数控高速自动对刀仪及应用该对刀仪的数控机床和应用于该数控机床的使用方法与流程

本发明涉及刀具对准设备领域，特别涉及一数控高速自动对刀仪及应用该对刀仪的数控机床和应用于该数控机床的使用方法。

背景技术：

随着数控机床的的普及及自动化生产要求的提升，机床对刀仪的运用越来越广泛。目前，不同的刀具尺寸规格，在数控设备使用过程中，需要统一工具坐标，以简化程序编制过程中的坐标变换。对刀是数控设备必须的操作过程，主要目的是测量数控加工过程中所注册使用的各种刀具之间的位置关系，并在数控系统中设定数据；数控系统会根据注册刀具号，自动补偿、修正刀具之间的位置坐标值，实现了统一的工具坐标系。

高精度的对刀结果，直接影响到产品的加工质量；高速、自动的对刀过程，能大幅减少数控设备的辅助工艺时间，产品的加工成本。

现在对刀操作中，主要有接触式对刀及非接触式对刀两种方法。

接触式对刀，在工作台上安装传统压力传感器对刀仪，通过手动控制刀具运动，让刀具与压力传感器接触，记录运动距离参数，计算每一把刀具的位置关系，再将数据手动输入数控系统。使用传统的压力传感器对刀，主要缺点就是效率低。在对刀过程中，每一把刀的运动都需要手动控制，较为费时；对操作者的技术熟练程度具有依赖性；测量的数据需要手动在数控系统上设置，容易出错。

非接触式对刀，主要利用激光对刀仪通过发射器和接收器的激光来对刀。在当刀具通过激光束时，接收器处的光强减弱，向控制器发出一个信号，记录当前机床位置，从而得出刀具尺寸(直径或长度)。激光对刀仪的对刀精度高，效率高，但是最大的缺点就是成本高，并且容易受到工作环境（比如：切削液、工件的遮挡等）的影响，而且激光对刀仪对设备操作者的技术要求更高。

因此，如何使得对刀仪能有效满足车刀的校准、测量，且具有成本低廉、受工作环境影响少等特点成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种数控高速自动对刀仪，能高速、高精度地自动完成对刀过程，该对刀仪具有受工作环境的影响少、对设备操作者的技术要求低、成本与激光对刀仪比较要低很多等特点。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种数控高速自动对刀仪，包括底座和控制器，其特征在于所述底座上设有用于测量刀具位置的测量臂和导轨，所述导轨上设有直线伺服电机，所述直线伺服电机带动测量臂在导轨上作直线往复运动，所述直线伺服电机与控制器电连接；

所述测量臂的末端上设有压力传感器，所述压力传感器接触到刀具后产生压力信号给控制器，所述控制器获取压力信号后停止移动测量臂并记录刀具（3）的位置坐标。

进一步地，所述底座为磁吸底座。

一种数控高速自动对刀仪的数控机床，其特征在于包括计算机、工作台、主轴箱、主轴立柱及刀库，所述主轴立柱设置在工作台上，所述主轴箱设置在主轴立柱内，所述刀库设置在主轴立柱的一侧，数控机床还包括上述如权利要求1或2所述的数控高速自动对刀仪，所述刀具与主轴箱相连且设置在主轴箱的底部，所述压力传感器的上端面正对刀具的底端，所述控制器与计算机通过数据接口连接。

一种应用于数控高速自动对刀仪的数控机床的使用方法,其特征在于：它包括以下顺次步骤：

（1）计算机通过数据接口，向数控机床发出换刀指令，调入基准刀具t0；

（2）数控高速自动对刀仪放置于数控机床的工作台上，并调整水平位置，使压力传感器位于刀具的底端的投影位置上，启用磁吸底座1，将数控高速自动对刀仪固定于数控机床的工作台上；

（3）计算机通过数据接口，发出“回零”指令给所述控制器，所述控制器接收指令后发出控制信号到直线伺服电机上，控制直线伺服电机垂直向下运动，直线伺服电机带动测量臂一并向下运动，从而使得压力传感器也向下运动并处于行程起点，直线伺服电机运动至最低点后停止运动并保持在最低点；

