间共同安装有第一弹性件；

所述驱动机构包括安装在所述安装槽内部固定套、固定安装在所述固定套外周的外齿圈，所述固定套与所述安装板固定连接，所述固定套上滑动安装有两个控制机构，两个所述控制机构上各安装有一个所述伸缩气缸；

所述控制机构包括安装罩、固定安装在所述安装罩内壁上的电机，所述电机的输出端安装有转轴，所述转轴上同轴安装有齿轮，所述齿轮与所述外齿圈啮合连接；

所述转轴上同轴安装有第一滑轮，所述第一滑轮与所述固定套外壁转动连接，所述安装罩的一端固定安装有支杆，所述支杆与所述固定套内壁固定连接，所述支杆的一端转动安装有第二滑轮；

两个所述安装罩之间共同安装有固定杆，所述两个所述安装罩的一端还安装有吹气机构，所述吹气机构包括除尘筒，所述除尘筒的一端连通有弯折管道，所述除尘筒的一端还安装有连接筒，所述连接筒上安装有风机；

所述辊轴两端部分的直径大于中间部分的直径，所述辊轴的中部还转动安装有弧形板，所述弧形板和所述辊轴之间共同安装有第二弹性件，所述弧形板与所述凹槽相对设置。

优选的，所述检测机构还包括套设在所述延长杆上的防护套，所述防护套的一端还固定安装有连接套，所述连接套上固定安装有安装套件，所述连接杆的一端与所述安装套件固定连接。

本发明还公开了数控加工中心刀具磨损补偿方法，其中：还包括以下步骤：

S01：在刀具机构在对工件进行加工之前，驱动伸缩气缸伸长，利用激光测径仪、位移传感器记录刀头的初始数据，检测的数据传输至数控加工中心处理器，并设定刀具磨损的阈值；

S02：加工后，再次驱动伸缩气缸伸长，激光测径仪、位移传感器实时监测刀头上的数据，检测的数据传输至数控加工中心处理器；

S03：开启电机，两个控制机构转动，使激光测径仪、位移传感器对刀具的不同方向和角度进行动态检测，数控加工中心处理器对多次数据进行比对；

S04：数控加工中心处理器结合当前首次记录的数据，计算出补偿类型和补偿值，最后对刀具进行自动补偿；

S05：当数据超过设定阈值，发出警报，提醒工作人员对刀头进行更换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在刀具机构在对工件进行加工之前，驱动伸缩气缸伸长，利用激光测径仪、位移传感器记录刀具机构的初始数据，对刀具机构至少进行三个检测，检测位置均不相同，以得出刀具机构初始数据，检测的数据传输至数控加工中心处理器，测量后，根据刀具机构自身的型号和尺寸，在数控加工中心处理器上设定刀具磨损的阈值，待刀具机构对工件进行多次加工后，需要激光测径仪、位移传感器下次对刀具机构进行测量，二次检测的数据传输至数控加工中心处理器，经过多次重复后，数控加工中心处理器对多次数据进行比对，并结合当前首次记录的数据，计算出补偿类型和补偿值，最后对刀具进行自动补偿，当数据超过设定阈值，发出警报，提醒工作人员对刀头进行更换。

2、辊轴两端部分的直径大于中间部分的直径，辊轴的中心部分开设有凹槽，使得辊轴中部的剖面为一个偏心圆结构，初始状态下，伸缩气缸为缩短状态，辊轴抵在主轴上，凹槽最深处与主轴接触，待伸缩气缸慢慢伸长，辊轴滚动在主轴上，凹槽的深度越来越浅，对主轴具有施力夹持的作用，对刀具机构起到了稳定的作用，减少了刀具机构因受高温而产生形变，增加了刀具机构的使用寿命。

3、本装置的激光测径仪和位移传感器自行转动，因此，在测量的过程中，刀具机构为固定状态，无需自身转动，防止刀具机构因磨损过大而甩出伤人，具有防护性。

4、风机开启后，两个弯折管道一个出气一个吸气，不仅可以吹走刀具机构表面的灰尘和碎屑，以提高测量数据的真实性，还可以对刀具机构的表面进行降温，极大程度上减少了高温而导致刀具机构的形变。

5、本装置的激光测径仪和位移传感器自行转动，因此，在测量的过程中，刀具机构为固定状态，无需自身转动，防止刀具机构因磨损过大而甩出伤人，具有防护性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体侧视图；

