齿条齿轮螺旋轴机构数控综合对刀装置

董广强

(江苏师范大学机电工程学院，江苏 徐州 221116)



齿条齿轮螺旋轴机构数控综合对刀装置

董广强

(江苏师范大学机电工程学院，江苏 徐州 221116)

在分析现有的数控机床对刀仪基础上，设计了一种齿条齿轮螺旋轴机构数控综合对刀装置，这一装置作为基准刀，在数控镗铣类机床一次装夹就能完成工件坐标系的建立，且X与Y坐标轴对刀实现了弹性接触提高了装置的使用寿命，同时可以方便得到其他加工刀具的长度补偿量，与数控机床坐标位置显示配合可以完成对工件内外轮廓和深度方向尺寸测量，使用非常方便，且不受工件上Z坐标轴对刀位置面积大小的限制，同时该装置也可用于数控车床的对刀。

数控机床; 齿轮齿条; 螺旋轴; 对刀装置

目前在数控镗铣类机床上，对刀主要采用寻边器和高度对刀仪这两个对刀装置，通过两次装夹才能完成工件坐标系的建立，且接触式寻边器进行X与Y坐标轴对刀是与工件侧面直接硬接触容易造成损坏，对刀时间长、效率低，而且工件上Z坐标轴对刀位置面积比较小时，使用高度对刀仪对刀也不太方便等，且以上对刀仪只能用于数控镗铣类机床的对刀，不能同时应用于数控车床的对刀。为解决上述问题，设计了一种在数控镗铣类机床和数控车床都能够使用的齿条齿轮螺旋轴机构数控综合对刀装置(专利号201420260896.2)。

1　总体结构

总体结构组成如图1所示。

端盖1固定在外套10上，有4个齿条2，分上下两层，图示有两个齿条，与它们垂直方向有两个，它们都与相应径向滑块4固定连接，并且与齿轮螺旋轴6相啮合。调整块3用来调整齿侧间隙。径向滑块4放置在外套10径向槽中，完成X和Y轴工件坐标系原点偏置量的确定工作。限位销5对径向滑块4进行限位，并且通过齿条与齿轮的作用，当指示灯HL1亮时保证4个径向滑块的外端圆柱面20处于同轴线定直径位置，对应的就是要建立工件坐标系X和Y轴对刀位置。螺旋槽固定销7右端与滚子8配合，且与螺旋槽9配合，使得齿轮螺旋轴6螺旋上下移动。对刀轴11实现Z轴工件坐标系原点偏置量的确定工作。弹簧12给对刀轴11加力，保证对刀轴11处于正确的位置。调节螺钉13调节弹簧力大小。定位面14用于正确安装，又保证对刀装置定长，防转移动销15防止对刀轴11转动，同时又带有判断对刀位置的显示装置，这里带有动触点17上下移动，使指示灯HL1亮表示正确对刀位置。HL2指示灯由亮到灭说明圆柱面20与工件侧面及对刀轴11下端面与工件上表面刚好接触的位置。找正平面19用来使齿条齿轮螺旋轴机构数控综合对刀装置相对数控机床X或Y轴处于正确位置，找正平面与数控机床X或Y轴在正负大角度范围内，保证齿条齿轮螺旋轴机构数控综合对刀装置都有效。有两个弹簧21给图示位置上层两个齿条端加力，通过齿条使径向滑块4与限位销5接触。

2　工作原理

在数控镗铣类机床上，将对刀装置的装夹面14装入数控加工刀柄中夹紧，测量它作为基准刀的长度，同样将要使用的其他刀具装入数控加工刀柄中夹紧，测量它们的长度，其他刀具的长度减去基准刀的长度就得到其他刀具的长度补偿量。

将装有对刀装置的刀柄装入数控机床的主轴孔中，并保证找正平面19 与数控机床的X或Y轴尽可能的平行，利用图示一个或两个径向滑块完成X轴工件坐标系原点偏置量的确定工作。具体是合上开关S，指示灯HL2亮，使X坐标轴向径向滑块外圆柱面与工件侧面接触方向移动，直到指示灯HL2熄灭，说明圆柱面20与工件侧面接触，然后继续移动，使指示灯HL1微微发亮，齿条齿轮螺旋轴机构数控综合对刀装置处于正确的对刀位置，计算出X轴工件坐标系原点偏置量；同理利用与图示相垂直另外一个方向上的一个或两个径向滑块完成Y轴工件坐标系原点偏置量的确定。利用对刀轴11，使Z坐标轴向工件上表面接触方向移动，直到指示灯HL1微微发亮，对刀装置就处于正确的对刀位置，计算出Z轴工件坐标系原点偏置量。利用上面的方法，与数控机床坐标位置显示配合也可以完成对工件内外轮廓和深度方向尺寸测量。

在数控车床上，三爪卡盘夹紧装夹面14，具体对刀过程与数控镗铣类机床上相同。

3　结语

本对刀装置具有以下特点：(1)工作原理结构简单，使用非常方便，成本低，对刀效率高，如果用千分表显示可以实现高精度对刀，且可同时用于数控镗铣类机床和数控车床对刀。(2)安装非常方便，易掌握。(3)一次安装就可以完成数控机床工件坐标系的建立，且可用于导电和非导电工件的对刀。(4)与数控镗铣类机床坐标显示配合可完成工件尺寸的测量。(5)在使用过程中，由于与工件接触和车刀与它接触都是弹性接触，提高了本装置的使用寿命。本对刀装置有较为广阔的应用前景。

[1]陈光明，吴洪彬． 数控车床的对刀原理及对刀方法[J]． 机床与液压，2002(13)：179-181.

[2]吴新腾.一种机械传动式数控车床对刀仪的设计与应用[J]．制造技术与机床,2013(9):143-146.

(编辑汪艺)

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Gear rack screw shaft mechanism for integrated CNC tool setting

DONG Guangqiang

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, CHN)

In this paper, we design a gear rack screw shaft mechanism numerical control (NC) integrated tool setting device by analyzing existing tool checking instrument. As a reference tool, one clamping can establish the work piece coordinate system on NC boring-milling machine. Tool setting betweenXandYcoordinate axis achieves elastic contact, and increases the service life of the device. The length compensation of other cutting tools is obtained easily, the workpiece contour and depth dimension is measured with NC machine coordinate position. The device is very convenient to use, without the restrictions ofZaxis of the workpiece to the area of cutter position. It can also be used for NC lathe.

NC machine; gear rack; screw axis; tool setting device

TH7

B

董广强 ，男，1964年生，副教授，主要从事机械设计制造及自动化方面的研究。

2015-10-13)

160433