专利名称：多功能在机对刀器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机床中切削刀具的定位器具，尤其是数控机床中用于确定切削刀具坐标参数的测量器具，属机床附件技术领域。
背景技术：
机械零件的切削加工，是通过切削刀具相对被加工零件位置的变化而实现的。利用数控机床进行切削加工时，须事先准确测量、调整刀具的位置，输入坐标值，并以此为基础确定进给量等参数并进行编程，然后才可实现程序控制下的自动切削加工过程，因此，刀具位置的准确坐标值是一切精确加工的基础。现有数控机床中，用于测量刀具位置的器具为独立的机外对刀器具，构成中除具有对刀部分外，还需配置行走驱动、传动等机构，故构成复杂，结构体积大、造价高，使用也不方便，为此，有必要研制开发更为简便适用的新的测量对刀器具。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服上述对刀器具的不足而提供一种结构简单、使用方便，测量准确快速的多功能在机对刀器。
本实用新型所称问题是以如下技术解决方案实现的一种多功能在机对刀器，构成中设有对刀环1、对刀器主体2、定位座3以及信号采发部分，其中，对刀器主体为中空的回转体，其一端的外圆周为直柄，另一端用作固定对刀环，对刀环和定位座分别连接于对刀器主体2的顶部和底部；信号采发部分的绝缘板4位于对刀环1和对刀器主体2之间，并兼作对刀环1的安装台，使对刀环和定位座形成模拟开关K的两个电极，模拟开关K与电源E、信号采发控制器件相串接，所述信号采发控制器件采用光电耦合器GO。
为防止碰撞，上述多功能在机对刀器，增设刀环浮动定心机构，所述刀环浮动定心机构由浮动盘5、连接棒8、导向柱6、定位柱10和浮动球11组成，其中，浮动盘5位于对刀器主体2的顶部，导向柱6均布于对刀器主体的中空腔室2-2内、并环绕浮动盘的盘轴5-1，盘轴5-1的外圆周上设有均布的连接棒8，各连接棒8分别位于相应导向柱的导向槽6-1中，定位柱10位于盘轴5-1的底部，浮动球11位于定位柱顶部、并与盘轴5-1底端的凹形球面吻接，连接棒和导向槽底之间，浮动球和定位柱之间分别设有复位簧9和12，所述绝缘板4固定于浮动盘5的端面上。
为提高对刀精度，上述多功能在机对刀器，在所述对刀环1和绝缘板4之间增设调整板13，调整板固定于绝缘板上，其板面上间隔分布水平调节顶丝14，对刀环的外圆周上间隔分布同轴度调节顶丝15。
为实时感知信号，上述多功能在机对刀器，所述信号采发部分中增设发光二级管G和蜂鸣器F，各发光二级管G与光电耦合器GO并接、而在空间上间隔固定在对刀主器主体2的外表面上。
为防止装配误差，上述多功能在机对刀器，所述定位座3上设有定位连接孔3-2，所述对刀器主体2的底部兼作定位柄3’，定位连接孔与定位柄匹配连接，其孔壁上均布顶丝16。
为有效防水防尘，上述多功能在机对刀器，所述中空腔室2-2底部设有封盖17。
上述多功能自动对刀器，所述对刀器主体2的顶部增设顶盖，以有利于保护浮动机构。
本实用新型具有以下特点1.以对刀环的端面为测量面，并通过绝缘板使对刀环和对刀器主体形成模拟开关的两个电极，利用该模拟开关控制信号采发电路的通断，从而提供了一种科学、简便、适宜安装的在机对刀测量器具；2.可通过定位座方便地装卡在数控机床上，利用数控机床的高精度进给及控制系统实现对刀环与刀具之间的相对位移、检测、显示及数据的传送、存储等，从而省去了配置另外的行走驱动系统的麻烦，大大简化了对刀器的结构，相对于机外对刀器，具有结构简单，体积小、造价低的优点；
