数控机床的模拟量对刀装置

潘喜利 孙小芳

摘要：本项目涉及的是一种数控机床的模拟量对刀装置。该对刀装置适用于数控加工设备中所使用的直刃刀具的自动对刀。首先介绍了项目的需求，然后提出了装置设计原理和具体设计方案，以及PLC程序对模拟信号处理，最后进行了总结。

关键词：直刃刀具;模拟量对刀;模拟信号处理

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）09-0012-01

1 项目简介

目前，国内使用的数控加工设备，通常的对刀装置用来测量刀具的长度，采用红外触发探头，再由红外接收器发送一个开关量信号给数控系统，来实现刀具长度的测量。而对于直刃刀具来说，它需要的是测量刀具的角度，通过红外触发探头是无法完成的。如果配置专用的角度测量仪，不仅成本高，而且还要解决与数控系统通讯的问题。所以，利用数控系统的模拟量输入接口，根据测量刀具角度模拟量的大小，实现数控机床直刃刀具的自动对刀，是一种简单、实用、成本低的有效对刀方法。[1]

2 裝置原理设计

如图1所示，采用激光传感器和宏程序实现自动对刀功能。尖直刀的角度对刀首次釆用模拟量对刀技术。尖直刀的角度对刀，是找刀刃的准确角度，将激光传感器中获得的模拟值传送给数控系统，由数控系统通过比较计算，系统自动记录下刀刃在的机械坐标的位置，自动设定刀具角度坐标，完成刀刃角度的自动对刀功能。[2]

3 设计实施方案

采用基恩士IB10激光传感器用作超声波主轴的直刀和圆刀的基准对刀。其中FU系列的传感器用于刀具长度的基准对刀，IB系列的传感器用于直刀角度的基准对刀。为完成直刀角度对刀功能，首次尝试在数控系统中采用传感器输出的模拟信号进行刀具角度的识别。传感器输出的模拟信号通过HIO模拟量输入子模块传送给数控系统，在刀具角度对刀时，系统首先获取刀具在刀刃位置时的最小模拟量值，即刀具在传感器中挡光最少的位置，再通过最小模拟量值确定刀具刀刃的位置坐标。整个对刀过程全部由对刀宏程序来完成，在加工程序中，只需要输入相应的刀具号，系统将自动完成刀具长度和角度的基准对刀，并在系统中自动地进行设定和补偿，不需做任何其它操作，有效地提高了加工效率。[3]

利用直刃刀在激光传感器中挡光的多少，来确定刀刃所在的位置。将激光传感器挡光强弱的模拟量值传送到数控系统，再通过数控系统PLC程序和宏程序的处理，完成刀具角度的自动对刀。

4 PLC程序对模拟信号处理

（1）获取最小模拟量：用M35和M36分别指定为开启和关闭获取最小模拟量信号。开启后，刀具旋转半周以上，获取模拟量最小值。

（2）刀具角度测量：用M32和M33分别指定为开启和关闭刀具角度测量。开启后，通过刀具旋转角度的实时模拟量与刀刃位置模拟量最小值进行比较判断，获得刀刃所在的位置。[4]

5 结语

采用模拟量刀具角度对刀方式，成本低、操作方便简捷。已经运用到某飞机制造厂超声波数控铣直刃刀具的对刀，在加工程序中，只需要输入相应的刀具号，系统将自动完成刀具角度的基准对刀，并在系统中自动地进行设定和补偿，不需做任何其它操作，有效地提高了加工效率。[5]

参考文献

[1] 马中秋.可更换刀具超声波切割主轴的研制[D].杭州电子科技大学，2014.

[2] 尚华峰.基于超声波悬浮变频调速电主轴的设计和研究[D].吉林大学，2011.

[3] 沈莹镔.尖形切割刀超声波声学系统研究[D].杭州电子科技大学，2013.

[4] 谭德宁，赵荣荣，等.超声波振动车削的设计[J].制造技术与机床，2018（11）：69-71.

[5] 刘瑛，刘贵珍.旋转超声辅助电弧加工机床设计[J].机械工程师，2019（2）：37-39.

Abstract：Based on the actual market demand and the ultrasonic spindle， the double spindles of 5AHP five-axis gantry NC milling machine were reformed. Firstly， the requirement of the project is introduced， then the design scheme and specific electrical configuration are put forward. Finally， the assessment target of the project is put forward.

Key words：straight edge cutter; analog tool setting; sealing tool setting device