（4）计算机发出测量指令给所述控制器，所述控制器接收指令后发出控制信号到直线伺服电机上，控制直线伺服电机在最低点垂直向上运动，直线伺服电机带动测量臂一并向上运动，从而带动压力传感器与基准刀具的底端相抵触，当压力传感器与基准刀具的底端相抵触后，压力传感器产生压力信号并传输到控制器上，所述控制器经过运算后将位置坐标转化为位置信号，并通过控制器与计算机的数据接口将位置信号输出到计算机上，记录为z0；

（5）计算机向数控高速自动对刀仪发出“回零”指令，控制器接收指令后再次发出控制信号到直线伺服电机上，控制直线伺服电机再次垂直向下运动，直线伺服电机再次带动测量臂一并向下运动，从而使得压力传感器也向下运动并再次处于行程起点，直线伺服电机再次运动至最低点后停止运动并保持在最低点，延时后向数控机床发出换刀指令，调入下一把刀具t1；

（6）与步骤（4）的方法相同，测量并记录t1的位置z1，所述控制器通过运算后获得t1与基准刀具t0的位置差h1=（z1-z0），此数值即为t1对于t0的长度位置补偿值；

（7）计算机将h1发送给数控机床，设置为t1的长度位置补偿值；

（8）如果还需要测量其他刀具ti，返回步骤（5）继续测量并获得ti的长度位置补偿值hi；

（9）如果没有其他刀具需要测量，则完成工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为。

（1）本发明与传统的接触式对刀仪比较，通过计算机与控制器完成完整的对刀过程，无需人为干预，自动检测并自动计算刀具坐标偏置值，自动完成数控系统的刀具偏置值设置，每把刀具的测量时间减少50%，由于测量数据自动输入数控系统，减少人工输入，综合对刀效率提高60%。

（2）本发明对刀精度主要受压力传感器及直线伺服电机影响，减少了人工操作的误差，精度达到1微米，与传统的接触式对刀仪比较，对刀精度提高一个级别。

（3）本发明结构简单、成本低、效率高、自动化程度高，在同等精度的对刀仪中，有明显的低成本优势。

附图说明

图1是本发明关于数控高速自动对刀仪的结构示意图。

图2是本发明关于应用该数控高速自动对刀仪的数控机床的结构示意图。

图3是本发明的使用方法步骤流程图。

图中：

底座1、控制器2、刀具3、测量臂4、导轨5、压力传感器6、直线伺服电机7、工作台8、主轴箱9、主轴立柱10、刀库11、底端30、末端40、上端面60。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种数控高速自动对刀仪，包括底座1和控制器2，所述底座1上设有用于测量刀具3位置的测量臂4和导轨5，在本实施例中，所述底座1为磁吸底座，启动磁吸底座1后，可将整个数控高速自动对刀仪固定在机床上，便于对数控高速自动对刀仪的维修和更换。所述导轨5上设有直线伺服电机7，所述直线伺服电机7带动测量臂4在导轨5上作直线往复运动，所述直线伺服电机7与控制器2电连接，即所述控制器2则通过控制直线伺服电机7从而控制测量臂4的垂直运动，达到自动对刀过程，无需人为的干预。在本设计中，底座1起到支撑导轨5的作用，防止导轨5偏移，导轨5同时作为直线伺服电机7的支撑杆，防止直线伺服电机7掉落。所述测量臂4的末端40上设有压力传感器6，所述压力传感器6接触到刀具3后产生压力信号给控制器2，所述控制器2获取压力信号后停止测量臂4的移动并记录刀具3的位置坐标。

如图2所示，一种应用上述对刀仪的数控机床，包括计算机（图中未示出）、工作台8、主轴箱9、主轴立柱10及刀库11，所述主轴立柱10设置在工作台8上，所述主轴箱9设置在主轴立柱10内，所述刀库11设置在主轴立柱10的一侧，数控高速自动对刀仪的数控机床包括上述数控高速自动对刀仪，所述刀具3与主轴箱9相连且设置在主轴箱9的底部，所述压力传感器6水平设置且压力传感器6的上端面60正对刀具3的底端30，使得压力传感器6能准确地与刀具3抵触，保证对刀的准确率，所述控制器2与计算机通过数据接口连接，所述控制器2通过压力传感器6检测而记录每把刀具3的位置，即是每把刀具3的位置数据指令（即压力传感器6检测的数据）传输到计算机，此位置数据指令待于下次移动其它刀具3所用，具体而言，所述主轴立柱10收到计算机输出数据指令后（计算机将数据指令传输给控制器2，控制器2执行指令）可以在每次换刀后都可把新的刀具3移动到上一把刀具3所在的位置，使得新的刀具3可以在不用重新对刀的情况下得以继续进行工作，节省了对刀的时间，提高了数控机床的工作效率。