3.具有立式、卧式多种安装使用方式，可适用于数控铣床、车床、加工中心、车削中心等多种数控机加设施；可采用全自动、半自动或手动等多种对刀方式，适应范围广；4.增设的刀环浮动定心机构实现了全方位的浮动，可避免对刀环在测量及安装中与刀具或机床之间出现任何方位的刚性碰撞，确保对刀器的安全可靠，并防止损坏刀具；同时，所提供的定位柱和浮动球式定心设计解决了对刀环浮动过程中的复位精度问题，在结构设计上保证了关键部件对刀环的位置精度；5.增设调整板及水平、同轴度调节顶丝，方便了对刀环在安装使用中平行度、垂直度、同轴度等的调整，从安装环节确保对刀环的位置精度要求；6.在自动对刀方式下测量一把刀具所需的平均时间不大于25秒，对刀测量快速准确，大大缩减了对刀辅助时间，可显著提高加工效率；7将信号采发部分中的电源、线路板等安装在对刀器主体的空心腔室中，使本实用新型更具结构紧凑的特点，并方便了电器元件之间的电连接；8.增设的发光二级管和蜂鸣器可及时对触发信号进行声光提示，方便了对刀测量过程中对信号的捕捉和观察；综上，本实用新型定位精度高，功能强大，安装使用方便，测量快速准确，性价比较高，极具使用价值和推广前景，适宜作为数控机床刀具的在机测量器具使用。
图1是本实用新型结构示意图；图2是图1中导向柱侧剖面图(未按比例画)；图3是定位座结构图(未按比例画)；图4是调整板俯视图；图5是信号采发电原理图；图6是用于车床类机加时的使用状态参考图；图7是用于铣床或加工中心时的使用状态参考图；具体实施方式
参阅图1、3、6、7，对刀环1为盘状体，其端面和外圆周面为测量表面。对刀器主体2为回转体，定位座3定位安装于对刀器主体的底部，铣床或加工中心使用时可通过定位座3将本实用新型安装固定在机床工作台上；车床类机加时对刀器主体的外圆周兼作了定位柄，如图6中所示的定位柄3’，定位柄3’直接装卡在机床主轴的卡盘中。
参阅图1、5，信号采发部分中的绝缘板4为圆环板，位于对刀环1和对刀器主体2之间，并固定于对刀器主体2的顶部，成为对刀环1的安装台，并使对刀环和定位座(或对刀器主体)因此而形成模拟开关K的两个电极，以控制信号采发电路的通断。
参阅图1、2，对刀环1是关键部件，可采用高硬度、高耐磨的特种工具刚制作。其端面和外圆周面由于为测量面，故位置精确度及表面粗糙度等要求很高。为防止对刀环在测量、安装过程中与刀具及机床的接触碰撞而使其位置精确度出现偏差，本实用新型中增设了刀环浮动定心机构。该机构中的浮动盘5设置在对刀器主体2的顶部，浮动盘的盘轴5-1通过沿盘轴外圆周面均布的连接棒8和复位簧9浮动支承在环绕盘轴的导向柱6中，连接棒8和导向柱6的数目对应，图示实施例为3个，每一连接棒8的一端固定在盘轴5-1底部的外圆周上，另一端插入导向柱的导向槽6-1中，复位簧9用于复位。定位柱10顶部的浮动球11通过轴套19套装在定位柱10上，浮动球在复位簧12的作用下与盘轴5-1底端的凹形球面相接触。此种三维浮动定心机构可全方位避免对刀环与刀具等之间在任何方向、任何部位相接触时发生刚性碰撞，并确保对刀环精确复位。增设刀环浮动定心机构后，绝缘板4相应固定于浮动盘5的端面上。
