一种接触反馈式测量装置以及数控机床的制作方法

本发明涉及机械加工、数控机床和测量仪器的技术领域，特别涉及一种接触反馈式测量装置以及数控机床。

背景技术：

数控机床的加工测量包括对刀与寻边两个步骤，目的是确定待加工工件在机床坐标系中的位置，建立加工程序运行所需要的工件坐标系。一般的对刀过程使用z轴对刀仪，寻边的过程使用寻边器或分中棒。对上述测量装置而言，并不能同时完成对工件的对刀和寻边的过程，且进行加工测量时需要人工操作，测量步骤繁琐，重复测量精度不稳定。现有技术中已有在数控机床上使用触发式测头进行加工测量，该装置使用精密测头的微量位移作为测量触发信号，通过红外或无线信号发送接触信号到数控系统来记录测量位置，测量精度稳定、效率高，但造价昂贵，难以在一般的数控机床中普及使用。

检索发现，中国专利文献号cn107984299a公开一种自适应的精密加工自动对刀系统及方法，用于精密机械加工领域的自动对刀，该方法利用磁吸在机床工作台上带有压电陶瓷振动感知传感器的对刀装置进行在线自适应自动对刀，能适应多种精密加工的对刀场合。但是，该技术所公开的对刀装置包含复杂的传感元件和电路，且需要在数控系统中编制专用的检测软件系统，并不适用于在一般数控机床上推广。

通过对现有技术的分析发现，现有的数控机床自动测量装置多数不能同时实现工件的对刀和寻边两个功能，且实现测量的原理依靠精密的传感系统，造价昂贵，难以向一般数控机床领域推广。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种接触反馈式测量装置以及数控机床，旨在解决现有数控机床测量装置成本高、功能单一且自动化水平较低的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种接触反馈式测量装置，用于数控机床，包括：

测量装置，包括座体和测量触头，所述测量触头可活动地安装于所述座体，用于与工件的待测区域接触以进行对刀测量和寻边测量；

接触反馈装置，与所述测量触头电性连接，用以在所述测量触头与所述待测区域接触时产生电信号；以及，

控制装置，与所述接触反馈装置电性连接，用以根据所述电信号，获得所述待测区域的测量信息。

优选地，所述座体内部形成有让位腔，所述让位腔的下端壁开设有让位孔；

所述测量触头沿上下向可弹性伸缩地安装于所述让位孔，用以对所述工件进行对刀测量，以及所述测量触头的上端可转动地安装于所述让位孔，以使得所述测量触头可朝向所述让位腔下端壁的方向转动、以及远离所述让位腔下端壁的方向转动，用于对所述工件进行寻边测量。

优选地，所述接触反馈装置包括：

电控组件，具有第一输入端、第二输入端以及输出端，其中，所述第一输入端与所述测量触头电性连接，所述第二输入端用以与所述工件电性连接，所述输出端与所述控制装置电性连接；以及，

电源，与所述电控组件电性连接，用以为所述电控组件提供电力。

优选地，所述接触反馈装置还包括：

导电壳体，所述导电壳体内部形成有相互连通的上腔段和下腔段，所述电源安装于所述上腔段，所述电控组件安装于所述下腔段；

其中，所述电源的正极或者负极的其中之一电性连接于所述电控组件的第二输入端，另一电性连接所述导电壳体，用以通过所述导电壳体电性连接至所述工件；

所述导电壳体的一侧壁上开设有接线部，以使得所述输出端经所述接线部可与所述控制装置电性连接。

优选地，所述测量触头的上端侧面向外凸设形成有环形止挡部，所述环形止挡部的下端面自下至上呈直径渐增的圆弧面设置；

所述让位孔包括靠近所述让位腔设置的导向孔段，所述环形止挡部可沿上下向伸缩地安装于所述导向孔段，以及所述环形止挡部可转动地安装于所述导向孔段，所述导向孔段的形状适配于所述环形止挡部设置。

