[发明专利]一种数控车床防撞刀系统及其判定方法

说明书

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，涉及一种数控车床防撞刀系统及其判定方法。

背景技术

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。

发明内容

为克服上述的技术缺点，本发明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。

本发明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；