采用數(shù)控刨床加工平面和簡單的零件時，通常不存在刀具的精確定位和刀具磨損的補償問題，但當用來加工截面輪廓線是復雜曲線的零件時(如羅茨泵轉子的截面輪廓線由四段圓弧、四段外擺線和四段漸開線組成， 大型水環(huán)泵葉輪葉片的輪廓線由多段直線和圓弧組成，它們對工件的尺寸精度、型線位置精度和形狀精度都有較高的要求)，刀尖相對于工件的起始位置直接影響工件的加工精度。由于工件尺寸大、余量大，粗精加工經常又是在同一臺機床上進行，粗精加工要使用不同的刀具，刀具崩刃現(xiàn)象時有發(fā)生， 因此既使加工同一個工件，刀具有時也需要多次更換。每一次裝換刀，都要求刀具的刀尖位于同一起始位置。另外，用同一把刀加工多個工件或一個大型工件，在加工過程中刀具的磨損有時也會超過允許的程度，不進行刀具磨損的補償，工件的尺寸會出現(xiàn)超差。要實現(xiàn)工件的高精度加工，刀具的精確定位和刀具磨損的補償問題必需得到很好的解決。一般數(shù)控刨床在刀具初裝和更換后的定位問題通常有兩種解決方法：一是試切法；二是用對刀塊調整法。但兩個方法不是精度差，就是操作不方便。刀具的磨損補償，通常是在知道刀具磨損量的情況下才能進行，但刀具磨損的在線檢測本身就是一個不好實現(xiàn)的復雜的問題。為此，研究了結構簡單、操作方便的自動對刀和刀具磨損自動補償裝置。

1 裝置的結構

    圖1所示就是作者設計的數(shù)控刨床自動對刀和刀具磨損自動補償裝置。該裝置的結構非常簡單，由對刀塊、絕緣體和底座三部分組成。整個裝置由底座通過螺釘固定在工作臺上。對刀裝置與工作臺一起通過X向的伺服電機做水平方向的移動，刀具由Z向伺服電機控制做上下移動。對刀塊和底座各有一個接線端，兩者之間由絕緣體來絕緣。對刀塊的凹槽由兩個斜面和一個平面組成，稱為對刀斜面和對刀底面。其中對刀底面與工作臺的臺面平行，對刀斜面與刨刀的前后移動方向平行。為了保證對刀的精度，對刀塊的斜面和底面都要求有較高的平面度和低的粗糙度。

   對刀信號檢測電路，如圖2示。它主要由一個光電耦合器件和兩個限流電阻組成。對刀塊上的兩條信號輸出線作為輸入信號分別接信號檢測電路的兩個輸入端，形成一個開關電路，輸出信號接數(shù)控系統(tǒng)的并行接口8155。從電路上看，在圖1中由于底座通過工作臺、床身與刀具相連，接線端2也就與刀尖相連。當?shù)都馀c任一對刀面接觸時，信號檢測電路光藕器的發(fā)光二極管會導通、發(fā)光, 光敏三極管亦導通, 輸出端電平會由高變低。當?shù)都怆x開對刀面后, 發(fā)光二極管的通路被關斷，發(fā)光停止，輸出端又恢復為高電平。這個信號作為數(shù)控系統(tǒng)的輸入信號，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入信號電平的高低判斷刀尖與對刀塊是否接觸。

2 對刀方法

    對刀就是在裝刀和換刀時，通過對刀具位置的調整使其刀尖置于相對于工件某一確定的空間位置(對刀原點)。如果工件安裝在工作臺上的位置確定，那么只要刀尖相對工作臺的位置確定，刀尖相對于工件的位置也就確定。因此通過調整刀具相對于工作臺的位置同樣可以達到對刀的目的。刨床的對刀，要求在兩個方位上確定刀尖的位置，一是垂直方位，另一個是水平方位。對于圖1所示的對刀裝置來說，刀尖垂直方位由刀尖相對于對刀底面的位置來確定，水平方位由刀尖相對于兩對刀斜面的位置來確定。

    對刀的過程就是用刀尖尋找對刀底面之上和對刀斜面之間某一中點的問題。設對刀原點在對刀塊兩對刀斜面中間上方的20mm處，對刀方法如下：

1. 首先控制工作臺和刀具移動，使刀具處于對刀底面的上方(高度不限)；
   
2. 控制刀具下移，并在下移過程中，每向下走一步，檢測一次刀尖和底對刀面是否接觸。當檢測到刀尖接觸對刀面的信號時, 控制刀具停止下移，將Z坐標值清零，然后控制刀具向上移5mm；
   
3. 控制工作臺左移，使右對刀斜面移向刀具，當檢測到刀尖接觸右對刀斜面時, 工作臺停止移動，X坐標值清零；
   
4. 控制工作臺反方向移動，同時，記錄沿此方向的位移量L。當檢測到刀頭接觸到左對刀斜面時, 工作臺停止移動。
   
5. 控制工作臺左移至兩側對刀面的中間位置(即L/2處)。
   
6. 控制刀具上移15mm, 將X、Z兩個坐標值清零。 此時刀尖所在的位置即是設定的對刀原點。

    刀尖的縱向磨損, 會使刀具刀尖最低點的位置上移，相當于對刀原點上移；刀尖橫向的磨損會造成刀具刀尖中心位置的左偏或右偏，相當于對刀原點左偏或右偏。通過對刀，可以使對刀原點自動得到恢復，刀具的磨損也就得到了自動補償。在刀具磨損速度比較快的情況下，在加工的過程中，可用多次對刀的辦法來實現(xiàn)刀具磨損的在線補償。

    對刀和刀具磨損的自動補償功能，要在設計數(shù)控系統(tǒng)時作為一個功能模塊來設計。對于采用PC機作主機的數(shù)控系統(tǒng)，如果沒有對刀程序，也可以單獨設計一個對刀程序。一般PC機和各種數(shù)控系統(tǒng)都有并行I/O接口，因此除了光電耦合器件外，實現(xiàn)這一功能不需要外加其它的接口電路。

    在了解了對刀和刀具磨損補償?shù)乃悸泛�，就可以設計一個程序來實現(xiàn)這一功能。對刀程序的設計不是一個困難的問題，具體程序的設計筆者在此就作不介紹了。

4 結束語