图3为本发明的图2中A-A截面图；

图4为本发明的主轴结构示意图；

图5为本发明的刀具机构结构示意图；

图6为本发明的驱动机构、检测机构结构示意图；

图7为本发明的吹气机构、导向机构结构示意图；

图8为本发明的辊轴截面图；

图9为本发明的整体系统框图。

图中：1、机床机构；11、外壳体；12、安装槽；13、挡板；14、安装板；15、固定块；2、刀具机构；21、刀把；22、刀头；23、卡接块；24、第一弹性件；3、主轴；4、驱动机构；41、固定套；42、外齿圈；43、控制机构；431、安装罩；432、电机；433、转轴；434、第一滑轮；435、齿轮；45、支杆；46、第二滑轮；5、检测机构；51、伸缩气缸；52、防护套；53、连接套；54、延长杆；55、激光测径仪；56、位移传感器；6、吹气机构；61、除尘筒；62、弯折管道；63、连接筒；64、风机；7、导向机构；71、安装套件；72、连接杆；73、转动轴；74、辊轴；75、凹槽；76、弧形板；77、第二弹性件；8、限位孔。

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。

实施例一：请参阅图1、图2、图3、图6、图7和图9，本发明提供一种技术方案数控加工中心刀具磨损自动补偿装置，包括机床机构1和设置在机床机构1上的刀具机构2。

机床机构1包括外壳体11、开设在外壳体11上的安装槽12。

安装槽12的内部还设置有驱动机构4，驱动机构4的一端安装有检测机构5，检测机构5包括伸缩气缸51、安装在伸缩气缸51一端的延长杆54，延长杆54的一端安装有激光测径仪55，激光测径仪55的一端安装有位移传感器56，位移传感器56型号为BIP AD2-T030-02-S4/30mm，激光测径仪55和位移传感器56用于测量刀具机构2磨损前后的直径，激光测径仪55用于测量刀具机构2磨损前后长度的变化。

在刀具机构2在对工件进行加工之前，驱动伸缩气缸51伸长，延长杆54、激光测径仪55、位移传感器56向着工件方向运动，直至激光测径仪55、位移传感器56移动至刀具机构2的最前端，利用激光测径仪55、位移传感器56记录刀具机构2的初始数据，再缩短伸缩气缸51，延长杆54、激光测径仪55、位移传感器56慢慢复位，过程中对刀具机构2至少进行三个检测，检测位置均不相同，以得出刀具机构2初始数据，检测的数据传输至数控加工中心处理器，测量后，根据刀具机构2自身的型号和尺寸，在数控加工中心处理器上设定刀具磨损的阈值。

待刀具机构2对工件进行多次加工后，需要激光测径仪55、位移传感器56下次对刀具机构2进行测量，二次检测的数据传输至数控加工中心处理器，经过多次重复后，数控加工中心处理器对多次数据进行比对，并结合当前首次记录的数据，计算出补偿类型和补偿值，最后对刀具进行自动补偿。

当数据超过设定阈值，发出警报，提醒工作人员对刀头22进行更换。

延长杆54的一端固定安装有导向机构7，导向机构7包括安装在延长杆54上的连接杆72和固定安装在连接杆72上的转动轴73，转动轴73上转动安装有辊轴74，辊轴74上开设有凹槽75。

辊轴74两端部分的直径大于中间部分的直径，辊轴74的中心部分开设有凹槽75，使得辊轴74中部的剖面为一个偏心圆结构，初始状态下，伸缩气缸51为缩短状态，辊轴74抵在主轴3上，凹槽75最深处与主轴3接触，待伸缩气缸51慢慢伸长，辊轴74滚动在主轴3上，凹槽75的深度越来越浅，对主轴3具有施力夹持的作用，对刀具机构2起到了稳定的作用，减少了刀具机构2因受高温而产生形变，增加了刀具机构2的使用寿命。

实施例二：请参阅图3－图5，机床机构1还包括固定安装在安装槽12一侧的挡板13，安装槽12的内部活动安装有安装板14，安装板14的一端固定安装固定块15，固定块15与安装槽12内壁固定连接，机床机构1的中部固定安装有主轴3，主轴3的上开设有限位孔8。

刀具机构2包括刀把21和固定安装在刀把21一端的刀头22，刀把21上转动安装有卡接块23，卡接块23与限位孔8相适配，卡接块23与刀把21之间共同安装有第一弹性件24。

