CN111215963A - 一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，包括：壳体、设置在所述壳体中的内杆、位于所述壳体外的触头；所述壳体与所述触头相对位置设置有开口，所述内杆穿过所述开口与所述触头连接，所述壳体背离所述开口一端设置有仿生裂纹传感器装置，所述仿生裂纹传感器装置包括：仿生裂纹传感器、与所述仿生裂纹传感器对应的触发器。触头位于壳体外，在移动仿生对刀器时可以接触到待加工件，一旦触头接触到待加工件，则会带动内杆移动从而使得仿生裂纹传感器与触发器相接触，也就是说触发器触发了仿生裂纹传感器发出信号，从而确定待加工件的位置，实现对刀。由于采用仿生裂纹传感器感应触头与待加工件的接触，提高了对刀的精度。

Description

一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器

技术领域

本发明涉及数控加工刀具对准技术领域，尤其涉及的是一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器。

背景技术

数控机床本身的精度高、生产率高，所以普及率也越来越高，机床对刀器的运用也越来越多。对刀是数控设备必须的操作过程，在数控机床的使用中，需要定义坐标，以此来简化程序的运行。

现有技术中，现在对刀操作中，主要有接触式对刀及非接触式对刀两种方法。接触式对刀存在以下缺点：手工操作效率低、精度低、对操作者的技术要求较高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，旨在解决现有技术中对刀存在精度低的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其中，包括：壳体、设置在所述壳体中的内杆、位于所述壳体外的触头；所述壳体与所述触头相对位置设置有开口，所述内杆穿过所述开口与所述触头连接，所述壳体背离所述开口一端设置有仿生裂纹传感器装置，所述仿生裂纹传感器装置包括：仿生裂纹传感器、与所述仿生裂纹传感器对应的触发器；所述仿生裂纹传感器与所述壳体连接，所述触发器与所述内杆连接，或者所述仿生裂纹传感器与所述内杆连接，所述触发器与所述壳体连接。

所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其中，所述仿生裂纹传感器包括：XY向子传感器和/或Z向子传感器，所述触发器包括：XY向触发器和/或Z向触发器；所述XY向子传感器和所述XY向触发器围绕所述内杆设置，所述Z向子传感器和所述Z向触发器位于所述内杆的中心线上；所述XY向子传感器和所述Z向子传感器均与所述壳体连接，所述XY向触发器与所述Z向触发器均与所述内杆连接。

所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其中，所述触头包括：XY向触环和/或Z向触头；所述XY向触环围绕所述内杆设置，所述Z向触头位于所述内杆的中心线上。

所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其中，所述仿生裂纹传感器包括：柔性基板、设置在所述柔性基板上的导电层，所述柔性基板上设置有若干个仿生裂纹。

所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其中，所述壳体包括：底座，设置在所述底座上并套设在所述内杆外的外杆。

所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其中，所述外杆背离所述底座一侧设置有限位槽，所述内杆上设置有与所述限位槽配合的限位环；所述限位槽的宽度大于所述限位环的宽度。

所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其中，所述底座与所述外杆采用螺纹连接。

所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其中，所述壳体内设置有与所述仿生裂纹传感器装置连接的蓝牙模块。

一种对刀方法，其中，采用如上述任意一项所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，所述方法包括以下步骤：

将所述仿生对刀器安装到数控机床上，并固定待加工件；

移动所述仿生对刀器直至所述仿生裂纹传感器装置检测到所述触头接触到所述待加工件，并得到所述触头的移动距离；

通过所述仿生对刀器的位置和所述触头的移动距离得到所述待加工件的位置。

所述的对刀方法，其中，所述移动所述仿生对刀器直至所述仿生裂纹传感器装置检测到所述触头接触到所述待加工件，并输出所述触头的移动距离，包括：

分别从X轴、Y轴、Z轴三个方向移动所述仿生对刀器直至所述仿生裂纹传感器装置检测到所述触头接触到所述待加工件，并分别得到所述触头的X向移动距离、Y向移动距离、Z向移动距离。

有益效果：触头位于壳体外，在移动仿生对刀器时可以接触到待加工件，一旦触头接触到待加工件，则会带动内杆移动从而使得仿生裂纹传感器与触发器相接触，也就是说触发器触发了仿生裂纹传感器发出信号，从而确定待加工件的位置，实现对刀。由于采用仿生裂纹传感器感应触头与待加工件的接触，提高了对刀的精度。

附图说明

图1是本发明中仿生对刀器的剖视图。

图2是本发明中内杆、触头、触发器的结构示意图。

图3是本发明中外杆的结构示意图。

图4是本发明中底座的结构示意图。

图5是本发明中XY向子传感器的传感元件的结构示意图。

图6是本发明中Z向子传感器的结构示意图。

图7是本发明中XY向对刀原理图。

图8是本发明中Z向对刀原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1-图8，本发明提供了一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器的一些实施例。

