一种数控车床防撞刀系统技术方案

本发明专利技术涉及一种数控车床防撞刀系统，包括一个刀架及装夹好工件的车床，在刀架的中部设置有一个镜面反射光电开关，刀架上装夹用于切削工件的粗车刀，车床通过卡盘固定被切削工件，车床在X轴和Y轴方向上各设有一个反光板，刀架通过步进电动机实现移动，刀架上的镜面反射光电开关通过车床X轴和Y轴上反光板反射的光信号对刀架位置进行检测。并通过控制系统读取数控车床的脉冲信号机电平高低进一步判断刀具移动的速度和方向，从而判定刀具是否会发生撞刀事故，并在撞刀前进行紧急制动。能够有效防止粗车刀撞刀事故问题的发生，具有准确性强、检测可靠、成本低廉等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种数控车床防撞刀系统
本专利技术属于数控加工
，涉及一种数控车床防撞刀系统及其判定方法。
技术介绍
数控是一门技术密集型的专业，系统种类多，它包含的相关知识也较多，在数控车的培训过程中，学员缺乏数控操作的实际经验与系统的理论知识，往往更容易导致撞刀事故发生。所谓撞刀，是指数控车床在加工过程中刀具(或刀架)以G00指令速度与工件(或机床的其他部件)相碰撞的一种非正常工作的切削状态。由于现代数控车床一般均安装有限位开关，刀具与机床其他部件碰撞的可能性是非常小的。一般数控车床的撞刀绝大多数发生在刀具与工件之间。撞刀事故的发生，不仅造成刀具及工件的损毁偶尔的人身伤害，而且对价格昂贵的数控车床的危害也极大，严重的可造成数控车床的报废。数控车床的仿真软件，对于数控车床的安全运行提供了很大的帮助，但不能完全消除撞刀事故的发生。因此，怎样避免撞刀一直都是数控车床操作人员重点考虑的问题，特别对初学者来说，撞刀问题对他们造成了巨大的心理压力，非常不利于我国数控技术人员的培养。撞刀事故的发生主要原因有2点：一是程序指令不熟悉由于历史原因，社会上现有的数控系统种类较多。相同的指令，在不同的系统，可能有着完全不同的意义和用法。初学者由于对系统知识掌握、记忆不牢靠，在编程时张冠李戴，极易将不同系统中的指令混用。还有是对指令含义理解不透，不了解同行程序中不同指令执行的先后顺序。二是实际加工模型与编程模型脱节对于一个零件的加工，在编制程序时其实就已经确定了一个相应的虚拟加工模型，如程序的编程零点、加工的起刀点位置、工件的装夹长度及直径、每把刀的刀编号等。因此在机床实际操作中，应注意将机床的实际设定与编程时的虚拟设定严格统一，任何加工中的实际设定与编程的虚拟设定矛盾均有可能导致撞刀事故。如编程时以工件右端面轴心作为编程零点，而在进行实操加工时将卡盘端面中心设定为零点。
技术实现思路
为克服上述的技术缺点，本专利技术提供一种数控车床防撞刀系统及其判定方法。它通过在刀架上设置镜面反射式光电开关检测车刀位置，判断刀架是否进入可能发生撞刀的警戒区域，再进一步判断刀具移动的速度和方向，从而判定刀具是否会发生撞刀事故，并在撞刀前进行紧急制动。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方法是：一种数控车床防撞刀系统，包括一个刀架及装夹好工件的车床，在刀架的中部设置有一个镜面反射光电开关，刀架上装夹用于切削工件的粗车刀，车床通过卡盘固定被切削工件，车床在X轴和Y轴方向上各设有一个反光板，刀架通过步进电动机实现移动，刀架上的镜面反射光电开关通过车床X轴和Y轴上反光板反射的光信号对刀架位置进行检测。并通过控制系统读取数控车床的脉冲信号机电平高低进一步判断刀具移动的速度和方向，从而判定刀具是否会发生撞刀事故，并在撞刀前进行紧急制动。