经济型数控车床自动对刀的设计与实现

摘 要：为了解决经济型数控车床存在的对刀问题，本文借助于一对刀模块，设计了一种自动对刀方法。理论和实验结果表明，该对刀方法，不仅提高了对刀精度和效率，而且具有快速、准确、一致性好和使用方便等优点。

关键词：对刀模块 自动对刀 精度 效率 一致性

中图分类号：TG5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0067-01

目前经济型数控车床对刀一般大都采用机械对刀仪、光学对刀仪、试切法等机械方法对刀，普遍存在以下缺点：一是要依靠人工来测定刀尖的位置，工作可靠性不高，效率低；二是由于操作者技术水平不同，对刀精度一致性差。为此本文设计了一种新型的自动对刀方法，较好地解决了上述问题。

1 自动对刀的设计与实现

1.1 自动对刀的工作原理

自动对刀是借助于一对刀模块，在相应的对刀程序控制下自动实现对刀。

1.2 自动对刀的程序设计（如图1）

在设计对刀程序时，首先设定了第一把刀的刀尖基准位置点T1。对刀时，首先通过点动按钮把第一把刀移到对刀模块的附近，假定为图中的A点。程序控制工作过程有以下几点。

（1）从A点开始，X向步进电机动作，刀架沿一X向进给，同时步进电机每进给一步，对刀程序不断检测有无“基准位置”信号。若无，继续上述动作。若有，立即停止刀架运动，假设此时的刀具与对刀模块的接触点为图中的B点。在此运动过程中，由于刀架的进给速度较慢，惯量小，因此能立即停止刀架的运动，而不损坏刀具。

（2）从对刀模块接触点B开始，让刀架快速沿十X向退回一设定的距离X0，此时刀xcz5nHy7FaifLojN31OT1Q==尖到达图中的C点，即BC=X0，停止刀架的运动。

（3）从C点开始，Z向电机动作，刀架沿一Z向运动，同时电机每进给一步，对刀程序不断检测有无“基准位置”信号。若无，继续上述动作。若有立即停止刀架运动，假定此时刀具与对刀模块的接触点为图中的D点。

（4）从D点开始，让刀架沿+Z向快速退回一设定的距离Z0，此时到达图1中的T1点，即DT1=Z0。

综上所示，对刀程序自动设定了第一把刀的刀尖基准位置点T1。由于各把刀是装在同一刀架上，其拖板的运动是一致的，若将第一把刀的工作过程来定第二把刀，势必导致破坏第一把刀的基准位置。为了解决此问题，采用了下述的工作过程，既能保持第一把刀的基准位置，又能检测它们之间的相对位置差值。这里以第二把刀为例来说明其工作过程。

首先通过调用自动回转刀架子程序，把第二把刀换到前面来，假定此时的第二把刀的刀尖位置点为图1中的T2点。只要能够测出T2点的坐标值，就可得到第二把刀与第一把刀的相对位置的偏差ΔX和ΔZ的大小与方向。程序控制的工作过程如下。

（1）从T2点开始，让刀架沿—X向运动，步进电机每进给一步，计数器计数一次，同对刀程序不断检测有无“基准位置”信号。若无，继续上述动作。若有，立即停止刀架的运动，同时计数器的计数工作停止。假设此时的刀具与对刀模块的接触点为图示的E点，此时的计数器内容即为T2E这段距离。

（2）从E点开始，刀架沿+X向快速退回FT2这段距离，即FT2=X0，到达图中的F 点。接着把第一把刀的基准位置X向坐标值X0与计数器记录的距离T2E相减，则得到第二把刀相对于第一把刀的相对位置偏差ΔX的大小与方向，并存贮在相应的刀具补偿存贮单元中。

（3）从F点开始，Z向电机动作，刀架沿—Z向运动，电机每进给一步，计数器计数一次，同时对刀程序不断检测有无“基准位置”信号。若无，继续上述动作。若有立即停止刀架运动，同时计数器的计数工作停止。假定此时的刀具与模块的接触点为图示的D点，计数器的内容即为FD这段距离。

（4）从D点开始，让刀架沿+Z向快速退回计数器记录的距离FD，刀尖重新回到F点。接着把第一把刀的基准位置Z向坐标值Z0与第二把刀的计数器记录的距离FD相减，则得到第二把刀相对于第一把刀的相对位置偏差ΔZ的大小与方向，并存贮在相应的刀具补偿存贮单元中。

（5）从F点开始，刀架沿+X向快速退回FT2这段距离，即FT2=ΔX，到达图中的T2 点，使刀架重新回到原位。

综上所述，对刀程序自动测出了第二把刀相对于第一把刀的相对位置偏差ΔX和ΔZ的大小和方向，并存放于相应地刀具补偿单元中。

2 对刀精度及其实验分析

从上述的对刀控制程序可知，首先设定了第一把刀的基准位置，其它各把刀采用“步进计数”的方法即步进电机每进给一步，计数器计数一次，同时对刀程序不断检测有无“基准位置”信号，一旦检测到此信号，立即停止刀架的运动，同时计数器的计数工作也停止，此时的计数器记录的距离与第一把刀设定的距离相差，则可求出其偏差的大小和方向。因此从理论上说，电接触法自动对刀的对刀精度应该不大于1个脉冲当量，为了验证理论的正确性，作了如下的实验，并进行了分析。

对自动对刀方法的重复测量次数和偏差值。以X向步进计数来说明，其电机的脉冲当量为0.005 mm/步。对Z向步进计数与此相同，在此省略。从中可知，重复测量时，数值变化不大，只有1个脉冲差值（0.005 mm），符合理论要求，而且一致性较好。最后我们再用试切工件的方法测得第二把刀相对第一把刀的横向偏差ΔX为2.99 mm，而用自动对刀方法测出的偏差也为2.99 mm，由此可知，自动对刀方法是可行的，符合实际情况。此外，自动对刀方法测出四把刀的偏差只要3 min时间，而普通的试切工件的方法大约要30 min时间。

综上所述，本文设计的自动对刀方法，较好地解决了对刀精度和效率问题，具有快速、准确、一致性好和使用方便等优点，可适用于切削机床的各种刀具，如右偏刀、切槽刀、切断刀、内孔车刀、螺纹刀等，对装刀时各把刀的相对位置无要求，具有广泛的适用性。

参考文献

[1]罗敏.双刀架曲轴数控车床自动对刀程序设计[J].制造技术与机床，2010（5）：27-30.

[2]黄炳辉.浅析普通车床中自动对刀仪相关技术问题[J].中国现代教育装备，2010（9）：69-71.