优选地，所述测量装置还包括伸缩驱动组件，所述伸缩驱动组件包括：

导电端板，盖合所述让位腔的上端设置；

推板，所述推板沿上下向可滑动地安装于所述让位腔，且所述推板的下端面与所述环形止挡部的上端面相抵接；以及，

弹性件，安装于所述导电端板以及所述推板之间，用以带动所述测量触头的伸缩和转动；

其中，所述测量触头电性连接于所述导电端板。

优选地，所述接触反馈式测量装置还包括绝缘连接件，所述绝缘连接件设于所述测量装置和所述接触反馈装置之间，且所述绝缘连接件的上端用于连接所述接触反馈装置，下端用于连接所述测量装置；

所述绝缘连接件设有沿上下向贯设的导电通道，以使得所述电控组件的第一输入端经所述导电通道可与所述导电端板电性连接。

优选地，所述接触反馈装置包括：

压力传感器，所述压力传感器的检测面朝向所述测量触头设置，用以在所述测量触头接触所述检测面时产生压力信号；

所述压力传感器的输出端与所述控制装置电性连接。

此外，本发明还提供一种数控机床，包括：

如上所述的接触反馈式测量装置；以及，

机床主体，包括机床主轴，所述机床主轴驱动连接于所述测量装置。

优选地，所述数控机床还包括：

标准刀柄，用于将所述测量装置安装至所述机床主轴。

本发明提供的技术方案中，通过设置测量触头的活动可实现对工件的对刀测量和寻边测量两种模式的自由切换，且起到缓冲接触的功能；另外，当测量触头与工件的待测区域接触时即可触发接触反馈装置产生电信号，从而自动进行测量信息的获取，相较于现有数控机床的测量活动，可有效克服对人工测量的过度依赖，且无需配置过多复杂的元器件，具有成本低廉、自动化程度高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的数控机床的一实施例的部分结构示意图；

图2为图1中的接触反馈式测量装置安装于标准刀柄的结构示意图；

图3为本发明提供的接触反馈式测量装置的第一实施例的剖面结构示意图；

图4为图3中接触反馈式测量装置的部分硬件环境结构示意图；

图5为图3中电控组件的结构示意图；

图6为图3接触反馈式测量装置在初始状态下的部分结构示意图；

图7为图3接触反馈式测量装置在对刀测量时的部分结构示意图；

图8为图3接触反馈式测量装置在寻边测量时的部分结构示意图；

图9为本发明提供的接触反馈式测量装置的第二实施例的部分结构剖面示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种数控机床，请参阅图1至图2，为本发明提供的数控机床的一实施例。

请参阅图1，本发明提出一种数控机床，所述数控机床包括接触反馈式测量装置100以及机床主体200，其中，所述机床主体200包括机床主轴201，所述机床主轴201驱动连接于所述测量装置1，所述机床主体200还可以包括机床架体(附图未标示)以及伺服驱动系统(附图未标示)，所述机床架体用于形成支撑结构以固定所述数控机床的至少部分设备以及零部件，所述伺服驱动系统用以驱动连接所述机床主轴201，以带动所述测量装置1进行所需的进给运动。需要说明的是，所述机床架体和所述伺服驱动系统可根据需要采用现有产品或者自行设置，此处不作限制。另外，所述数控机床还包括控制系统，所述控制系统用于逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并发出各种控制信号，控制数控机床的动作，可参考现有技术，此处不作详述。

所述测量装置1可设置为固定安装于所述机床主轴201，但此种方案不具通用性，且影响后续刀具的自动切换动作；而在本实施例中，请参阅图1和图2，所述数控机床还包括标准刀柄300，用于将所述测量装置1安装至所述机床主轴201。如此设置，使所述测量装置1可适配于加工中心的标准刀库，实现对刀测量、寻边测量、加工的自动化切换，且通用于多种数控机床，无需专门配置特定测量装置1，有利于节约经济成本。

