采用數(shù)控刨床加工平面和簡(jiǎn)單的零件時(shí)，通常不存在刀具的精確定位和刀具磨損的補(bǔ)償問(wèn)題，但當(dāng)用來(lái)加工截面輪廓線(xiàn)是復(fù)雜曲線(xiàn)的零件時(shí)(如羅茨泵轉(zhuǎn)子的截面輪廓線(xiàn)由四段圓弧、四段外擺線(xiàn)和四段漸開(kāi)線(xiàn)組成， 大型水環(huán)泵葉輪葉片的輪廓線(xiàn)由多段直線(xiàn)和圓弧組成，它們對(duì)工件的尺寸精度、型線(xiàn)位置精度和形狀精度都有較高的要求)，刀尖相對(duì)于工件的起始位置直接影響工件的加工精度。由于工件尺寸大、余量大，粗精加工經(jīng)常又是在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行，粗精加工要使用不同的刀具，刀具崩刃現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生， 因此既使加工同一個(gè)工件，刀具有時(shí)也需要多次更換。每一次裝換刀，都要求刀具的刀尖位于同一起始位置。另外，用同一把刀加工多個(gè)工件或一個(gè)大型工件，在加工過(guò)程中刀具的磨損有時(shí)也會(huì)超過(guò)允許的程度，不進(jìn)行刀具磨損的補(bǔ)償，工件的尺寸會(huì)出現(xiàn)超差。要實(shí)現(xiàn)工件的高精度加工，刀具的精確定位和刀具磨損的補(bǔ)償問(wèn)題必需得到很好的解決。一般數(shù)控刨床在刀具初裝和更換后的定位問(wèn)題通常有兩種解決方法：一是試切法；二是用對(duì)刀塊調(diào)整法。但兩個(gè)方法不是精度差，就是操作不方便。刀具的磨損補(bǔ)償，通常是在知道刀具磨損量的情況下才能進(jìn)行，但刀具磨損的在線(xiàn)檢測(cè)本身就是一個(gè)不好實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的問(wèn)題。為此，研究了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的自動(dòng)對(duì)刀和刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償裝置。

1 裝置的結(jié)構(gòu)

    圖1所示就是作者設(shè)計(jì)的數(shù)控刨床自動(dòng)對(duì)刀和刀具磨損自動(dòng)補(bǔ)償裝置。該裝置的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，由對(duì)刀塊、絕緣體和底座三部分組成。整個(gè)裝置由底座通過(guò)螺釘固定在工作臺(tái)上。對(duì)刀裝置與工作臺(tái)一起通過(guò)X向的伺服電機(jī)做水平方向的移動(dòng)，刀具由Z向伺服電機(jī)控制做上下移動(dòng)。對(duì)刀塊和底座各有一個(gè)接線(xiàn)端，兩者之間由絕緣體來(lái)絕緣。對(duì)刀塊的凹槽由兩個(gè)斜面和一個(gè)平面組成，稱(chēng)為對(duì)刀斜面和對(duì)刀底面。其中對(duì)刀底面與工作臺(tái)的臺(tái)面平行，對(duì)刀斜面與刨刀的前后移動(dòng)方向平行。為了保證對(duì)刀的精度，對(duì)刀塊的斜面和底面都要求有較高的平面度和低的粗糙度。

   對(duì)刀信號(hào)檢測(cè)電路，如圖2示。它主要由一個(gè)光電耦合器件和兩個(gè)限流電阻組成。對(duì)刀塊上的兩條信號(hào)輸出線(xiàn)作為輸入信號(hào)分別接信號(hào)檢測(cè)電路的兩個(gè)輸入端，形成一個(gè)開(kāi)關(guān)電路，輸出信號(hào)接數(shù)控系統(tǒng)的并行接口8155。從電路上看，在圖1中由于底座通過(guò)工作臺(tái)、床身與刀具相連，接線(xiàn)端2也就與刀尖相連。當(dāng)?shù)都馀c任一對(duì)刀面接觸時(shí)，信號(hào)檢測(cè)電路光藕器的發(fā)光二極管會(huì)導(dǎo)通、發(fā)光, 光敏三極管亦導(dǎo)通, 輸出端電平會(huì)由高變低。當(dāng)?shù)都怆x開(kāi)對(duì)刀面后, 發(fā)光二極管的通路被關(guān)斷，發(fā)光停止，輸出端又恢復(fù)為高電平。這個(gè)信號(hào)作為數(shù)控系統(tǒng)的輸入信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入信號(hào)電平的高低判斷刀尖與對(duì)刀塊是否接觸。