该数控车床防撞刀系统的判定方法，其步骤是：1、对数控系统车刀在Y轴位置的判定，当刀架移动到某一处时，镜面反射光电开关接收到Y轴反射板反射的光信号，系统判定此时粗车刀处于Y轴的警戒区域，系统设计有隔时基检测的滤波电路，防止长切屑对信号检测的影响；2、对数控系统车刀在X轴位置的判定，当刀架移动到某一处时，镜面反射光电开关接收到X轴反射板反射的光信号，系统判定此时粗车刀处于X轴的警戒区域，系统设计有隔时基检测的滤波电路，防止长切屑对信号检测的影响；3、对车刀在X、Y轴的位置的判断，系统均设计有隔时基检测的滤波电路，防止长切屑对信号的影响，只有当粗车刀在X、Y轴上均处于警戒区域时，判定车刀相对工件处于双轴警戒区域；4、检测粗车刀的移动方向，当系统判定粗车刀处于双轴警戒区域时，检测车刀运动方向信号，粗车刀运动方向信号只要检测步进电动机方向信号的高低电平即可，对X轴，若步进电动机使车刀方向为远离工件，则判定不会撞刀，对Y轴，若步进电动机使车刀方向为远离工件，也判定不会撞刀，控制系统进入对车刀移动方向的循环检测，当检测到X、Y轴的车刀有一个方向为接近工件时，判定存在撞刀的可能，系统进入下一个环节检查；5、检测刀具移动速度，通过测定X轴及Y轴步进电机的脉冲信号频率检测车刀移动速度。若检测刀具移动速度小于300mm/min，则判定移动速度为进给速度，控制系统返回步骤4继续做作循环检测；若检测刀具快速移动大于1000mm/min时，则判定该速度为快速进给，从而判定要发生撞刀事故，控制系统控制发出警报并实现步进电动机锁相制动；6、步进电动机快速制动，实现步进电动机的锁相，只须在出现“撞刀”状态后的瞬间，切断步进电动机伺服驱动的脉冲信号输入，则机床控制系统将自动实现电动机的单相锁相；7、控制系统急停后的后续处理，当中断控制脉冲时，步进电动机从同步状态急剧减速到停车锁定，这个稳定同步状态时的频率称为稳定极限刹车频率，高于这个频率时，会导致脉冲丢失现象，导致车刀刀尖实际坐标与设定坐标不符，步进电动机的这种在高频下刹车丢步的特性，在控制系统的应用中应该引起注意。当机床在自动加工过程中出现“撞刀”而停车后，应首先按机床的进给暂停健，退出机床加工状态，并对单片机控制系统复位后，手动退出车刀，分析撞刀事故原因，做出更正，重新设定工件坐标系，方可继续加工工件。所述X轴、Y轴反光板分别安装在车床主轴箱及车床后挡板上。所述镜面反射光电开关内置有发射装置及接受装置。所述X轴、Y轴反光板安装均高于卡盘及工件，卡盘及工件不会影响到镜面反射光电开关。所述X轴、Y反光板的位置可以根据工件的大小长度及装刀后的位置进行人工调整，保证警戒区域的准确性。本专利技术的有益效果是：本专利技术部分内容已发表论文，其中与“经济型数控车床步进电动机制动距离实验研究”（文献1）及“数控车床撞刀事故的研究与解决”（文献2）的不同在于：（1）文献1对刀具与工件距离是接触式的信号检测，缺少紧急制动所需的缓冲距离，不能防止撞刀的发生，只能减少撞刀事故带来的损失，且要求工件要与卡盘绝缘装夹，加工中不能使用切削液。（2）文献1中缺少紧急制动所需的缓冲距离，为了更快处理信号而采用CPLD进行控制，本专利可预留较大的缓冲制动距离，采用单片机控制，成本更低廉；（3）文献2由于信号检测原理导致没有刀具停车的缓冲距离，为能快速制动以减小碰撞事故引起的损失，顾采用三相锁相制动。但三相锁相需要对原机床电路板进行修改，技术难度较大且容易引起系统故障的风险，增加运营成本。本专利设计采用单相锁相，只要切断脉冲信号即可实现，不存在上述问题。