一种简易加工中心对刀仪的设计

2012-09-12韩加好王晓虹

组合机床与自动化加工技术 2012年12期

韩加好，陈颖，王晓虹

(连云港职业技术学院，江苏连云港 222006)

0 引言

目前加工中心上常用的Z向对刀装置主要分为两类。一类是光学刀具轮廓对刀仪［1］，其对刀的精度和自动化程度都比较高，但价格昂贵，须请专人安装调试，且维护成本较高。第二类是机械对刀器，其结构简单，但自动化程度低，对刀器在对刀中主要起基准平台的作用，在对刀过程的最后需要手工将Z向刀偏计算输入系统。目前大型加工企业多使用第一类对刀仪，第二类的机械对刀器由于对刀效率与直接对刀相比并没有太大提高，基本处于可用可不用的“鸡肋”状况。本文考虑设计一种适合于中小型企业、性价比高的简易对刀仪。该对刀仪能实现快速对刀(刀具能以较快速度与对刀仪接触)，具有比较高的对刀精度(采用高灵敏光电传感器)，并能利用PLC和对刀宏程序［2］自动实现刀具补偿和对刀保护(不用人工输入)，可大大提高加工中心刀具调整的效率。对刀仪避免采用昂贵的光学元器件，不足千元的制造成本与光学对刀仪动辄万元以上的价格相比，很是经济实用。

1 对刀仪的设计要点

1.1 简易光电对刀仪工作原理

对刀仪Z向对刀的实质是先输入一把标准刀的刀偏值，并将其长度补偿值置0，其余刀具通过对刀就是得到不同的长度补偿值。其中标准刀的Z向对刀由人工操作方式完成，其后各把刀的对刀过程由对刀宏程序［2］控制。

1.2 对刀仪硬件结构设计

本对刀仪的结构主要包含底坐、外壳、对刀机构、传感器与信号线路等部分。见图1。

图1 对刀仪基本硬件结构

(1)对刀仪底座设计

对刀仪底座设计如图2a，为保证对刀仪精度，底面须具备高的平面度。中间的滑杆用来安装弹簧并与对刀机构的滑孔进行装配。底面的四个孔是用来将对刀仪固定在机床上。两侧的小螺纹孔用于固定外壳。

图2 对刀仪底座、外壳与对对刀凸台

(2)对刀仪外壳设计

外壳设计时要考虑到与对刀仪底座的配合问题，要留内部阶梯孔用于与底座装配，还要有用于固定外壳和底座的螺纹孔。对刀仪顶部还要装密封圈。要预留阶梯孔。对刀仪外壳右端要加工出内螺纹孔。用于安装光电传感器的接收端。

(3)对刀仪对刀机构设计(对刀凸台)

对刀仪对刀机构采用硬质合金增强其耐磨性，对刀机构下端要有滑孔用来与底座滑杆装配(套在滑杆上)。中间加工一螺纹孔，以安装对刀仪光电传感器的发射端。

(4)传感器

由于对刀仪用于对精度要求很高的数控加工，对刀仪传感器必须具备高加工精度。考虑到数控车间经常会有切削振动及切削液浇淋的加工环境，因此选择对刀仪传感器时必须考虑抗振性、抗干扰能力和抗腐蚀性要求。综合考虑以上各方面因素，本设计选用一个高灵敏度的光电开关［5］作为对刀仪感应元件，以满足对刀仪使用要求。

1.3 信号输入及连接设计

(1)信号控制思路

对刀仪须利用刀具位置传感信号实现控制。本设计的光电传感器信号接入FANUC系统PMC的SKIP信号［3］接点，SKIP信号能控制系统的G31程序指令的运行，SKIP信号在转入PMC的同时，高速跳转进入系统，指使G31指令停止移动并将刀具剩余移动量清除。［4］正确运用SKIP信号的接点地址及连接，是对刀仪设计成败的关键，也是本设计最关键的技术难点。

(2)对刀仪光电开关接线

传感器在对刀时的作用就相当于一个光电开关，对刀仪工作时利用些光电开关信号控制对应的继电器触头分合，以实现SKIP信号的通断。本设计考虑选用SSR固态继电器，SSR固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，其除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，输入功率小，灵敏度高，控制功率小等特点，可以减小对刀仪体积和提高对刀灵敏度。

如图3所示，将SSR的DC端接光电传感器信号。输出端用于控制SKIP信号X4.7(以FANUC0i系列数控系统为例)。