参阅图1、6、7，对刀环的端面和外圆周表面由于为测量面，故相对定位座3或定位柄3’的平行度、垂直度要求很高。为在安装时确保其位置精度并方便调整，在对刀环1和绝缘板4之间增设了调整板13，调整板通过3个连接螺钉20固定在绝缘板上，其板面上均布3个水平调节顶丝14，旋拧某一调节顶丝14时可使调整板的板面出现轻微倾斜，从而可调整对刀环相对定位座3或定位柄3’的平行度、垂直度。调整时先稍微松开连接螺钉20，调整完毕通过连接螺钉固定调整位置。同理，旋拧对刀环2外圆周上间隔分布的同轴度调节顶丝15时可调节对刀环相对支承轴5-1的同轴度，控制对刀环外圆周表面的径向跳动误差量。
仍参阅图1、5，信号采发部分中增设发光二级管G，其数量可为4～6个，4个发光二级管G对称分布在对刀器主体2外表面上的安装孔中，发光二级管G与蜂鸣器F由模拟开关K控制。电源E和线路板X(图1中21为线路板)可安装于中空腔室2-2的下方，通信电缆T可由室壁上的连接口2-3引出，中空腔室底部的封盖17用于防水、防尘。为防止强电磁干扰，接口所用通信电缆为屏蔽电缆。
信号采发控制器件采用光电耦合器GO，通过模拟开关K使光耦器件通电，其光敏三极管部分相应接通，将接通信号传输给数控系统。采用光电耦合器可减少电路相互之间的干扰。
参阅图1、3，当定位座通过其上的定位连接孔3-2与对刀器主体2底部的定位柄3’定位连接时，可通过孔壁上均布的顶丝16予以固定。此时，定位柄3’的底平面应与定位连接孔3-2的底平面相接触，以确保平行度。图3中的3-1为固定定位座3的连接螺孔。
参阅图6、7，在图6所示卧式使用方式中，定位柄3’卡装在数控车床或车削中心的主轴的卡盘上，可利用数控机床高精度的纵、横进给机构使刀架上的刀具D靠近对刀环并与对刀环的各测量表面相接触；图7所示为立式使用方式，此时定位座3安装在数控铣床或加工中心的工作台上，可利用数控铣床等高精度的升降及纵、横进给机构使对刀环的测量表面与主轴上的刀具D相接触。
仍参阅图6、7，刀具D与对刀环1相接触时，对刀环和定位座或柄形成闭合回路，信号采发控制电路发出一触发信号，通信电缆T将触发信号传输给数控系统，数控系统记录下此时的坐标值，经换算，便可获得刀具长度、半径，刀尖圆弧半径及其在X、Z向的补偿值等测量数据。
对于具有信号输入接口的数控铣床或加工中心而言，通信电缆可将触发信号通过输入接口传输给数控系统，实现全自动对刀；对于没有输入接口的数控车床或车削中心而言，可在声光元件提示下通过人工方式记下此时的坐标值，经过机床或计算机的简单计算获得上述数据，此乃手动对刀方式。
在加工中心或数控铣床上采用全自动对刀方式测量刀具时，应先用标准棒或测头确定对刀环的中心坐标值X、Y、Z，再用刀具沿X或Y方向依次低速接触对刀环直径方向两端的圆柱形表面，获得两个点的坐标值，经过计算确定刀具半径值，最后用刀具沿Z方向低速接触对刀环的顶端表面，与标准棒或测头对比确定刀具长度值。
在数控车床或车削中心上采用手动对刀方式测量刀具时，由于在卡盘上装夹对刀器柄部时，难免出现对刀器与车床主轴的同轴度误差和垂直度误差，这将严重影响车刀的测量精度。为此，可采用四点测量法提高测量精度。具体为在机床上装夹好对刀器，将机床置于手动状态，让待测车刀沿X方向以步进方式接触对刀环表面，对刀器发出声光提示时记录下此时的X坐标，将刀具后退一小段距离，主轴顺(逆)时针依次旋转90°、180°、270°，每次均重复上述操作，这样可得到四个X坐标值，求其平均值并与对刀环直径比较可得待测车刀的X方向数据。同理可得车刀Z方向数据。该方法可大幅度提高在机对刀的测量精度，即便在同轴度为φ1mm，测量精度仍然能达到0.01mm。