在对刀具机构2进行安装的过程中，首先将刀具机构2的刀把21插入主轴3中部的孔中，卡接块23为倾斜机构，待其抵在主轴3的侧壁上时，卡接块23则压缩第一弹性件24，当其滑动至限位孔8的位置，卡接块23的上端没有束缚，在第一弹性件24复位作用下，卡接块23卡接在限位孔8中，即可完成对刀具机构2的安装，使用便捷。

实施例三：请参阅图3、图6和图7，驱动机构4包括安装在安装槽12内部固定套41、固定安装在固定套41外周的外齿圈42，固定套41与安装板14固定连接，固定套41上滑动安装有两个控制机构43，两个控制机构43上各安装有一个伸缩气缸51。

两个伸缩气缸51为两个驱动端，因此，两组激光测径仪55、位移传感器56可同时测量不同位置的刀具机构2，两组结果均被数控加工中心处理器收录。

控制机构43包括安装罩431、固定安装在安装罩431内壁上的电机432，电机432的输出端安装有转轴433，转轴433上同轴安装有齿轮435，齿轮435与外齿圈42啮合连接。

转轴433上同轴安装有第一滑轮434，第一滑轮434与固定套41外壁转动连接，安装罩431的一端固定安装有支杆45，支杆45与固定套41内壁固定连接，支杆45的一端转动安装有第二滑轮46。

开启电机432，转轴433、齿轮435即可转动，齿轮435沿着外齿圈42移动，可改变激光测径仪55、位移传感器56的位置，因此可周向的对不同位置的刀具机构2进行测量。

转轴433在转动的过程中，第一滑轮434和第二滑轮46分别转动安装在固定套41的两端，保证了齿轮435滑动的稳定性，也保证了激光测径仪55、位移传感器56的稳定性。

本装置的激光测径仪55和位移传感器56自行转动，因此，在测量的过程中，刀具机构2为固定状态，无需自身转动，防止刀具机构2因磨损过大而甩出伤人，具有防护性。

实施例四：请参阅图7，两个安装罩431之间共同安装有固定杆44，两个安装罩431的一端还安装有吹气机构6，吹气机构6包括除尘筒61，除尘筒61的一端还安装有连接筒63，连接筒63上安装有风机64，除尘筒61的一端连通有弯折管道62，弯折管道62设置有两个，两个均对着刀具机构2的方向，风机64开启后，两个弯折管道62一个出气一个吸气，不仅可以吹走刀具机构2表面的灰尘和碎屑，以提高测量数据的真实性，还可以对刀具机构2的表面进行降温，极大程度上减少了高温而导致刀具机构2的形变。

实施例五：请参阅图7和图8，检测机构5还包括套设在延长杆54上的防护套52，防护套52的一端还固定安装有连接套53，连接套53上固定安装有安装套件71，连接杆72的一端与安装套件71固定连接。

辊轴74两端部分的直径大于中间部分的直径，辊轴74的中部还转动安装有弧形板76，弧形板76和辊轴74之间共同安装有第二弹性件77，弧形板76与凹槽75相对设置。

待伸缩气缸51慢慢伸长，辊轴74滚动在主轴3上，待辊轴74的弧形板76挤压到主轴3时，弧形板76挤压第二弹性件77并靠近辊轴74，弧形板76转动至卡接块23处，卡接块23为凸起结构，弧形板76继续挤压第二弹性件77，对卡接块23不产生影响。

当刀具机构2形变过多，卡接块23随之一起被偏转，弧形板76被卡接块23完全挤压并贴合于主轴3，此时，卡接块23施力受阻，并回缩至限位孔8中，刀具机构2即可自动从主轴3中脱落，无需人工主动拆卸，使用便捷。

本实施例还公开了数控加工中心刀具磨损补偿方法：包括以下步骤：

步骤一：在刀具机构2在对工件进行加工之前，驱动伸缩气缸51伸长，利用激光测径仪55、位移传感器56记录刀头22的初始数据，检测的数据传输至数控加工中心处理器，并设定刀具磨损的阈值；

步骤二：加工后，再次驱动伸缩气缸51伸长，激光测径仪55、位移传感器56实时监测刀头22上的数据，检测的数据传输至数控加工中心处理器；

步骤三：开启电机432，两个控制机构43转动，使激光测径仪55、位移传感器56对刀具的不同方向和角度进行动态检测，数控加工中心处理器对多次数据进行比对；

步骤四：数控加工中心处理器结合当前首次记录的数据，计算出补偿类型和补偿值，最后对刀具进行自动补偿；

步骤五：当数据超过设定阈值，发出警报，提醒工作人员对刀头22进行更换。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.数控加工中心刀具磨损自动补偿装置，包括机床机构（1）和设置在所述机床机构（1）上的刀具机构（2）；