与文献3“基于PLC的数控车床防撞刀系统设计”不同在于：（1）文献3采用电涡流式传感器对刀具与工件的距离进行检测，现实中由于切削液及铁屑等因素的影响效果不好。而本专利技术采用光电传感器进行检测，检测更为可靠，且排除了切削屑及切削液对检测系统的影响；（2）文献3采用PLC进行控制，本专利采用单片机控制，成本远低于PLC。本专利技术能够有效防止粗车刀撞刀事故问题的发生，具有准确性强、检测可靠、成本低廉等特点。附图说明图1是本专利技术结构示意图。图中：1-刀架，2-工件，3-卡盘，4-主轴箱侧板，5-Y轴反光板，6-车床后挡板，7-镜面反射光电开关，8-粗车刀，9-双轴警戒区域，10-X轴反光板。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步说明。参见图1，一种数控车床防撞刀系统，包括一个刀架1及一个固定工件2的卡盘3，在刀架1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控车床防撞刀系统，包括一个刀架及装夹好工件的车床，其特征是：在刀架的中部设置有一个镜面反射光电开关，刀架上装夹用于切削工件的粗车刀，车床通过卡盘固定被切削工件，车床在X轴和Y轴方向上各设有一个反光板，刀架通过步进电动机实现移动，刀架上的镜面反射光电开关通过车床X轴和Y轴上反光板反射的光信号对刀架位置进行检测；并通过控制系统读取数控车床的脉冲信号机电平高低进一步判断刀具移动的速度和方向，从而判定刀具是否会发生撞刀事故，并在撞刀前进行紧急制动。

【技术特征摘要】
1.一种数控车床防撞刀系统，包括一个刀架及装夹好工件的车床，其特征是：在刀架的中部设置有一个镜面反射光电开关，刀架上装夹用于切削工件的粗车刀，车床通过卡盘固定被切削工件，车床在X轴和Y轴方向上各设有一个反光板，刀架通过步进电动机实现移动，刀架上的镜面反射光电开关通过车床X轴和Y轴上反光板反射的光信号对刀架位置进行检测；并通过控制系统读取数控车床的脉冲信号机电平高低进一步判断刀具移动的速度和方向，从而判定刀具是否会发生撞刀事故，并在撞刀前进行紧急制动；上述数控车床防撞刀系统的判定方法是：1、对数控系统车刀在Y轴位置的判定，当刀架移动到某一处时，镜面反射光电开关接收到Y轴反射板反射的光信号，系统判定此时粗车刀处于Y轴的警戒区域，系统设计有隔时基检测的滤波电路，防止长切屑对信号检测的影响；2、对数控系统车刀在X轴位置的判定，当刀架移动到某一处时，镜面反射光电开关接收到X轴反射板反射的光信号，系统判定此时粗车刀处于X轴的警戒区域，系统设计有隔时基检测的滤波电路，防止长切屑对信号检测的影响；3、对车刀在X、Y轴的位置的判断，系统均设计有隔时基检测的滤波电路，防止长切屑对信号的影响，只有当粗车刀在X、Y轴上均处于警戒区域时，判定车刀相对工件处于双轴警戒区域；4、检测粗车刀的移动方向，当系统判定粗车刀处于双轴警戒区域时，检测车刀运动方向信号，粗车刀运动方向信号只要检测步进电动机方向信号的高低电平即可，对X轴，若步进电动机使车刀方向为远离工件，则判定不会撞刀，对Y轴，若步进电动机使车刀方向为远离工件，也判定不会撞刀，控制系统进入对车刀移动方向的循环检测，当检测到X、Y轴的车刀有一个方向为接近工件时，判定存在撞...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘志敏，霍英，宋玉春，
申请(专利权)人：韶关学院，
类型：发明
国别省市：广东;44