一種經(jīng)濟型數(shù)控車床自動對刀儀設(shè)計

陽夏冰

(武漢城市職業(yè)學院，湖北 武漢 430064)

0 引言

目前，國內(nèi)應(yīng)用數(shù)控車床的對刀儀器有2種：一種是手動對刀儀，另一種是自動對刀儀。手動對刀儀是當?shù)毒吲龅綄Φ秲x的測頭時，對刀儀的信號燈亮，此時手工記錄下屏幕上的刀具坐標即為刀具的實際的坐標。如哈爾濱先鋒機電技術(shù)開發(fā)有限公司開發(fā)的ETC-1M/2M，ETC-4M電子對刀器，系統(tǒng)利用數(shù)控系統(tǒng)實時坐標顯示功能在機床上實現(xiàn)刀具的X軸和Z軸方向的對刀，對刀時機床主軸不必轉(zhuǎn)動，操作簡單，有利于提高生產(chǎn)效率。但缺點是還需要操作者做記錄、運算、容易出錯，費時費力，所以應(yīng)用較少；另一種對刀儀是自動對刀儀，如德國的ZOLLER和美國的EX-CELL公司的產(chǎn)品，不僅能迅速進行掃描測量，而且能夠利用微機對刀庫進行管理。這種對刀儀技術(shù)較成熟，但價格太高，與其它機床的連接和調(diào)試比較專業(yè)，需要專門技術(shù)人員調(diào)試和使用，所以只有少數(shù)大企業(yè)才能使用。因此，有必要設(shè)計一種操作簡單價格便宜的數(shù)控車床自動對刀儀是很有必要的。

1 數(shù)控車床對刀儀的設(shè)計

利用數(shù)控系統(tǒng)的信號處理功能和宏程序編輯功能，結(jié)合自動對刀儀的機械原理設(shè)計了一套由對刀裝置、支架、自動檢測塊來實現(xiàn)自動對刀控制的全自動數(shù)控機床對刀儀。

1.1 對刀儀的外部結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 對刀儀結(jié)構(gòu)圖

主要有支架和對刀儀組件組成，支架主要由導(dǎo)軌底座1、支架2和夾子3組成，對刀儀組件主要由鎖緊裝置4、對刀儀底座5、對刀儀蓋子6、對刀棒7、卡簧8、卡槽9螺母10、彈簧11、螺桿12和軸承13組成。

支架作用：一是支撐對刀儀可以任意方向旋轉(zhuǎn)，二是方便了在機床上導(dǎo)軌安裝和平穩(wěn)運動；對刀儀組件作用一是通過對刀儀底座與支架的連接。二是通過卡簧、卡槽和軸承實現(xiàn)90°旋轉(zhuǎn)定位，當對刀儀轉(zhuǎn)到需要位置時，鎖棒下移銷子運動，鎖住鎖棒，完成定位。打開時鎖棒旋轉(zhuǎn)90°自動彈起，對刀儀可以自由旋轉(zhuǎn)。

1.2 對刀儀對刀原理

對刀系統(tǒng)由標準刀具、對刀裝置和對刀控制程序組成。配合機床數(shù)控系統(tǒng)使用，自動對刀儀由對刀接收信號電路和標準對刀棒組成。在安裝好對刀儀支架后，刀具在程序控制下沿著預(yù)先設(shè)計好的對刀路線去觸發(fā)傳感器開關(guān)并獲得刀尖在傳感器觸發(fā)時的坐標值，然后調(diào)用數(shù)據(jù)處理程序并計算這把刀的刀補值，然后沿著另一坐標方向繼續(xù)運動。對刀裝置上的傳感器具有較高的機械加工精度和重復(fù)定位精度，當傳感器被觸發(fā)時，其內(nèi)部會產(chǎn)生一個電信號使機床的跳轉(zhuǎn)信號為高。這時通過FUNAC程序中的G31指令控制機床停止進給，并將當前刀尖位置分別存放到#5061和#5062兩個變量中，供數(shù)據(jù)處理程序使用。

1.3 電路設(shè)計

根據(jù)FANUC系統(tǒng)PLC信號為24V有效，因此選擇PNP型傳感器，棕色線電源線接電柜中開關(guān)電源的24V，藍色線電源線接電柜中開關(guān)電源0V的GND，黑色信號線接繼電器板X8.5點位。當?shù)毒唠x傳感器比較遠的時候，黑色信號線中為0V，X8.5無信號，G31不會中斷；當?shù)毒呖拷鼈鞲衅骱螅谏盘柧€中信號變?yōu)?4V，X8.5有信號，G31被中斷，刀具就會停止運行，電路如圖2所示。

圖2 電路設(shè)計圖

1.4 程序設(shè)計

對刀儀的程序編寫思路是，編寫一個對刀可調(diào)用的程序，當對刀儀檢測到傳感信號后，系統(tǒng)可回到程序中預(yù)先設(shè)置的中斷點，對刀時只需有較少的人工介入，通過簡單的幾次按鍵，就能使程序能順利的記錄并處理數(shù)據(jù)，得到刀補值。與此同時，也能實現(xiàn)回到刀具起始點和自動旋轉(zhuǎn)刀架等一些簡單的自動化動作，以節(jié)省時間，提高對刀效率，具體程序如下。

......

G28 U0 W0

G00 Z-319，X-20

G98 G31 X-35 F80

M00

G00 Z-200

X-253

M00

G98 G31 Z-237 F80

G28 U0 W0

......

2 結(jié)語

通過制作樣品和實驗，使用自動對刀儀時只需要將工件及自動對刀儀裝夾好啟動程序便可以進行快速對刀。對刀1次時間不到1 min，手工對刀1次所需要時間5 min左右，大大縮短了課堂教學中的對刀時間。而且對刀準確，避免人工對刀失誤風險。另外對刀儀結(jié)構(gòu)簡單，成本低；經(jīng)過預(yù)算，該器械按批量生產(chǎn)每件成本不到1000元。現(xiàn)在市場上的一套完整的自動對刀儀至少需要萬元以上，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。兩者相比而言，該套自主研發(fā)的自動對刀儀比市場上的自動對刀儀更有優(yōu)勢，更好地滿足了市場的需求。