一种CNC刀具智能对刀监控系统的制作方法

一种cnc刀具智能对刀监控系统
技术领域
[0001]
本发明涉及数控机床加工技术领域，具体而言，涉及一种cnc刀具智能对刀监控系统。


背景技术：

[0002]
数控加工中心刀具更换时，需人工进行手轮摇刀具坐标至加工产品零点，然后手动输入数据进行对刀(俗称人工对刀)，作业员易输入数据失误，对刀失误，撞刀、撞工装等事故时常出现，产品、刀具、工装、设备成本损失较大，同时对作业员技能要求较高。
[0003]
对刀仪用于改善工件加工中刀具调整等辅助时间，现因机床无刀具断裂磨损检测功能，加工过程中刀具磨损或破损及断裂时，作业员不能及时发现，导致产品报废、关联刀具报废、撞机、撞工装及不良品流出等风险时常出现，尤其在数字化、智能化全自动无人生产线和行架机械手线更显突出。
[0004]
目前部分进口设备自带对刀检测系统，但调试麻烦且价格特别昂贵，换刀或产品换型时都需重新进行学习，调监控进出口位置，还需大量进行产品加工验证刀具最终寿命以便确定报警线调试。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的包括提供一种cnc刀具智能对刀监控系统，其调试方便，换型时只需找正一下工件与对刀仪落差即可，采用宏程序判别机械坐标，针对cnc加工零件，刀具换刀时实现自动对刀、自动刀补、刀具磨损检测、刀具破损断裂检测，杜绝对刀失误的质量成本损失，减少零件对刀时间，操作方便。
[0006]
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
[0007]
一种cnc刀具智能对刀监控系统，包括步骤：
[0008]
s1，换型操作；
[0009]
s1.1，安装固定对刀仪，对刀仪总高度与工装平齐或略低于工装；
[0010]
s1.2，对刀仪坐标设定，机床主轴上任意换出一把刀，手摇坐标轴，使刀具刀尖与对刀仪接触平面中心大概对齐，将此时机械坐标系的位置轴值分别输入到程序中包括x坐标和y坐标；
[0011]
s1.3，对刀轴对刀，确定工件零点与对刀仪零点落差，将刀具刀尖挨着工件零点表面刚接触，把相对坐标系对刀轴清零，手摇机械坐标轴，使刀具刀尖快接触对刀仪接触平面时，手轮对刀轴轴倍率拨至10％，手摇对刀轴使刀具挨着对刀仪至对刀仪显示灯亮、再退一丝时灯熄灭时，将此时的相对坐标系对刀轴值输入到程序中，对刀完成；
[0012]
s1.4，程序设定，换型后设定对刀程序和断刀检测程序，将对刀程序作为子程序加入到工件加工主程序号的下一行，将断刀检测程序作为子程序加入到需要监控的某把刀具的程序的结尾处；
[0013]
s2，自动对刀；
[0014]
s2.1，更换好刀具并安装于主轴上，宏参数中选择对刀开关参数并改为“1”；
[0015]
s2.2，选择需对刀的刀具，把相应的宏参数改为“1”即完成对刀操作动作；
[0016]
s2.3，按下加工程序循环启动按键，机床先进行自动对刀及刀补赋值，对刀完成后程序处于暂停状态，此时需人工判断是否需要进行产品加工，若需要则再次按下循环启动按键，若不进行产品加工，直接按复位键，刀具处于对刀完毕状态。
[0017]
进一步地，若刀具换型后对刀仪位置未作改变，则忽略步骤s1.1；
[0018]
若刀具换型后对刀仪位置未作改变，则忽略步骤s1.2。
[0019]
进一步地，对刀仪包括主体支座、对刀传感器、限位传感器、芯轴、信号块和信号罩；
[0020]
对刀传感器、限位传感器均贯穿主体支座的环向侧壁设置，信号罩呈弧板设置且弧板的内侧于竖向中心处凹陷形成竖向槽，信号罩固定安装于主体支座且信号罩的内侧贴合主体支座的外侧设置，对刀传感器、限位传感器均一端容置于竖向槽、另一端伸入主体支座的内腔设置，对刀传感器设置于限位传感器的上方；
[0021]
芯轴沿竖直方向分布，芯轴的下端固定连接信号块，信号块置于主体支座的内腔中，芯轴的上端面用于与刀具接触，信号块分别与对刀传感器、限位传感器可接触式设置；
[0022]
信号罩还配置有导线管，导线管安装于信号罩的弧板的外侧处、且导线管的管内腔与竖向槽连通。
[0023]
进一步地，信号罩的弧板的上侧还安装有吹渣管，位于吹渣管上端的出风口正对芯轴的上端面设置；
[0024]
信号罩的弧板的上侧安装有进风台，进风台设有l形进风道，吹渣管的下端固定于进风台，且吹渣管的管内腔与l形进风道连通。