2 對(duì)刀方法

    對(duì)刀就是在裝刀和換刀時(shí)，通過(guò)對(duì)刀具位置的調(diào)整使其刀尖置于相對(duì)于工件某一確定的空間位置(對(duì)刀原點(diǎn))。如果工件安裝在工作臺(tái)上的位置確定，那么只要刀尖相對(duì)工作臺(tái)的位置確定，刀尖相對(duì)于工件的位置也就確定。因此通過(guò)調(diào)整刀具相對(duì)于工作臺(tái)的位置同樣可以達(dá)到對(duì)刀的目的。刨床的對(duì)刀，要求在兩個(gè)方位上確定刀尖的位置，一是垂直方位，另一個(gè)是水平方位。對(duì)于圖1所示的對(duì)刀裝置來(lái)說(shuō)，刀尖垂直方位由刀尖相對(duì)于對(duì)刀底面的位置來(lái)確定，水平方位由刀尖相對(duì)于兩對(duì)刀斜面的位置來(lái)確定。

    對(duì)刀的過(guò)程就是用刀尖尋找對(duì)刀底面之上和對(duì)刀斜面之間某一中點(diǎn)的問(wèn)題。設(shè)對(duì)刀原點(diǎn)在對(duì)刀塊兩對(duì)刀斜面中間上方的20mm處，對(duì)刀方法如下：

1. 首先控制工作臺(tái)和刀具移動(dòng)，使刀具處于對(duì)刀底面的上方(高度不限)；
   
2. 控制刀具下移，并在下移過(guò)程中，每向下走一步，檢測(cè)一次刀尖和底對(duì)刀面是否接觸。當(dāng)檢測(cè)到刀尖接觸對(duì)刀面的信號(hào)時(shí), 控制刀具停止下移，將Z坐標(biāo)值清零，然后控制刀具向上移5mm；
   
3. 控制工作臺(tái)左移，使右對(duì)刀斜面移向刀具，當(dāng)檢測(cè)到刀尖接觸右對(duì)刀斜面時(shí), 工作臺(tái)停止移動(dòng)，X坐標(biāo)值清零；
   
4. 控制工作臺(tái)反方向移動(dòng)，同時(shí)，記錄沿此方向的位移量L。當(dāng)檢測(cè)到刀頭接觸到左對(duì)刀斜面時(shí), 工作臺(tái)停止移動(dòng)。
   
5. 控制工作臺(tái)左移至兩側(cè)對(duì)刀面的中間位置(即L/2處)。
   
6. 控制刀具上移15mm, 將X、Z兩個(gè)坐標(biāo)值清零。 此時(shí)刀尖所在的位置即是設(shè)定的對(duì)刀原點(diǎn)。

    刀尖的縱向磨損, 會(huì)使刀具刀尖最低點(diǎn)的位置上移，相當(dāng)于對(duì)刀原點(diǎn)上移；刀尖橫向的磨損會(huì)造成刀具刀尖中心位置的左偏或右偏，相當(dāng)于對(duì)刀原點(diǎn)左偏或右偏。通過(guò)對(duì)刀，可以使對(duì)刀原點(diǎn)自動(dòng)得到恢復(fù)，刀具的磨損也就得到了自動(dòng)補(bǔ)償。在刀具磨損速度比較快的情況下，在加工的過(guò)程中，可用多次對(duì)刀的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具磨損的在線(xiàn)補(bǔ)償。

    對(duì)刀和刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償功能，要在設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)時(shí)作為一個(gè)功能模塊來(lái)設(shè)計(jì)。對(duì)于采用PC機(jī)作主機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，如果沒(méi)有對(duì)刀程序，也可以單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)刀程序。一般PC機(jī)和各種數(shù)控系統(tǒng)都有并行I/O接口，因此除了光電耦合器件外，實(shí)現(xiàn)這一功能不需要外加其它的接口電路。

    在了解了對(duì)刀和刀具磨損補(bǔ)償?shù)乃悸泛�，就可以設(shè)計(jì)一個(gè)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。對(duì)刀程序的設(shè)計(jì)不是一個(gè)困難的問(wèn)題，具體程序的設(shè)計(jì)筆者在此就作不介紹了。

4 結(jié)束語(yǔ)