數控雕刻對刀儀設計

數控機床可在圓柱面、錐面、平面上雕刻各種文字、曲線、圖案。單臺數控雕刻機成本高，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題是由于加工和制造的原因，每個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。如果有一個錯誤在工件的直徑(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題。為了解決這一問題，特別是對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刀裝置。

　　一、對刀儀的機械結構與工作原理

　　如圖，雕刻機機座機體連同工作臺、夾具、工件都為良導體,接到5V電源的地上，雕刻頭固定在機體上時中間采用一層特殊絕緣材料在電路上與機體隔開接5V電源正極。數控系統發出對刀指令后對刀儀向Z軸進給電機發出向下步進一個脈沖(步距為0.001mm)的指令，然后檢測雕刻頭電信號是否為低電平，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，繼續發出進刀指令。對刀精度不大于0.002mm。

　　多工位數控雕刻機對刀儀采用多個獨立控制系統分別控制多個雕刻頭在每次雕刻進刀前自動對刀檢測(配備專用數控系統，在進刀前由每個對刀控制系統獨立工作，對刀完成后由數控系統統一發送運動指令)。對刀采用電接觸檢測，雕刻頭和工件分別為5V電源正負極，接觸后檢測到相應電信號立即停止對刀。由于刀具處于高速旋轉狀態，要實現電信號可靠檢測，需在雕刻頭外固定件與高速旋轉主軸之間采用石墨碳刷壓緊接觸，保證電平信號可靠和連續性。該方法檢測靈敏度高誤差小于0. 002mm,在實際使用中扎刀概率小于0. 0001%。

　　二、對刀儀電路設計

　　多頭對刀儀采用多個獨立單片機控制系統，完成功能主要有如下幾個方面:

　　(1)等待數控系統發出對刀指令，接受到對刀指令后開始對刀動作。對刀動作完成后返饋對刀完成信號給數控系統。

　　(2)數控系統隨時可以解除對刀狀態。

　　(3) 不對刀時接收數控系統發出Z軸脈沖指令,再將該脈沖指令發送給本單片機系統控制的電機。實現Z脈沖的分配。

　　三、可靠性保證措施

　　對刀儀的引入可以解決上述問題，但也帶來了嚴重的問題。如果刀具設置信號有問題，將進行刀具綁定。刀具繼續向下運動，碰到工件表面仍繼續向下運動，會造成嚴重的刀碰事故，必須避免，否則雕刻機無法正常運行。為避免粘刀現象，采取以下可靠性保證措施:

　　(1)雕刻頭采用特殊設計結構。整個雕刻頭作為電極，但在雕刻頭結構圖中可以看到雕刻頭體與中間高速轉軸在做高速旋轉相對運動?？梢哉f，這兩個導體之間的接觸不是100%可靠的，所以在檢測刀尖電信號時會出現錯誤。實驗結果表明，這種結構能使切削率提高1% ~ 5%，嚴重影響性能。為了提高檢測的可靠性，在雕刻頭的上端增加了一個緊湊的石墨碳刷裝置。石墨碳刷通過彈簧壓力靠近高速主軸。使用此結構后，實際綁定率不超過0.0001%。目前客戶使用中沒有約束性報告。

　　(2)高速主軸電機采用直流無刷電機。一方面，直流無刷電機的轉速可達10000 R / min，與相同轉速的交流相比，目前的主軸價格便宜很多。此外，與普通直流電動機相比，運行穩定可靠，無電磁干擾，也大大降低了扎刀的概率。

　　四、結語

　　多工位數控雕刻機已成功應用于全自動數控五軸雕刻機，并取得了良好的效果。生產效率提高了6～7倍。該技術可應用于數控雕刻機的精密雕刻，如各種儀器儀表的校準、步槍瞄準鏡的校準等，也可廣泛應用于數控銑床、加工中心等多工位加工系統中。對刀儀精細化加工