[0025]
进一步地，信号块还配置有导向柱，导向柱固定设置于主体支座内腔中，信号块包括与对刀传感器、限位传感器可接触的一端、以及于另一端处设有u形槽，导向柱穿过u形槽设置且导向柱的柱面与u形槽的槽底轮廓贴合设置。
[0026]
进一步地，主体支座的下侧呈开口设置，且于开口处设有底盖，底盖与主体支座固定连接，主体支座于横向延展部分设有螺栓孔用于安装于机床。
[0027]
进一步地，主体支座的上侧设有通孔，通孔内安装有销轴，芯轴穿过销轴内腔设置。
[0028]
进一步地，芯轴呈t形设置，芯轴的上端呈对刀片设置，对刀片的上侧面用于与刀具接触，芯轴配置有复位弹簧，复位弹簧环绕芯轴的主杆设置、一端抵于对刀片的下侧面、另一端抵于销轴。
[0029]
进一步地，还设有盖帽，盖帽安装于主体支座的上方，盖帽包围芯轴设置。
[0030]
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0031]
1、其调试方便，换型时只需找正一下工件与对刀仪落差即可；
[0032]
2、对刀仪采用接触式信号发讯原理反馈信号与系统plc，采用宏程序判别机械坐标，系统稳定；
[0033]
3、针对cnc加工零件，刀具换刀时实现自动对刀、自动刀补、刀具磨损检测、刀具破损断裂检测，杜绝对刀失误的质量成本损失，减少零件对刀时间，操作方便。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
[0035]
图1为本发明实施例提供对刀仪的整体结构示意图；
[0036]
图2为本发明实施例提供对刀仪的剖视图；
[0037]
图3为本发明实施例提供对刀仪中信号通断的结构示意图；
[0038]
图4为本发明实施例提供信号罩的相关结构示意图；
[0039]
图5为本发明实施例提供监控系统有关对刀的动作时序示意图。
[0040]
图标：10-对刀仪，100-主体支座，110-底盖，200-对刀传感器，300-限位传感器，400-芯轴，410-销轴，420-对刀片，430-复位弹簧，500-信号块，510-u形槽，511-导向柱，600-信号罩，610-竖向槽，620-导线管，630-进风台，700-吹渣管，800-盖帽，910-第一中间位置，920-第二中间位置，930-返回高度，940-再次下降对刀，950-快速返回初始平面。
具体实施方式
[0041]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0042]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
[0043]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0044]
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0045]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0046]
请参照图1至图5，一种cnc刀具智能对刀监控系统，包括：
[0047]
步骤s1，换型操作；
[0048]
步骤s1.1，安装固定对刀仪，对刀仪总高度与工装平齐或略低于工装；
[0049]
步骤s1.2，对刀仪坐标设定，机床主轴上任意换出一把刀，手摇坐标轴，使刀具刀尖与对刀仪接触平面中心大概对齐，将此时机械坐标系的位置轴值分别输入到程序中包括x坐标和y坐标；
[0050]
步骤s1.3，对刀轴对刀，确定工件零点与对刀仪零点落差，将刀具刀尖挨着工件零点表面刚接触，把相对坐标系对刀轴清零，手摇机械坐标轴，使刀具刀尖快接触对刀仪接触平面时，手轮对刀轴轴倍率拨至10％，手摇对刀轴使刀具挨着对刀仪至对刀仪显示灯亮、再退一丝时灯熄灭时，将此时的相对坐标系对刀轴值输入到程序中，对刀完成；
[0051]
步骤s1.4，程序设定，换型后设定对刀程序和断刀检测程序，将对刀程序作为子程序加入到工件加工主程序号的下一行，将断刀检测程序作为子程序加入到需要监控的某把刀具的程序的结尾处；
[0052]
步骤s2，自动对刀；
[0053]
步骤s2.1，更换好刀具并安装于主轴上，宏参数中选择对刀开关参数并改为“1”；
[0054]
步骤s2.2，选择需对刀的刀具，把相应的宏参数改为“1”即完成对刀操作动作；
