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數(shù)控雕刻對(duì)刀儀設(shè)計(jì)
數(shù)控機(jī)床可在圓柱面、錐面、平面上雕刻各種文字、曲線、圖案。單臺(tái)數(shù)控雕刻機(jī)成本高，加工效率不高。多位置夾具可以大大提高雕刻效率，但多位置夾具最大的問(wèn)題是由于加工和制造的原因，每個(gè)工件的尺寸和公差不能完全一致。
例如，在圓柱體表面雕刻刻度和文字，刻線深度一般為0.02--0.05mm。如果有一個(gè)錯(cuò)誤在工件的直徑(一般的誤差是0.01--0.05毫米),如果有圓柱度誤差,線的深度的中心是深,一邊遠(yuǎn)離中心可能是淺,不能滿足處理要求。同樣，平面和錐面雕刻也存在上述問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，特別是對(duì)于儀器儀表上的刻度等高精度雕刻，必須使用專用的雕刻工具對(duì)刀裝置。
一、對(duì)刀儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理
如圖，雕刻機(jī)機(jī)座機(jī)體連同工作臺(tái)、夾具、工件都為良導(dǎo)體,接到5V電源的地上，雕刻頭固定在機(jī)體上時(shí)中間采用一層特殊絕緣材料在電路上與機(jī)體隔開(kāi)接5V電源正極。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出對(duì)刀指令后對(duì)刀儀向Z軸進(jìn)給電機(jī)發(fā)出向下步進(jìn)一個(gè)脈沖(步距為0.001mm)的指令，然后檢測(cè)雕刻頭電信號(hào)是否為低電平，如為低電平表示雕刻頭接觸到工件，如為高電平表示雕刻頭還未接觸到工件，繼續(xù)發(fā)出進(jìn)刀指令。對(duì)刀精度不大于0.002mm。
多工位數(shù)控雕刻機(jī)對(duì)刀儀采用多個(gè)獨(dú)立控制系統(tǒng)分別控制多個(gè)雕刻頭在每次雕刻進(jìn)刀前自動(dòng)對(duì)刀檢測(cè)(配備專用數(shù)控系統(tǒng)，在進(jìn)刀前由每個(gè)對(duì)刀控制系統(tǒng)獨(dú)立工作，對(duì)刀完成后由數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令)。對(duì)刀采用電接觸檢測(cè)，雕刻頭和工件分別為5V電源正負(fù)極，接觸后檢測(cè)到相應(yīng)電信號(hào)立即停止對(duì)刀。由于刀具處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，要實(shí)現(xiàn)電信號(hào)可靠檢測(cè)，需在雕刻頭外固定件與高速旋轉(zhuǎn)主軸之間采用石墨碳刷壓緊接觸，保證電平信號(hào)可靠和連續(xù)性。該方法檢測(cè)靈敏度高誤差小于0. 002mm,在實(shí)際使用中扎刀概率小于0. 0001%。
二、對(duì)刀儀電路設(shè)計(jì)
多頭對(duì)刀儀采用多個(gè)獨(dú)立單片機(jī)控制系統(tǒng)，完成功能主要有如下幾個(gè)方面:
(1)等待數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出對(duì)刀指令，接受到對(duì)刀指令后開(kāi)始對(duì)刀動(dòng)作。對(duì)刀動(dòng)作完成后返饋對(duì)刀完成信號(hào)給數(shù)控系統(tǒng)。
(2)數(shù)控系統(tǒng)隨時(shí)可以解除對(duì)刀狀態(tài)。
(3) 不對(duì)刀時(shí)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出Z軸脈沖指令,再將該脈沖指令發(fā)送給本單片機(jī)系統(tǒng)控制的電機(jī)。實(shí)現(xiàn)Z脈沖的分配。
三、可靠性保證措施
對(duì)刀儀的引入可以解決上述問(wèn)題，但也帶來(lái)了嚴(yán)重的問(wèn)題。如果刀具設(shè)置信號(hào)有問(wèn)題，將進(jìn)行刀具綁定。刀具繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，碰到工件表面仍繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，會(huì)造成嚴(yán)重的刀碰事故，必須避免，否則雕刻機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行。為避免粘刀現(xiàn)象，采取以下可靠性保證措施:
(1)雕刻頭采用特殊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。整個(gè)雕刻頭作為電極，但在雕刻頭結(jié)構(gòu)圖中可以看到雕刻頭體與中間高速轉(zhuǎn)軸在做高速旋轉(zhuǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。可以說(shuō)，這兩個(gè)導(dǎo)體之間的接觸不是100%可靠的，所以在檢測(cè)刀尖電信號(hào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種結(jié)構(gòu)能使切削率提高1% ~ 5%，嚴(yán)重影響性能。為了提高檢測(cè)的可靠性，在雕刻頭的上端增加了一個(gè)緊湊的石墨碳刷裝置。石墨碳刷通過(guò)彈簧壓力靠近高速主軸。使用此結(jié)構(gòu)后，實(shí)際綁定率不超過(guò)0.0001%。目前客戶使用中沒(méi)有約束性報(bào)告。
(2)高速主軸電機(jī)采用直流無(wú)刷電機(jī)。一方面，直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)10000 R / min，與相同轉(zhuǎn)速的交流相比，目前的主軸價(jià)格便宜很多。此外，與普通直流電動(dòng)機(jī)相比，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，無(wú)電磁干擾，也大大降低了扎刀的概率。
四、結(jié)語(yǔ)
多工位數(shù)控雕刻機(jī)已成功應(yīng)用于全自動(dòng)數(shù)控五軸雕刻機(jī)，并取得了良好的效果。生產(chǎn)效率提高了6～7倍。該技術(shù)可應(yīng)用于數(shù)控雕刻機(jī)的精密雕刻，如各種儀器儀表的校準(zhǔn)、步槍瞄準(zhǔn)鏡的校準(zhǔn)等，也可廣泛應(yīng)用于數(shù)控銑床、加工中心等多工位加工系統(tǒng)中。對(duì)刀儀精細(xì)化加工
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