其特征在于，所述机床机构（1）包括外壳体（11）、开设在所述外壳体（11）上的安装槽（12）；

所述安装槽（12）的内部还设置有驱动机构（4），所述驱动机构（4）的一端安装有检测机构（5），所述检测机构（5）包括伸缩气缸（51）、安装在所述伸缩气缸（51）一端的延长杆（54），所述延长杆（54）的一端安装有激光测径仪（55），所述激光测径仪（55）的一端安装有位移传感器（56）；

所述延长杆（54）的一端固定安装有导向机构（7），所述导向机构（7）包括安装在所述延长杆（54）上的连接杆（72）和固定安装在所述连接杆（72）上的转动轴（73），所述转动轴（73）上转动安装有辊轴（74），所述辊轴（74）上开设有凹槽（75）；

所述机床机构（1）还包括固定安装在所述安装槽（12）一侧的挡板（13），所述安装槽（12）的内部活动安装有安装板（14），所述安装板（14）的一端固定安装固定块（15），所述固定块（15）与所述安装槽（12）内壁固定连接，所述机床机构（1）的中部固定安装有主轴（3），所述主轴（3）的上开设有限位孔（8）；

所述刀具机构（2）包括刀把（21）和固定安装在所述刀把（21）一端的刀头（22），所述刀把（21）上转动安装有卡接块（23），所述卡接块（23）与所述限位孔（8）相适配，所述卡接块（23）与所述刀把（21）之间共同安装有第一弹性件（24）；

所述驱动机构（4）包括安装在所述安装槽（12）内部固定套（41）、固定安装在所述固定套（41）外周的外齿圈（42），所述固定套（41）与所述安装板（14）固定连接，所述固定套（41）上滑动安装有两个控制机构（43），两个所述控制机构（43）上各安装有一个所述伸缩气缸（51）；

所述控制机构（43）包括安装罩（431）、固定安装在所述安装罩（431）内壁上的电机（432），所述电机（432）的输出端安装有转轴（433），所述转轴（433）上同轴安装有齿轮（435），所述齿轮（435）与所述外齿圈（42）啮合连接；

所述转轴（433）上同轴安装有第一滑轮（434），所述第一滑轮（434）与所述固定套（41）外壁转动连接，所述安装罩（431）的一端固定安装有支杆（45），所述支杆（45）与所述固定套（41）内壁固定连接，所述支杆（45）的一端转动安装有第二滑轮（46）；

两个所述安装罩（431）之间共同安装有固定杆（44），所述两个所述安装罩（431）的一端还安装有吹气机构（6），所述吹气机构（6）包括除尘筒（61），所述除尘筒（61）的一端连通有弯折管道（62），所述除尘筒（61）的一端还安装有连接筒（63），所述连接筒（63）上安装有风机（64）；

所述辊轴（74）两端部分的直径大于中间部分的直径，所述辊轴（74）的中部还转动安装有弧形板（76），所述弧形板（76）和所述辊轴（74）之间共同安装有第二弹性件（77），所述弧形板（76）与所述凹槽（75）相对设置。

2.根据权利要求1所述的数控加工中心刀具磨损自动补偿装置，其特征在于：所述检测机构（5）还包括套设在所述延长杆（54）上的防护套（52），所述防护套（52）的一端还固定安装有连接套（53），所述连接套（53）上固定安装有安装套件（71），所述连接杆（72）的一端与所述安装套件（71）固定连接。

3.根据权利要求2所述的数控加工中心刀具磨损自动补偿装置的补偿方法，其特征在于：还包括以下步骤：

S01：在刀具机构（2）在对工件进行加工之前，驱动伸缩气缸（51）伸长，利用激光测径仪（55）、位移传感器（56）记录刀头（22）的初始数据，检测的数据传输至数控加工中心处理器，并设定刀具磨损的阈值；

S02：加工后，再次驱动伸缩气缸（51）伸长，激光测径仪（55）、位移传感器（56）实时监测刀头（22）上的数据，检测的数据传输至数控加工中心处理器；

S03：开启电机（432），两个控制机构（43）转动，使激光测径仪（55）、位移传感器（56）对刀具的不同方向和角度进行动态检测，数控加工中心处理器对多次数据进行比对；

S04：数控加工中心处理器结合当前首次记录的数据，计算出补偿类型和补偿值，最后对刀具进行自动补偿；

S05：当数据超过设定阈值，发出警报，提醒工作人员对刀头（22）进行更换。