[0055]
步骤s2.3，按下加工程序循环启动按键，机床先进行自动对刀及刀补赋值，对刀完成后程序处于暂停状态，此时需人工判断是否需要进行产品加工，若需要则再次按下循环启动按键，若不进行产品加工，直接按复位键，刀具处于对刀完毕状态。
[0056]
该cnc刀具智能对刀监控系统还一侧重点在于plc信号点位设计。因各机床t图设计不一致，很多机床无信号接入点或信号接入点被占用而导致对刀监控系统无信号接入端口。因此选择在t图里设计一条跳转信号点，可根据不同机床预留空点任意添加信号点。从而可以实现机床接线信号点可随意对接，不会因无信号接入点而另外增加硬软件成本的效果。
[0057]
该cnc刀具智能对刀监控系统中涉及有宏程序设计及应用，通过设计处智能数字化填表式选刀宏程序，对刀或刀具监控时不需要再选择其他程序执行，操作简便，不给作业员增加操作多于动作，易懂易接受。
[0058]
该cnc刀具智能对刀监控系统，尤其针对目前包括基准刀的若干刀具组，选型对刀无需再与基准刀一一对比进行刀补量确定，大大简化一线作业员的作业劳动强度。
[0059]
在系统中，若刀具换型后对刀仪位置未作改变，则忽略步骤s1.1和步骤s1.2。
[0060]
该cnc刀具智能对刀监控系统调试方便，换型时只需找正一下工件与对刀仪落差即可，采用宏程序判别机械坐标，针对cnc加工零件，刀具换刀时实现自动对刀、自动刀补、刀具磨损检测、刀具破损断裂检测，杜绝对刀失误的质量成本损失，减少零件对刀时间，操作方便。
[0061]
其中步骤s1.3中，手轮对刀轴轴倍率拨至10％的叙述中，并不单单限定为10％，目的是较精确调整刀具移动。
[0062]
其中步骤s1.4中，关于断刀检测程序，适用于监控刀具为同一部位先后有2把及以上的关联刀具较佳；断刀检测程序必须结合自动对刀实用，否则人工对刀误差较大会影响检测效果。
[0063]
其中步骤s2.1中，将宏参数中选择对刀开关参数并改为“1”中，“1”为开，对刀完毕后无需再更改，系统会自动关闭。
[0064]
其中步骤s2.2中，选择需对刀的刀具时，若干刀具均具有对应编号，如#971～#994对应1～24号刀，把相应的宏参数改为“1”即完成对刀操作动作。
[0065]
其中步骤s2.3中，人工判断需要产品加工时，按下循环启动按键即可，机床会直接进行产品加工至完毕，更换好下一件产品时无需增加其他任何多出动作，直接按下循环启动按键即可。判断不进行产品加工时直接按复位键，机床程序全部停止，刀具已处于对刀完毕状态。
[0066]
对cnc刀具智能对刀监控系统中的对刀仪进行专有设计，对刀仪输出开关量信号由数控系统接收并传输，再由程序控制执行刀具长度设定、刀具磨损检测、刀具破损折断检测，在没有外部或人为误动作情况下，按照机床自身机械运动记录数据由宏程序进行计算判断并导入机床系统执行。宏程序设计原理为可同时任意测量对一把或多把刀具，不需要参考刀具，刀具长度任意安装更换，刀具监控借用对刀数据执行动作，精度非常高。
[0067]
请参照图5，动作时序具体为，主轴夹刀并将对刀轴定位到初始平面，然后快速下降到第一中间位置910处；后以较慢速度下降到第二中间位置920处；再使用跳转功能缓慢下降至刀尖碰到对刀仪表面；如返回高度930所示的返回某一高度；再次下降对刀940，以跳转功能缓慢下降进行对刀；快速返回初始平面950，然后将测量计算出来的长度差值补偿到刀具长度补偿里面，刀具监控运动原理为借用对刀数据执行对刀动作即可。
[0068]
关于对刀仪10的相应设计，具体地，请参照图1至图4，包括主体支座100、对刀传感器200、限位传感器300、芯轴400、信号块500和信号罩600，对刀传感器200、限位传感器300均贯穿主体支座100的环向侧壁设置，信号罩600呈弧板设置且弧板的内侧于竖向中心处凹陷形成竖向槽610，信号罩600固定安装于主体支座100且信号罩600的内侧贴合主体支座100的外侧设置，对刀传感器200、限位传感器300均一端容置于竖向槽610、另一端伸入主体支座100的内腔设置，对刀传感器200设置于限位传感器300的上方，芯轴400沿竖直方向分布，芯轴400的下端固定连接信号块500，信号块500置于主体支座100的内腔中，芯轴400的上端面用于与刀具接触，信号块500分别与对刀传感器200、限位传感器300可接触式设置，信号罩600还配置有导线管620，导线管620安装于信号罩600的弧板的外侧处、且导线管620的管内腔与竖向槽610连通。