本实用新型在不影响加工的前提下可长期安装在工作台的一角，外面罩上防护罩，需测量刀具时取下防护罩即可使用。
权利要求1.一种多功能在机对刀器，其特征在于，构成中设有对刀环[1]、对刀器主体[2]、定位座[3]以及信号采发部分，其中，对刀器主体[2]为中空的回转体，其一端的外圆周为直柄，另一端用作固定对刀环，对刀环和定位座分别连接于对刀器主体[2]的顶部和底部；信号采发部分的绝缘板[4]位于对刀环[1]和对刀器主体[2]之间、并兼作对刀环[1]的安装台，使对刀环和定位座形成模拟开关K的两个电极，模拟开关K与电源E、信号采发控制器件相串接，所述信号采发控制器件采用光电耦合器GO。
2.根据权利要求1所述的多功能在机对刀器，其特征在于，构成中增设刀环浮动定心机构，所述刀环浮动定心机构由浮动盘[5]、连接棒[8]、导向柱[6]、定位柱[10]和浮动球[11]组成，其中，浮动盘[5]位于对刀器主体[2]的顶部，导向柱[6]均布于对刀器主体的中空腔室[2-2]内、并环绕浮动盘的盘轴[5-1]，盘轴[5-1]的外圆周上设有均布的连接棒[8]，各连接棒[8]分别位于相应导向柱的导向槽[6-1]中，定位柱[10]位于盘轴[5-1]的底部，浮动球[11]位于定位柱顶部、并与盘轴[5-1]底端的凹形球面吻接，连接棒和导向槽底之间，浮动球和定位柱之间分别设有复位簧[9]和[12]，所述绝缘板[4]固定于浮动盘[5]的端面上。
3.根据权利要求2所述的多功能在机对刀器，其特征在于，在所述对刀环[1]和绝缘板[4]之间增设调整板[13]，调整板固定于绝缘板上，其板面上间隔分布水平调节顶丝[14]，对刀环的外圆周上间隔分布同轴度调节顶丝[15]。
4.根据权利要求3所述的多功能在机对刀器，其特征在于，所述信号采发部分中增设发光二级管G和蜂鸣器F，各发光二级管G与光电耦合器GO并接、而在空间上间隔固定在对刀主器主体[2]的外表面上。
5.根据权利要求4所述的多功能在机对刀器，其特征在于，所述定位座[3]上设有定位连接孔[3-2]，所述对刀器主体[2]的底部兼作定位柄[3’]，定位连接孔与定位柄匹配连接，其孔壁上均布顶丝[16]。
6.根据权利要求5所述的多功能在机对刀器，其特征在于，所述中空腔室[2-2]底部设有封盖[17]。
7.根据权利要求6所述的多功能自动对刀器，其特征在于，所述对刀器主体[2]的顶部增设顶盖。
专利摘要一种多功能在机对刀器，属机床附件技术领域，用于解决刀具参数的在机测量问题。其技术方案是，构成中设有对刀环、对刀器主体、定位座以及信号采发部分，其中，对刀环和定位座分别连接于对刀器主体的顶部和底部，信号采发部分的绝缘板位于对刀环和对刀器主体之间，并兼作对刀环的安装台，对刀环和定位座形成模拟开关K，模拟开关K控制信号采发电路的通断。本实用新型定位精度高，功能强大，安装使用方便，测量快速准确，性价比适中，极具使用价值和推广前景，适宜作为数控机床刀具的在机测量器具使用。
文档编号B23Q17/22GK2625105SQ0325800
公开日2004年7月14日 申请日期2003年7月4日 优先权日2003年7月4日
发明者刘利剑, 梁江华 申请人:河北科技大学