此外，本发明提出一种接触反馈式测量装置，请参阅图3至图9，为本发明提供的接触反馈式测量装置的具体实施例。

请参阅图3和图4，在本实施例中，所述接触反馈式测量装置100包括测量装置1、接触反馈装置2以及控制装置3，其中，所述测量装置1包括座体11和测量触头12，所述测量触头12可活动地安装于所述座体11，所述测量触头12用以与工件400的待测区域接触以进行对刀测量和寻边测量，其中，所述待测区域对应测量功能的不同而设置不同，例如，当所述测量装置1需要对所述工件400进行对刀测量，也即需要对所述工件400进行指定点的坐标采集时，所述待测区域对应为所述工件400上的待测点区域；当所述测量装置1需要对所述工件400进行寻边测量，也即需要对所述工件400进行指定棱边的测量信息采集时，所述待测区域即对应为所述工件400上的待测棱边区域。所述接触反馈装置2与所述测量触头12电性连接，用以在所述测量触头12与所述待测区域接触时产生电信号，其中，所述接触的具体表现形式不作限定，例如，可以是不产生明显作用力的接触，也可以是产生一定作用力的按压接触或者拉伸接触。所述控制装置3分别与所述测量装置1、所述接触反馈装置2电性连接，用以根据所述电信号，获得所述待测区域的测量信息。需要说明的是，所述控制装置3可以独立设置于所述接触反馈式测量装置100，然后与所述数控机床的控制系统进行通讯连接，仅用以实现与所述接触反馈式测量装置100有关的功能；所述控制装置3也可以直接集成于所述控制系统并融合为整体，辅助进行所述数控机床的统一控制。

本发明提供的技术方案中，通过设置测量触头12的活动可实现对工件400的对刀测量和寻边测量两种功能的自由切换；且当测量触头12与工件400的待测区域接触时即可触发接触反馈装置2产生电信号，从而自动进行测量信息的获取，相较于现有数控机床的测量活动，可有效克服对人工测量的过度依赖，且无需配置过多复杂的元器件，具有成本低廉、自动化程度高的优点。

需要说明的是，此处对所述测量触头12的活动形式不作限制，可对应测量功能设置所述测量触头12沿任一方向直线移动、绕任一方向轴转动、或者进行多种复合形式的运动等，用以对该方向的接触进行缓冲。而在本实施例中，所述座体11内部形成有让位腔111，所述让位腔111的下端开设有让位孔112；所述测量触头12沿上下向可弹性伸缩地安装于所述让位孔112，用以对所述工件400进行对刀测量；以及，所述测量触头12的上端可转动地安装于所述让位孔112，以使得所述测量触头12可朝向所述让位腔111下端壁的方向转动、以及远离所述让位腔11下端壁的方向转动，用以对所述工件400进行寻边测量，所述测量触头12的下端向下伸出于所述让位孔112。,相较于现有直接将所述测量触头12固定设置在所述座体11的技术方案，本实施例中，通过所述测量触头12在所述让位腔111以及所述让位孔112内可活动的设置，使得所述测量触头12对所述工件400的接触具有缓冲功能，避免对所述工件400进行直接的刚性接触。并且，所述测量触头12的活动设置为不影响所述数控机床的测量准确度为宜，例如，设置所述测量触头12的活动行程在所述数控机床可允许的测量误差范围内。