[0069]
其采用两传感器进行对刀和限位调控，走线均从信号罩600一侧的导线管620穿出，信号罩600配合主体支座100实现对传感器的防水防油处理，整体的防水防油效果好。
[0070]
其中对刀传感器200的信号经过处理，控制对刀指示灯亮灭与否；限位传感器300的信号进过处理，控制报警器如声光报警器工作与否，方便实际使用。而且通过对刀，还可以检查刀具的损耗与否，检测刀具，改善刀具破损而大批工件加工报废的不利情况。
[0071]
对刀仪输出开关量信号由数控系统接收并传输，再由程序控制执行刀具长度设定、刀具磨损检测、刀具破损折断检测，在没有外部或人为误动作情况下，按照机床自身机械运动记录数据由宏程序进行计算判断并导入机床系统执行。宏程序设计原理为可同时任意测量对一把或多把刀具，不需要参考刀具，刀具长度任意安装更换，刀具监控借用对刀数据执行动作，精度非常高。
[0072]
其中，请参照图1和图4，主体呈弧板设置的信号罩600贴合大致呈圆柱设置的主体支座100的柱壁设置，两者贴合处的曲率设置一致。信号罩600固定设置于主体支座100，如可通过螺栓进行固定连接，其中如图1所示，主体支座100包括大体的圆柱体以及底部外缘
朝外延伸分布的安装台，信号罩600的下侧设有螺栓孔且该螺栓孔沿竖向方向分布，安装台与信号罩600通过该螺栓孔固定连接。
[0073]
请参照图1，主体支座100于横向延展部分(即上述的外缘延展安装台)设有螺栓孔用于安装于机床，通过预留螺栓孔的方式。
[0074]
请参照图1和图2，主体支座100的下侧呈开口设置，且于开口处设有底盖110，底盖110与主体支座100固定连接。通过底盖110设置，提供主体支座100内腔中构件的安装通道。
[0075]
进一步地，主体支座100的上侧设有通孔，通孔内安装有销轴410，芯轴400穿过销轴410内腔设置。对刀时芯轴400会发生竖向方向的移动，于主体支座100的上盖处设置销轴410配合芯轴400的竖向移动。
[0076]
进一步地，芯轴400呈t形设置，芯轴400的上端呈对刀片420设置，对刀片420的上侧面用于与刀具接触，芯轴400配置有复位弹簧430，复位弹簧430环绕芯轴400的主杆设置、一端抵于对刀片420的下侧面、另一端抵于销轴410。复位弹簧430呈压缩弹簧设置，用于对刀后芯轴400及对刀片420自动弹起。
[0077]
对刀片420采用高强度高硬度材料制成，如采用钨钢片、合金等等。
[0078]
进一步地，请参照图1至图4，信号罩600的弧板的上侧还安装有吹渣管700，位于吹渣管700上端的出风口正对芯轴400的上端面设置。通过吹渣管700对芯轴400上端对刀片420平面的屑、尘处理，保障对刀的精密度。
[0079]
进一步地，请参照图1和图2，信号罩600的弧板的上侧安装有进风台630，进风台630设有l形进风道，吹渣管700的下端固定于进风台630，且吹渣管700的管内腔与l形进风道连通。
[0080]
进一步地，请参照图2和图3，信号块500还配置有导向柱511，导向柱511固定设置于主体支座100内腔中，信号块500包括与对刀传感器200、限位传感器300可接触的一端、以及于另一端处设有u形槽510，导向柱511穿过u形槽510设置且导向柱511的柱面与u形槽510的槽底轮廓贴合设置。导向柱511对芯轴400及芯轴400一端的信号块500的移动起到导向的作用，有利于移动的稳定及精确，有利于信号块500与对刀传感器200、限位传感器300的对接输出相应电信号。u形槽510还可以大幅减小信号块500的重量，进一步提高移动的精准性。该u形槽510的槽底朝向传感器设置，在u形槽510与导向柱510的配合下克服信号块朝u形槽510的偏转可能性。
[0081]
进一步地，还设有盖帽800，盖帽800安装于主体支座100的上方，盖帽800包围芯轴400设置。盖帽800配合主体支座100对芯轴400裸露出主体支座100的部分进行包围处理，内置空间。
[0082]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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