數控機床自動(dòng)對刀儀的設計

    在數控加工中，工件坐標系確定之后，還必須確定刀位點(diǎn)在工件坐標系中的位置即對刀。目前，數控機床加工之前的對刀大多采用手動(dòng)試切，靠人工控制，因此準備工時(shí)長(cháng)、對刀精度不穩定。本文試探討在機床數控系統軟件支持下，增設一個(gè)相對獨立的自動(dòng)對刀程序模塊來(lái)實(shí)現簡(jiǎn)易的自動(dòng)對刀控制。

    一、自動(dòng)對刀系統及實(shí)現機理

    自動(dòng)對刀系統由對刀控制裝置和自動(dòng)對刀儀組成，配合機床數控系統使用。自動(dòng)對刀儀由對刀收信電路和標準對刀棒組成。對刀的工作原理是連續自動(dòng)進(jìn)給收信方式。這一過(guò)程是在編輯狀態(tài)下，由鍵盤(pán)發(fā)出對刀指令，經(jīng)對刀控制裝置識別處理后，傳給機床數控系統的指定驅動(dòng)單元，控制刀具向標準對刀棒表面自動(dòng)定位尋邊運動(dòng)。在刀尖觸及對刀棒表面的瞬間，傳感器上的高電平通過(guò)刀尖對地產(chǎn)生負跳變，該信號發(fā)向對刀控制裝置引起中斷程序控制機床數控系統伺服機構停止運動(dòng)：計算機提取該軸對刀基準點(diǎn)的坐標數據后及時(shí)后退一定的距離：然后沿另一坐標方向繼續作定位尋邊運動(dòng)，以便再次引起中斷并記取此軸對刀基準點(diǎn)的坐標數據，經(jīng)計算后作為預設工件坐標系的零點(diǎn)。

    二、自動(dòng)對刀儀

    自動(dòng)對刀儀的標準對刀棒是作為對刀尺寸基準的傳感部件，由芯軸、絕緣套、對刀圈三部分組成。對刀圈結構應根據車(chē)削與鎖銑加工的對刀方式不同，采用不同的設計。

    1．數控車(chē)床用對刀儀

    應充分考慮車(chē)刀的多樣性及其測量誤差對加工精度的影響。故將對刀圈設計成具有外圓、內孔及內外錐面的四個(gè)測量表面。它們分別用于對外圓車(chē)刀、內孔車(chē)刀和端面車(chē)刀等刀具進(jìn)行刀位點(diǎn)的位置測量。其對刀操作步驟非常便捷，先用點(diǎn)動(dòng)方式將車(chē)刀移至對刀圈外圓附近，然后直接啟動(dòng)自動(dòng)對刀程序，刀具便進(jìn)行自動(dòng)對刀運動(dòng)。該對刀儀在開(kāi)環(huán)數控車(chē)床上使用時(shí)，應考慮消除傳動(dòng)間隙所產(chǎn)生的對刀誤差。為此可在流程圖中插入消隙過(guò)程，即當刀具按照指定要求后退x′ 以后，再讓其沿X軸前進(jìn)一個(gè)△x的距離（△x < x′)，然后執行下一步流程。

    2．加工中心用對刀儀

    需要鏜銑加工的零件，特別是孔類(lèi)零件，其對刀方式通常是利用已加工的定位孔或基準線(xiàn)、面作為定位基準。批量生產(chǎn)中，工件采用夾具進(jìn)行定位安裝，常用的定位方式是“一面兩銷(xiāo)”或“兩面一銷(xiāo)”方式。以立式數控銑床為例，夾具在Z坐標的位置基本上是通過(guò)加工程序來(lái)確定的，因此，只要在XY平面上找到定位塊的定位基準坐標后，將對刀取得的基準點(diǎn)坐標數據經(jīng)一定計算后作為預設工件坐標系的原點(diǎn)（用G54等指令確定）即可。所示的是針對“兩面一銷(xiāo)”定位形式的夾具對刀方法。其尋邊方式是：先用基準直徑為D的標準對刀棒找到X向定位塊的右邊界，記下此時(shí)X軸坐標值x0，在保持Y坐標不變的情況下按X為－向后退一個(gè)給定值x′，然后沿Y軸向下尋邊找到Y坐標定位銷(xiāo)的上邊界，記下此時(shí)Y軸坐標值)y0，則即為確定的工件坐標系原點(diǎn)。該種對刀棒的傳感元件僅需一個(gè)外圓測量表面，用于對線(xiàn)面一類(lèi)的定位元件進(jìn)行位置測量。在設計對刀棒時(shí)，應根據機床主軸內錐孔的大小，采用不同的組裝結構。

    三、自動(dòng)對刀儀的定位精度分析

    從理論上講，自動(dòng)對刀儀由于采用電信號位置檢測，能使對刀誤差控制在一步(0.005~0.01 mm )之內。但實(shí)際上所能得到的測量精度不完全取決于所配套數控系統的分辨率，還和機床傳動(dòng)系統誤差和對刀棒的幾何形狀、加工精度和裝配質(zhì)量等因素有關(guān)對于機床傳動(dòng)誤差（主要指車(chē)床開(kāi)環(huán)控制系統），可通過(guò)軟件來(lái)控制消除機床傳動(dòng)間隙的影響；在標準對刀棒的設計和制造過(guò)程中應充分注意測量精度的要求，嚴格控制加工與裝配誤差，保證對刀精度。