利用生物巧妙的结构，借助仿生思维，为各类研究提供了优秀的蓝本。蝎子体表缝感受器具有优异的机械量感知能力，利用其优异的机械量感知能力来设计仿生对刀器，能够获得高精度，低成本，受工作环境影响少的对刀设备。

如图1所示，本发明的一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，包括：壳体1、设置在所述壳体1中的内杆2、位于所述壳体1外的触头3；所述壳体1与所述触头3相对位置设置有开口，所述内杆2穿过所述开口与所述触头3连接，所述壳体1背离所述开口一端设置有仿生裂纹传感器装置，所述仿生裂纹传感器装置包括：仿生裂纹传感器、与所述仿生裂纹传感器对应的触发器；所述仿生裂纹传感器与所述壳体1连接，所述触发器与所述内杆2连接，或者所述仿生裂纹传感器与所述内杆2连接，所述触发器与所述壳体1连接。

值得说明的是，触头3位于壳体1外，在移动仿生对刀器时可以接触到待加工件，一旦触头3接触到待加工件，则会带动内杆2移动从而使得仿生裂纹传感器与触发器相接触，也就是说触发器触发了仿生裂纹传感器发出信号，从而确定待加工件的位置，实现对刀。由于采用仿生裂纹传感器感应触头3与待加工件的接触，提高了对刀的精度。

具体地，仿生裂纹传感器可以设置在壳体1或者内杆2上，相应的，触发器则设置在内杆2或壳体1上，本实施例中将仿生裂纹传感器设置在壳体1上，触发器设置在内杆2上。在触头3接触到待加工件之前，壳体1的中心轴线与内杆2的中心轴线是重合的，在触头3刚接触到待加工件时，壳体1继续移动，而触头3受到待加工件的阻挡，无法继续移动，从而导致壳体1的中心轴线与内杆2的中心轴线错开，并出现一夹角，或者壳体1与内杆2在中心轴线方向上出现位移。由此可知，仿生裂纹传感器可以在中心轴线上或者内杆2的周向上。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1、图5-图7所示，在这里我们定义中心轴线为Z轴方向，内杆2的轴向位于X轴方向和Y轴方向形成的XY平面内。所述仿生裂纹传感器包括：XY向子传感器41和/或Z向子传感器42，所述触发器包括：XY向触发器51和/或Z向触发器52；所述XY向子传感器41和所述XY向触发器51围绕所述内杆2设置，所述Z向子传感器42和所述Z向触发器52位于所述内杆2的中心线上；所述XY向子传感器和所述Z向子传感器均与所述壳体连接，所述XY向触发器与所述Z向触发器均与所述内杆连接。当然在其他实施例中，也可以是所述XY向子传感器和所述Z向子传感器均与所述内杆连接，所述XY向触发器与所述Z向触发器均与所述壳体连接。

具体地，根据需要我们设置仿生裂纹传感器，例如，只需要Z轴方向对刀时，可以只设置Z向子传感器42；只需要X轴方向对刀时，可以只设置X向子传感器，通常，对刀方向并不完全平行于X轴和Y轴，因此，设置XY向子传感器41，便于实现二维平面内各方向的对刀。当然也可以同时设置XY向子传感器41和Z向子传感器42，实现三维空间内各方向的对刀。当然这里的XYZ轴方向是为了便于说明进行定义的，并不是说，XY平面为水平面，Z轴方向为竖直方向。例如在只设置Z向子传感器42时，可以摆放在水平面内进行对刀，也可以摆放在竖直方向上进行对刀。

更具体地，在XY向子传感器41中，可以设置4个传感元件(如图5所示)，分别代表±X轴方向和±Y轴方向，也就是说，两两传感元件之间相隔90°。也可以进一步细化XY平面内的方向，设置更多个传感元件，例如，设置8个传感元件，两两传感元件之间相隔45°，使得触发器可以独立触发某一个方向下的传感元件，从而在该方向上实现对刀。各传感元件的截面呈原弧形，该圆弧对应的圆心角可以根据需要调整，例如采用4个传感元件时，该圆弧对应的圆心角为0°-90°。需要说明的是，圆心角为0°时，传感元件的截面并不是圆弧形，而是一点。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1-图2所示，为了更好地实现，触头3与待加工件进行接触，将XY向和Z向对触头3进行结构细化，所述触头3包括：XY向触环32和/或Z向触头31；所述XY向触环32围绕所述内杆2设置，所述Z向触头31位于所述内杆2的中心线上。

