一种经济型数控车床自动对刀仪设计

阳夏冰

(武汉城市职业学院，湖北 武汉 430064)

0 引言

目前，国内应用数控车床的对刀仪器有2种：一种是手动对刀仪，另一种是自动对刀仪。手动对刀仪是当刀具碰到对刀仪的测头时，对刀仪的信号灯亮，此时手工记录下屏幕上的刀具坐标即为刀具的实际的坐标。如哈尔滨先锋机电技术开发有限公司开发的ETC-1M/2M，ETC-4M电子对刀器，系统利用数控系统实时坐标显示功能在机床上实现刀具的X轴和Z轴方向的对刀，对刀时机床主轴不必转动，操作简单，有利于提高生产效率。但缺点是还需要操作者做记录、运算、容易出错，费时费力，所以应用较少；另一种对刀仪是自动对刀仪，如德国的ZOLLER和美国的EX-CELL公司的产品，不仅能迅速进行扫描测量，而且能够利用微机对刀库进行管理。这种对刀仪技术较成熟，但价格太高，与其它机床的连接和调试比较专业，需要专门技术人员调试和使用，所以只有少数大企业才能使用。因此，有必要设计一种操作简单价格便宜的数控车床自动对刀仪是很有必要的。

1 数控车床对刀仪的设计

利用数控系统的信号处理功能和宏程序编辑功能，结合自动对刀仪的机械原理设计了一套由对刀装置、支架、自动检测块来实现自动对刀控制的全自动数控机床对刀仪。

1.1 对刀仪的外部结构设计

图1 对刀仪结构图

主要有支架和对刀仪组件组成，支架主要由导轨底座1、支架2和夹子3组成，对刀仪组件主要由锁紧装置4、对刀仪底座5、对刀仪盖子6、对刀棒7、卡簧8、卡槽9螺母10、弹簧11、螺杆12和轴承13组成。

支架作用：一是支撑对刀仪可以任意方向旋转，二是方便了在机床上导轨安装和平稳运动；对刀仪组件作用一是通过对刀仪底座与支架的连接。二是通过卡簧、卡槽和轴承实现90°旋转定位，当对刀仪转到需要位置时，锁棒下移销子运动，锁住锁棒，完成定位。打开时锁棒旋转90°自动弹起，对刀仪可以自由旋转。

1.2 对刀仪对刀原理

对刀系统由标准刀具、对刀装置和对刀控制程序组成。配合机床数控系统使用，自动对刀仪由对刀接收信号电路和标准对刀棒组成。在安装好对刀仪支架后，刀具在程序控制下沿着预先设计好的对刀路线去触发传感器开关并获得刀尖在传感器触发时的坐标值，然后调用数据处理程序并计算这把刀的刀补值，然后沿着另一坐标方向继续运动。对刀装置上的传感器具有较高的机械加工精度和重复定位精度，当传感器被触发时，其内部会产生一个电信号使机床的跳转信号为高。这时通过FUNAC程序中的G31指令控制机床停止进给，并将当前刀尖位置分别存放到#5061和#5062两个变量中，供数据处理程序使用。

1.3 电路设计

根据FANUC系统PLC信号为24V有效，因此选择PNP型传感器，棕色线电源线接电柜中开关电源的24V，蓝色线电源线接电柜中开关电源0V的GND，黑色信号线接继电器板X8.5点位。当刀具离传感器比较远的时候，黑色信号线中为0V，X8.5无信号，G31不会中断；当刀具靠近传感器后，黑色信号线中信号变为24V，X8.5有信号，G31被中断，刀具就会停止运行，电路如图2所示。

图2 电路设计图

1.4 程序设计

对刀仪的程序编写思路是，编写一个对刀可调用的程序，当对刀仪检测到传感信号后，系统可回到程序中预先设置的中断点，对刀时只需有较少的人工介入，通过简单的几次按键，就能使程序能顺利的记录并处理数据，得到刀补值。与此同时，也能实现回到刀具起始点和自动旋转刀架等一些简单的自动化动作，以节省时间，提高对刀效率，具体程序如下。

......

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 结语

通过制作样品和实验，使用自动对刀仪时只需要将工件及自动对刀仪装夹好启动程序便可以进行快速对刀。对刀1次时间不到1 min，手工对刀1次所需要时间5 min左右，大大缩短了课堂教学中的对刀时间。而且对刀准确，避免人工对刀失误风险。另外对刀仪结构简单，成本低；经过预算，该器械按批量生产每件成本不到1000元。现在市场上的一套完整的自动对刀仪至少需要万元以上，而且结构复杂。两者相比而言，该套自主研发的自动对刀仪比市场上的自动对刀仪更有优势，更好地满足了市场的需求。