进一步地，请参阅图4和图5，在本发明的第一实施例中，设定所述测量触头12与所述待测区域瞬间接触即可产生所述电信号。具体地，所述接触反馈装置2包括电控组件21和电源22，其中，所述电控组件21具有第一输入端21a、第二输入端21b以及输出端21c，其中，所述第一输入端21a与所述测量触头12电性连接，所述第二输入端21b用以与所述工件400电性连接，所述输出端21c与所述控制装置3电性连接，当所述第一输入端21a与第二输入端21b未导通连接，也即所述测量触头12与所述工件400未接触时，所述电控组件21为断路状态，不产生设定的电信号；而当所述第一输入端21a与第二输入端21b导通连接，也即所述测量触头12与所述工件400接触时，所述电控组件21为通路状态，可以产生设定的电信号，其中，所述设定的电信号具体可以表现为电阻变化信号、电容变化信号、电压变化信号或者电流变化信号等，对应地，所述电控组件21可以由所需电子元器件以及其他基本电子元器件连接而成。需要说明的是，图5所示的电路并不构成对所述电控组件21的限定，利用上述原理实现接触反馈功能的其他电路形式同样适用，此处不作赘述。所述电源22与所述电控组件21电性连接，用以为所述电控组件21提供电力，所述电源22的具体形式不限，可以为常见的干电池、锂电池或者其他。

请参阅图3，在本实施例中，所述接触反馈装置2还包括导电壳体23，所述导电壳体23内部形成有相互连通的上腔段和下腔段，所述上腔段用以供所述电源22安装，所述下腔段用以供所述电控组件21安装，所述上腔段以及所述下腔段的具体形状适配于所述电源22以及所述电控组件21的外形轮廓；另外，为了确保安全，同时也为了便利于所述电源22的安装，所述导电壳体23的上端对应所述上腔段可以设置一导电盖体24。具体地，所述电源22的正极或者负极的其中之一电性连接于所述电控组件21的第二输入端21b，另一电性连接所述导电壳体23，用以通过所述导电壳体23电性连接于所述工件400，也即，在所述电控组件21的第二输入端21b的线路上串联有所述电源22，以实现对所述电控组件21的供电。当所述电源22的负极与所述第二输入端21b相连，且所述接触反馈式测量装置100通过所述标准刀柄300安装于所述机床主轴201时，所述电源22的正极依次通过所述导电壳体23和/或所述导电盖体24、所述标准刀柄300以及所述机床主轴201，最后通过所述机床主体200或者所述机床主体200上设置的导电结构连接至所述工件400，所述工件400一般为可导电材料。所述导电壳体23的一侧壁上开设有接线部231，以使得所述输出端21c经所述接线部231可与所述控制装置3电性连接。

基于上述，请参阅图1和图2，所述机床主轴201上设有数据接口201a，所述数据接口201a与所述控制装置3相连，所述标准刀柄300上还设有转接块301，所述转接块301上安装有与所述数据接口201a配合使用的数据接头301a，所述数据接头301a与所述电控组件21的输出端21c相连，通过所述数据接口201a与所述数据接头301a的连接，可实现所述电控组件21输出端21c与所述控制装置3的快接，另外，所述转接块301可以通过螺纹配合或者磁吸结构吸附的方式安装于所述标准刀柄300，同样有利于所述接触反馈式测量装置100的快速安装到位。

进一步地，在本实施例中，所述测量触头12的上端侧面向外凸设形成有环形止挡部121，所述环形止挡部121的下端壁自下至上呈直径渐增的圆弧面设置；所述让位孔112包括靠近所述让位腔111设置的导向孔段112a，所述环形止挡部121可沿上下向伸缩地安装于所述导向孔段112a，以及所述环形止挡部121可转动地安装于所述导向孔段112a，所述导向孔段112a的形状适配于所述环形止挡部121设置。如此设置，有助于避免所述测量触头12从所述让位孔112中滑脱，并且，设置所述环形止挡部121下端壁以及所述导向孔段112a的内壁为适配的圆弧面，有助于使所述测量触头12的活动顺畅而无干涉，从而避免对所述接触反馈式测量装置100的测量结果造成误差。