本发明的工作原理：初始状态时，计算机发出“回零”指令，所述控制器2执行计算机发出的指令，发出指令信号到直线伺服电机7上，直线伺服电机7接收到指令信号后向下运动，带动测量臂4直线向下移动至最低点（即测量臂4与底座1相抵触的位置），在测量臂4移动的同时所述压力传感器6也跟随测量臂4直线向下移动，也置于最低位置（行程起点）；当有刀具3置于主轴箱9的底部时，所述控制器2经计算机发出测量信号，所述直线伺服电机7收到测量信号后带动测量臂4在导轨5上垂直向上运动，所述压力传感器6跟随测量臂4一并垂直向上运动，当压力传感器6接触到刀具3的底端30时，所述压力传感器6产生压力信号并传输到所述控制器2上，控制器2获取压力信号后与计算机预设有的阈值对比后，发出停止指令让直线伺服电机7停止移动，并记录当前位置，即得到刀具3的底端30在垂直方向上的位置坐标，并由计算机记录保存，待刀库11更换刀具3后并再次置于主轴箱9的底部时，计算机把记录的数据重新输送给控制器2，由控制器2把上述位置坐标数据传输到主轴箱9上，使得更换后的刀具3的底端30回到上一把刀具3的底端30所在的位置，完成对刀工序。

如图3所示为本发明数控高速自动对刀仪的数控机床的使用方法,它包括以下顺次步骤。

（1）计算机（图中未示出）通过数据接口，向数控机床发出换刀指令，调入基准刀具t0；

（2）数控高速自动对刀仪放置于数控机床的工作台8上，并调整水平位置，使压力传感器6位于刀具3的底端30的投影位置上，启用磁吸底座1，将数控高速自动对刀仪固定于数控机床的工作台8上，如图2所示；

（3）计算机通过数据接口，发出“回零”指令给所述控制器2，所述控制器2接收指令后发出控制信号到直线伺服电机7上，控制直线伺服电机7垂直向下运动，直线伺服电机7带动测量臂4一并向下运动，从而使得压力传感器6也向下运动并处于行程起点，直线伺服电机7运动至最低点后停止运动并保持在最低点；

（4）计算机发出测量指令给所述控制器2，所述控制器2接收指令后发出控制信号到直线伺服电机7上，控制直线伺服电机7在最低点垂直向上运动，直线伺服电机7带动测量臂4一并向上运动，从而带动压力传感器6与基准刀具3的底端30相抵触，当压力传感器6与基准刀具3的底端30相抵触后，压力传感器6产生压力信号并传输到控制器2上，所述控制器2经过运算后将位置坐标转化为位置信号，并通过控制器2与计算机的数据接口将位置信号输出到计算机上，记录为z0；

（5）计算机向数控高速自动对刀仪发出“回零”指令，控制器2接收指令后再次发出控制信号到直线伺服电机7上，控制直线伺服电机7再次垂直向下运动，直线伺服电机7再次带动测量臂4一并向下运动，从而使得压力传感器6也向下运动并再次处于行程起点，直线伺服电机7再次运动至最低点后停止运动并保持在最低点，延时后向数控机床发出换刀指令，调入下一把刀具t1；

（6）与步骤（4）的方法相同，测量并记录t1的位置z1，所述控制器2通过运算后获得t1与基准刀具t0的位置差h1=（z1-z0），此数值即为t1对于t0的长度位置补偿值；

（7）计算机将h1发送给数控机床，设置为t1的长度位置补偿值；

（8）如果还需要测量其他刀具ti，返回步骤（5）继续测量并获得ti的长度位置补偿值hi；

（9）如果没有其他刀具需要测量，则完成工作。

综上所述，本发明通过计算机与控制器的互相工作，可实现。

（1）自动检测并自动计算刀具3的底端30在垂直方向上的位置坐标。

（2）通过计算机与控制器完成完整的对刀过程，无需人为干预。

（3）效率高、自动化程度高，在同等精度的对刀仪中，有明显的低成本优势。

本发明能提高现有对刀技术的对刀精度，并大幅提高对刀效率，实现数控设备上的高精度自动告诉对刀过程，在精密机械加工领域中具有技术及结构的创新性，具有良好的推广前景。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。