一種應用于數控銑削的自動對刀儀*

□ 王麗娜

天津中德應用技術大學 天津 300350

1 設計背景

數控銑削加工使用加工中心[1],加工中心中的刀具庫保證機床切削時能夠快速換刀,減少輔助加工時間,同時能夠減少工件的裝夾次數,保證加工精度與效率。刀具庫中的每一把刀具,其結構、尺寸都不相同,只有預先在數控系統中設置好每把刀具的長度和直徑方向的補償值,才能使數控編程簡單化。為此,測量每把刀具的補償值,是正確使用加工中心的基本工作,這項工作稱為對刀。近年來,隨著科學技術的發展,機械產品日趨精密,需要機床具有較強的適應能力。在數控銑削中對工件采用試切法或對刀塊進行對刀時,經常出現因操作設備不熟練而導致撞刀、損壞對刀塊的情況。此外,若采用試切法對刀,則雖然方法簡單,但是會在工件上留下痕跡,對刀精度較低,僅僅適用于工件粗加工時的對刀。采用手動法對刀,誤差較大,對于頻繁換刀的小批量生產工件,會增加工時,使加工效率偏低,不利于自動化加工,也使加工中心的優勢難以發揮。對此,筆者設計了一種應用于數控銑削的自動對刀儀[2-3],有效避免手動對刀造成的斷刀、精度低等問題,并且大幅提高加工效率。

2 對刀儀的作用

在工件的加工過程中,工件裝卸、刀具調整等輔助時間在加工周期中占相當大的比例[5]。其中,刀具的調整既費時費力,又不易準確,而且還需要試切。有統計資料表明,一個工件的加工,純機動時間大約只占總時間的55%,裝夾和對刀等輔助時間占45%。因此,對刀儀顯示出極大的優越性。若使用自動對刀儀,則校對標準刀具后,其它刀具相對于標準刀具的尺寸偏差會自動修正,得到各把刀具的位置補償值,可以有效提高加工精度,減少斷刀數量、毛坯廢料,避免對刀塊損壞,進而有效提高加工效率,降低生產成本[6-8]。

如何使對刀儀有效滿足銑刀的校準、測量,并且具有成本低廉、不易磨損的特點,是設計自動對刀儀的技術難點[9]。筆者設計了一種結構精巧、實用效果好、使用壽命長、成本低廉的接觸式自動對刀儀,專門應用于數控銑削[10]。這一自動對刀儀相比市場中的對刀儀,取材簡單,制作容易,造價低廉,實用效果較好。

3 自動對刀儀結構

應用于數控銑削的自動對刀儀的結構如圖1所示,對刀刀具如圖2所示。

▲圖1 自動對刀儀結構

▲圖2 對刀刀具

4 自動對刀儀使用方法

在實際使用自動對刀儀時,設置工件零點,將基準刀具移動至自動對刀儀正上方,并向下移動壓至對刀凸臺,發光二極管顯示燈點亮。設定機床顯示屏Z向坐標為零,基準刀具長度補償值為零。使用對刀刀具對刀時,將對刀刀具對正對刀凸臺,移動機床Z軸,使對刀刀具向下至發光二極管顯示燈點亮。通過設定宏程序對比基準刀具與對刀刀具的刀長差,由信號傳輸裝置寫入機床得到對應的對刀刀具位置補償值。

對刀的目的是建立工件坐標系,簡單而言,就是確立工件在加工中心工作臺中的位置,求出對刀點在工作臺坐標系中的坐標。采用立式加工中心時,在加工前要選擇對刀點。對刀點指刀具相對于工件運動的起點,既可以設置在工件上,如工件上的設計基準或定位基準,也可以設置為夾具或工作臺上的某一點,前提是該點必須與工件定位基準保持一定精度的尺寸關系。筆者設計的自動對刀儀是一種機床內部對刀儀,可自動檢測刀具長度,測量完成后直接反饋至機床。

5 結束語

筆者設計了應用于數控銑削的自動對刀儀,結合加工中心的特性,可以自動實現數控加工前的對刀,提高生產率,降低加工成本。另一方面,這一自動對刀儀可以提供最小且沒有側向扭轉的測量力,即使對于最敏感且直徑最小的刀具,也可以實現高精度測量。