数控车床对刀仪传感器的设计
陈养元;钟启茂
【摘 要】设计一个能在简易数控车床上使用的自动对刀仪,该对刀仪采用机械触发式传感器,通过控制车刀运动来触发传感器,PLC把传感器得到的信号传给数控系统,再由系统来进行相应的数据处理.采用这种新型的对刀仪,在经济型数控车床上可一次对出4把车刀的位置尺寸,能显著提高数控车床加工效率.本文详细分析了传感器的机械部分的设计结构与原理. 【期刊名称】《新技术新工艺》 【年(卷),期】2007(000)012 【总页数】4页(P52-55)
【关键词】经济型数控车床;设计结构;传感器;对刀仪;数控系统;机械部分;数据处理;位置尺寸
【作 者】陈养元;钟启茂
【作者单位】集美大学,福建,厦门,361010;集美大学,福建,厦门,361010 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术
实用技术与工艺装备数 控 车床 对 刀 仪 传 感 器 的设 计陈养 元 ， 钟启 茂（集 美大 学， 福建 厦 门 361010 ）摘 要 ：设计 一 个 能 在 简 易数控 车床 上 使 用的自动 对 刀 仪 ，该 对 刀 仪采用 机械 触 发 式传 感 器 ， 通过控 制 车 刀 运 动 来触 发 传 感 器 ，PLC 把 传 感 器 得 到 的 信 号传给数控 系统 ，再 由 系统 来
进 行 相 应 的 数据 处理 。 采 用 这 种 新 型 的 对 刀 仪 ，在 经 济型 数控 车床上 可 一 次 对 出 4 把 车 刀 的 位 置 尺 寸 ， 能 显 著提 高数控 车床加 工 效率 。 本 文详 细 分析 了传 感 器 的机械部 分 的设计 结 构 与 原 理 。简易数控车床 ， 由于 不具备位置检测功能 ，所 以 每次开机后 ，刀 具距离机 床零点 的位置是 随机 的 ，为 了确定 刀 具（ 起 刀 点 ） 在 机 床坐 标 系 中的 位 置 ，操 作 者只能通过试切用 卡尺测 量或通过刻度 盘读数来确 定 刀 具 的初 始位置 ， 即实现对零操作 ，从而 获取起刀 点在机床坐标 系 内的坐标值 。简易数控车床的刀 架上 ，通 常安装有多把刀 具 ， 且 由于刀 具类型不 同 ，加 上 安装时 的随机性 ，多把 车 刀的刀 尖位置是不一 致 的 ，需 一 把一 把 地 去 测 量 并 计算 出刀 补值 ，进 行对零操作 ， 以 便换 刀 时使程序能 继续运行 ，加工 出合格 的零件 。 可 见 ，手 动对刀 特别 麻烦 ，且容易 出现误差 。 而 对 于 需要 频 繁换 刀 的小 批量工件的加工 ，对 刀 与对零操作更会 增加 大 量 的 占机试切工时 ，使加工效率大大降低 ，这 也不利 于 实 现自动化加工 ，使数控机床的优势难 以发挥 。 使用对刀 仪能大大改善对刀 与对零操作的精度 与效率 ，表 1 所示 就是是 否使用 对 刀 仪 的 比较 。 可 见，使用对刀 仪的加工精度和效率都有 明显 的优势 。表 1 是否使 用对 刀 仪的 比较┏ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┓ ┃ ┃平均对一把┃检测与找正的辅助┃ ┃ ┃对刀精度效率刀所需时间时间占工作时间比┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ┫ ┃没翥 晏 鍪 篓 嚣 仪 o ． 03mm 以上 0min 35e%┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ┫ ┃安蔫 皇 鍪 篓 嚣 仪 o ． osmm 以下┃ ┃ 15?%┃ ┗ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┛ 1自动对 刀 仪 的分 析与设计自动对刀 仪是利用 数控车床外加 的监控检测设备按照数控 车床 自身 的 位置 测 量 系 统 来 进 行 工 作的 。作为数控车床用 的 自动对 刀 仪 ， 它是一 套独 立 的仪器 。 其研究设
计方 案 应 包括 ：对 刀 原 理 的研究 与实现 ；精 密机械 部 分 、 电气控 制 部分 的设 计 ；自动 对 刀 仪的操作方法 ；误差 与精度 的分析等。 精 密机械 部分是 自动对刀 仪 的 主体部分 ， 主 要 包括传感器 的设计 与联 接 臂 的设 计 ，其 中传感器 的 设计尤其关键 ，要 求 它 能适 应 内孔 车 刀 、 端 面 车刀 、 螺纹 刀 、 外圆车刀 等不 同刀 具和 不 同刀 偏角的刀 具 。 另外 ，传感器测 头 表面要有相 当高的硬度要求 ，不能 因为频繁 的撞击 而 使 其 表 面 产 生 小 的 凹 坑 ，影 响对 刀 仪的精度 。 当然 ，使用一段时间后 ，可 以对传感器 的测头进行修磨 ， 以 保证对 刀 仪 的对 刀 精度 。 传感 器设计还应保证其应 有 的精 度 要 求 ， 并 方 便安装 和 便于对各种 刀 具 的对准操作 。 2对 刀 仪传感 器 的设 计传感器是对刀 仪 的主 体结 构 ，传感器要 能满足不同车刀 的对刀 要 求 ，这 就要 求 对 刀 仪 的传感 器 要有 4 个 面可 以 测 量 车刀 的坐 标值 ，X 轴 负 向有 3 号与 4 号传感块 对 内孑 L车刀 ，其余车刀 用 X 轴 正 向的 1号 与 2 号传感块 实现 对 刀 （ 见 图 1 ） 。 根据 对 不 同 刀 具刀 偏角 的分析 ，确定 2 号 与 4 号 2 个 传感块 的 测头 面 与 Z 轴倾斜角为 22。 （ 见 图 1 ） ， 从而有效地实现 了对刀 仪对不 同刀 具 的 要 求 ，这 样 传感 器 的 主体形状便可 以 确定 出来 了 。 2.1 测 头 的设计 在 传感 器 技 术 中 ， 弹性 敏感元件用 于 力 的触发很 常见 。弹性敏感元件的作用是利用物体的弹性变形 ，把被测量 （ 力 、力矩或压力等） 变换成相应 的应变 或位移 。 它 属于传 感器组成 中的敏感元件 ，是将 被 测量值变换成 电量 的前提 ， 因此有极其重要 的作用 。 弹性敏感元件 的主要指标有刚度 和灵 敏度 。 刚度是 作用 在 弹性敏感元件上 的单位外力 与其引起 的变形 （应变 、 位移或转 角 ） 的 比值 ，一 般 用 K 表 示 。 灵 敏 度是刚度 的倒 数 ，表示 单 位力 产 生 变形 的大 小 。 一 般用 Sn表 示 。弹性 敏感 元 件 能 较 准 确地 表 示 力 、力矩或压力 的大小 。 但在 本 对 刀 仪 的设计 中， 弹性 件 的使用 只是
数控车床对刀仪传感器的设计
