【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机床加工，特别是涉及一种自适应对刀装置、对刀机床及其对刀方法。
技术介绍
1、在机械加工工件时，对刀操作是必要的环节之一，即确定刀具尖端在工件表面上的相对位置坐标。尤其是在精密或超精密加工微纳结构时，对刀精度直接决定了微纳结构的加工质量，同时，加工微纳结构的刀具通常非常尖锐，当对刀深度过大时，不仅严重影响工件加工质量，而且极易损坏刀具和工件，所以通常需要较长时间来缓慢完成对刀操作。
2、现有技术通常采用声或力信号判别法、肉眼观测法来确定刀具是否与工件表面接触，进而获得刀具在工件表面上的相对位置坐标。在现有技术中，声或力信号判别法是通过声或力传感器接收到的信号来判别刀具是否与工件发生了接触，以确定刀具与工件接触时的位置坐标，肉眼观测法是缓慢进给机床线性轴，使刀具缓慢接近工件，通过肉眼观测是否产生切屑，进而确定刀具与工件接触时的位置坐标。
3、在机械加工工件时，刀具固定在刀架上，刀架固定在机床线性轴上，固定连接使刀具-刀架-机床线性轴组成了一个刚体结构，对刀时的对刀深度与接触力呈正相关，由于结构刚度非常高，对刀的接触力不会导致刚体结构发生弯曲变形，也不会引起刚体结构旋转，因此应力全部集中在结构最脆弱的刀具尖端部分，损坏刀具尖端，也会损坏工件表面；现有技术采用声或力传感器接收到的信号仅能判别刀具是否与工件发生了接触，但是由于系统时延及声或力信号的复杂性，并不能准确的判断对刀深度以及刀具尖端与工件初步接触时的位置坐标，当对刀深度过大时会损坏刀具尖端和工件。现有技术通过肉眼观测产生切屑时，需要手动进给
4、因此人们亟需一种提高对刀具的保护效果、提高对刀效率、精确度高的自适应对刀装置。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种自适应对刀装置、对刀机床及其对刀方法，以解决上述现有技术存在的问题，利用密闭压力室内气体的可压缩性，使接触力产生时刀具可随轴芯向密闭压力室运动，提供一定的缓冲，对刀具起到一定的保护效果，对刀效率高，且通过位移量可计算刀具在工件表面的位置坐标，精确度高。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种自适应对刀装置，包括机床、安装在所述机床的刀架上的自适应对刀装置，所述自适应对刀装置包括套筒以及截面呈t型的轴芯，所述套筒内设置有与所述轴芯相匹配的安装腔，所述轴芯的小径段延伸出所述套筒与刀具可拆卸连接，所述轴芯的大径段端面与所述安装腔的内底壁间隔设置形成具有可压缩气体的密闭压力室，所述密闭压力室内设置有用于检测所述密闭压力室轴向距离变化的位移传感器，所述套筒上设置有用于锁紧所述轴芯位置的锁紧结构。
3、优选的，所述密闭压力室通过第一进气压力控制阀与供气设备相连通，所述密闭压力室通过第一出气压力控制阀与大气相连通。
4、优选的，所述轴芯的大径段靠近小径段的端面设置有导向件，所述套筒对应导向件的位置设置有与所述导向件相匹配的导槽，所述导向件滑动设置在所述导槽内。
5、优选的，所述自适应对刀装置还包括气浮轴承，所述气浮轴承嵌设在所述套筒内，所述气浮轴承对应所述轴芯的小径段设置，所述轴芯与所述套筒间具有配合间隙。
6、优选的，所述气浮轴承内设置有环形气室，所述环形气室上设置有第二进气压力控制阀和第二出气压力控制阀，所述气浮轴承的内壁面上均匀设置有若干个节流孔，所述节流孔连通所述环形气室以及所述配合间隙，所述环形气室内压力大于所述密闭压力室内压力。
7、优选的，所述套筒包括外套筒、内套筒以及端盖，所述端盖可拆卸设置在所述外套筒远离所述轴芯小径段的一端，所述内套筒滑动设置在所述外套筒中，所述内套筒一端面与所述外套筒的内壁面之间形成用于安装所述气浮轴承的环形槽，另一端抵接在所述端盖上，所述内套筒的内壁面呈阶梯状，所述内套筒的大内径段、所述轴芯以及所述端盖围设形成所述密闭压力室，所述内套筒的小内径段与所述轴芯的小径段相匹配。
8、优选的，所述锁紧结构为锁紧螺钉，所述套筒端部径向开设有螺纹孔，所述锁紧螺钉与所述螺纹孔螺纹连接。
9、优选的，所述轴芯的小径段远离大径段的端部设置有用于安装刀具的安装槽，所述小径段上对应所述安装槽的位置开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接紧固螺钉，所述紧固螺钉的端部抵接在刀具上。
10、本专利技术还提供一种应用上述自适应对刀装置的对刀机床，包括机床x轴、机床y轴、旋转主轴、机床z轴以及所述刀架，所述机床y轴设置在所述机床x轴上，所述旋转主轴设置在所述机床y轴上，所述刀架设置在所述机床z轴上，所述自适应对刀装置设置在所述刀架上。
11、本专利技术还提供一种上述自适应对刀装置的对刀方法，包括以下步骤：
12、s1：在轴芯上安装刀具，启动机床，机床带动自适应对刀装置向工件运动；
13、s2：刀具与工件接触后，产生接触力逐渐增大，接触力大于密闭压力室压力后，轴芯朝向密闭压力室运动，停止机床，记录位移传感器数值l1和机床坐标z1；
14、s3：控制机床带动自适应对刀装置远离工件，接触力消失，轴芯回位，记录位移传感器数值l2，通过l1与l2的差值和z1计算刀具在工件表面的位置坐标。
15、本专利技术相对于现有技术主要取得了以下技术效果：
16、由于密闭压力室内具有可压缩的气体，当机床带动套筒携带刀具朝向工件运动的过程中，刀具会与工件接触，接触后产生接触力，接触力的存在将会通过轴芯压缩密闭压力室内的气体，表现为轴芯朝向密闭压力室运动，当观察到刀具与工件接触并且机床继续运动后，即可停止机床的继续运动，记录位移传感器测量的数据和当前机床的位置坐标，随后控制机床带动刀具远离工件时，接触力消失，轴芯回位，再次记录位移传感器的数据，两次数据的差值与记录的机床位置坐标之和即为刀具在工件表面的位置坐标，精确度高，由于密闭压力室可提供刀具一定的运动空间，为刀具提供一定的缓冲作用，提高对刀具的保护效果，而且相较于肉眼观测法，无需多次进行微量进给以及观察切屑，只需轴芯产生轴向运动即可，可有效提高对刀效率。