所述测量装置1在非测量时处于初始状态，也即处于所述环形止挡部121与所述导向孔段112a完全贴合时的状态，所述测量装置1还包括伸缩驱动组件13，所述伸缩驱动组件13包括导电端板131、弹性件132以及推板133，其中，所述导电端板131盖合所述让位腔111的上端设置；所述推板133沿上下向可滑动地安装于所述让位腔111，且所述推板133的下端壁与所述环形止挡部121的上端面相抵接；所述弹性件132安装于所述导电端板131的下端壁以及所述推板133的上端面，用以通过沿上下向的弹性形变带动所述测量触头的伸缩和转动；其中，所述测量触头12电性连接于所述导电端板131。所述弹性件132的具体形式可以有多种，例如可以为金属螺旋弹簧、金属碟簧、弹性橡胶块弹簧、弹性聚氨酯块弹簧或者由多种材料制成的复合弹簧等等。另外，位于所述推板133上方的所述座体11的一侧壁可以开设第一排气孔14、位于所述推板133下方的所述座体11的一侧壁可以开设第二排气孔15，以均衡所述推板133上下的气压，减少所述推板133滑动时的干涉。

具体地，请参阅图1和图6，当所述测量装置1处于初始状态时，所述环形止挡部121的上端面抵接于所述推板133的下端壁，且所述弹性件132处于压缩状态，对所述推板133具有向下的推力，使得所述环形止挡部121的下端壁与所述导向孔段112a的内壁完全贴合，此时，所述推板133与所述导电端板131的下端壁之间预留有足够的让位空间；然后参阅图7，当所述测量装置1进行对刀测量时，所述测量触头12与所述工件400之间的接触产生反作用力，使得所述环形止挡部121对所述推板133具有向上的推力，从而推动所述推板133向靠近所述导电端板131的方向移动，对所述弹性件132具有进一步的压缩作用，所述弹性件132的弹性性能起到缓冲推力的作用，直至对刀测量结束后，所述弹性件132的弹性恢复力使所述测量装置1复位至初始状态；然后参阅图8，当所述测量装置1进行寻边测量时，所述测量触头12的偏转同样对所述推板133具有向上的推力，原理与进行对刀测量时类似，此处不作详述。

为了避免所述导电壳体23与所述座体11之间直接连通造成所述电控组件21的接触反馈功能失效，在本实施例中，所述接触反馈式测量装置100还包括绝缘连接件4，所述绝缘连接件4设于所述测量装置1和所述接触反馈装置2之间，且所述绝缘连接件4的上端用于连接所述接触反馈装置2，下端用于连接所述测量装置1，另外，所述绝缘连接件4设有沿上下向贯设的导电通道41，以使得所述电控组件21的第一输入端21a经所述导电通道41可与所述导电端板131电性连接。所述绝缘连接件4的设置，还有助于所述测量装置1和所述接触反馈装置2分体设置，有利于对所述测量装置1或者所述接触反馈装置2进行独立的维护或者更换，使拆装更加便利。

请参阅图9，在本发明提供的第二个实施例中，所述接触反馈装置2包括压力传感器5，所述压力传感器5可用于替代所述电控组件21以及所述电源22，实现接触反馈功能。所述压力传感器5的检测面51朝向所述测量触头12设置，用以在所述测量触头12接触所述检测面51时产生压力信号；所述压力传感器5的输出端与所述控制装置3电性连接，以使得所述控制装置3根据接收的所述压力信号，驱动所述测量装置1，并获得所述待测区域的测量信息。具体地，所述测量装置1可以为如上所述的结构，同样包括所述座体11、让位腔111、让位孔112、导向孔段112a、测量触头12、环形止挡部121、伸缩驱动组件13、导电端板131、弹性件132以及推板133等，此时，所述接触反馈装置2还包括壳体，所述壳体用于安装至所述标准刀柄300，所述导电端板131上开设有布线通道，用于提供所述压力传感器5的电源线、数据传输线缆的布线空间，以利于将所述压力传感器5的输出端连通至所述数据接头301a，从而和所述数据接口201a进行快接，具体可参考上述，此处不作详述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。