17、本专利技术其他方案相对于现有技术取得了以下技术效果：
18、通过第一进气压力控制阀以及第一出气压力控制阀可便捷调节密闭压力室内的气体压力。
19、气浮轴承可有效减少轴芯与套筒间的摩擦力，减少摩擦力对轴芯运动的影响，而且可减少轴芯的磨损，提高轴芯的使用寿命。
20、密闭压力室内的气体压力可根据需要调整，具有极宽调节范围。
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1.一种自适应对刀装置，其特征在于，包括安装在机床刀架上的套筒以及截面呈T型的轴芯，所述套筒内设置有与所述轴芯相匹配的安装腔，所述轴芯的小径段延伸出所述套筒与刀具可拆卸连接，所述轴芯的大径段端面与所述安装腔的内底壁间隔设置形成具有可压缩气体的密闭压力室，所述密闭压力室内设置有用于检测所述密闭压力室轴向距离变化的位移传感器，所述套筒上设置有用于锁紧所述轴芯位置的锁紧结构。
2.根据权利要求1所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述密闭压力室通过第一进气压力控制阀与供气设备相连通，所述密闭压力室通过第一出气压力控制阀与大气相连通。
3.根据权利要求1所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述轴芯的大径段靠近小径段的端面设置有导向件，所述套筒对应导向件的位置设置有与所述导向件相匹配的导槽，所述导向件滑动设置在所述导槽内。
4.根据权利要求1所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述自适应对刀装置还包括气浮轴承，所述气浮轴承嵌设在所述套筒内，所述气浮轴承对应所述轴芯的小径段设置，所述轴芯与所述套筒间具有配合间隙。
5.根据权利要求4所述的自适应对刀装
6.根据权利要求4所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述套筒包括外套筒、内套筒以及端盖，所述端盖可拆卸设置在所述外套筒远离所述轴芯小径段的一端，所述内套筒滑动设置在所述外套筒中，所述内套筒一端面与所述外套筒的内壁面之间形成用于安装所述气浮轴承的环形槽，另一端抵接在所述端盖上，所述内套筒的内壁面呈阶梯状，所述内套筒的大内径段、所述轴芯以及所述端盖围设形成所述密闭压力室，所述内套筒的小内径段与所述轴芯的小径段相匹配。
7.根据权利要求1所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述锁紧结构为锁紧螺钉，所述套筒端部径向开设有螺纹孔，所述锁紧螺钉与所述螺纹孔螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述轴芯的小径段远离大径段的端部设置有用于安装刀具的安装槽，所述小径段上对应所述安装槽的位置开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接紧固螺钉，所述紧固螺钉的端部抵接在刀具上。
9.一种应用如权利要求1-8任一项所述的自适应对刀装置的对刀机床，其特征在于，包括机床X轴、机床Y轴、旋转主轴、机床Z轴以及刀架，所述机床Y轴设置在所述机床X轴上，所述旋转主轴设置在所述机床Y轴上，所述刀架设置在所述机床Z轴上，所述自适应对刀装置设置在所述刀架上。
10.一种如权利要求9所述对刀机床的对刀方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种自适应对刀装置，其特征在于，包括安装在机床刀架上的套筒以及截面呈t型的轴芯，所述套筒内设置有与所述轴芯相匹配的安装腔，所述轴芯的小径段延伸出所述套筒与刀具可拆卸连接，所述轴芯的大径段端面与所述安装腔的内底壁间隔设置形成具有可压缩气体的密闭压力室，所述密闭压力室内设置有用于检测所述密闭压力室轴向距离变化的位移传感器，所述套筒上设置有用于锁紧所述轴芯位置的锁紧结构。
2.根据权利要求1所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述密闭压力室通过第一进气压力控制阀与供气设备相连通，所述密闭压力室通过第一出气压力控制阀与大气相连通。
3.根据权利要求1所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述轴芯的大径段靠近小径段的端面设置有导向件，所述套筒对应导向件的位置设置有与所述导向件相匹配的导槽，所述导向件滑动设置在所述导槽内。
4.根据权利要求1所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述自适应对刀装置还包括气浮轴承，所述气浮轴承嵌设在所述套筒内，所述气浮轴承对应所述轴芯的小径段设置，所述轴芯与所述套筒间具有配合间隙。
5.根据权利要求4所述的自适应对刀装置，其特征在于，所述气浮轴承内设置有环形气室，所述环形气室上设置有第二进气压力控制阀和第二出气压力控制阀，所述气浮轴承的内壁面上均匀设置有若干个节流孔，所述节流孔连通所述环形气室以及所述配合间隙，所述环形气室内压...
【专利技术属性】
技术研发人员：周天丰，孙涛，郭威佳，孙秀文，梁志强，刘志兵，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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