具体地，XY向触环32的截面和Z向触头31的截面均呈圆弧状，即使内杆2在XY平面内发生转动，并不影响触头3与待加工件的接触。

在本发明的一个较佳实施例中，所述仿生裂纹传感器包括：柔性基板、设置在所述柔性基板上的导电层，所述柔性基板上设置有若干个仿生裂纹(如图5-图6所示)。

具体地，导电层并不是平面状，而是依照仿生裂纹的形状分布，例如仿生裂纹的截面呈V型，则导电层也呈V型，在柔性基板受到触发器的挤压时，仿生裂纹会靠拢，从而减小了导电层的电阻，也就是说，通过检测导电层的电阻变化可以判断出触头3是否接触到待加工件，根据电阻变化值，可以得到触头3偏移量，为了进一步提高精度，可以根据电阻变化值计算触头3偏移量，并将触头3偏移量计入到确定待加工件的位置中。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1、图3、图4所示，所述壳体1包括：底座12，设置在所述底座12上并套设在所述内杆2外的外杆11。

具体地，底座12位于内杆2的中心轴线上，外杆11围绕内杆2设置。也就是说，Z向子传感器42设置在底座12上，XY向子传感器41设置在外杆11上。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1-图3所示，为了防止内杆2从外杆11中滑出，所述外杆11背离所述底座12一侧设置有限位槽111，所述内杆2上设置有与所述限位槽111配合的限位环21；所述限位槽111的宽度大于所述限位环21的宽度。

具体地，这里将限位槽111的宽度设置为大于限位环21的宽度，是为了便于在中心轴线上，内杆2在外杆11内滑动。例如当中心轴线在竖直方向上时，内杆2受到重力的影响，限位环21位于限位槽111中位于下方的侧壁上，而远离限位槽111中位于上方的侧壁，因此，在触头3接触到待加工件时，内杆2向上移动，限位环21也向上移动直至接触到限位槽111中位于上方的侧壁，通过控制限位槽111的宽度(即两个侧壁之间的间距)可以防止Z向触头31过度挤压Z向子传感器42，从而保护Z向子传感器42。

此外，可以在限位槽111内设置弹性件，具体地，在限位槽111中位于上方的侧壁上设置弹性件，以使限位环21与限位槽111中位于下方的侧壁接触。从而将仿生对刀器倒置后，触头3位于上方时，内杆2不至于受到重力下降，因此也可以进行对刀。

如图3所示，壳体1的开口处设置有支点环112，例如，弧面倒角，开口位于外杆11的一端，支点环112为圆锥台形，圆锥台的底面位于开口处，圆锥台的顶面位于外杆11内，这样在触头3接触到待加工件时，内杆2以圆锥台的顶面处为支点进行偏移，从而将触头3受到待加工件阻挡的距离放大，XY向触发器51更容易触发XY向子传感器41。

在本发明的一个较佳实施例中，如图3-图4所示，所述底座12与所述外杆11采用螺纹连接。

具体地，为了便于安装，可以将外杆11采用两个半圆形部件合并形成，并通过外螺纹113与底座12的内螺纹121配合，从而固定内杆2。

在本发明的一个较佳实施例中，所述壳体1内设置有与所述仿生裂纹传感器装置连接的蓝牙模块。具体地，蓝牙模块与仿生裂纹传感器连接。

具体地，通过蓝牙模块实现所述仿生裂纹传感器装置的信号采集和输出，实现无线对刀。XY向子传感器41和Z向子传感器42分别对应有蓝牙模块，分别为第一蓝牙模块和第二蓝牙模块。如图3所示，在外杆11上设置有XY向子传感器安装位114，第一蓝牙模块安装位115。如图4所示，底座12上设置有Z向子传感器安装位122和第二蓝牙模块安装位123。

基于上述任一实施例所述的仿生对刀器，本发明还提供了一种对刀方法的较佳实施例：

本发明实施例所述一种对刀方法，包括以下步骤：

步骤S100、将所述仿生对刀器安装到数控机床上，并固定待加工件。

步骤S200、移动所述仿生对刀器直至所述仿生裂纹传感器装置检测到所述触头3接触到所述待加工件，并得到所述触头3的移动距离。

具体地，分别从X轴、Y轴、Z轴三个方向移动所述仿生对刀器直至所述仿生裂纹传感器装置检测到所述触头3接触到所述待加工件，并分别得到所述触头3的X向移动距离、Y向移动距离、Z向移动距离。

步骤S300、通过所述仿生对刀器的位置和所述触头3的移动距离得到所述待加工件的位置。

具体地，对XY坐标进行定位时，将仿生对刀器通过底座12安装到数控机床上，将待加工件通过夹具固定住，移动对刀器快速贴近待加工件，接近时降低速度，缓慢靠近待加工件，当仿生对刀器接触到待加工件时，触头3发生偏转，该偏转在外杆11内壁杠杆支点环112的支撑下进行放大，内杆2的XY向触发器51挤压位于外杆11内壁的仿生裂纹传感器，仿生裂纹传感器产生电阻变化，通过电路装置将数据收集处理，并进行补偿矫正，然后利用蓝牙装置将数据传到数控终端，同时在数控终端提醒操作者，对刀器已碰触到待加工件。

更具体的，靠近工件时改用微调操作，根据数控终端的提示(此时已自动记录机床坐标系中的X坐标值)，停止移动。沿Z正方向退刀，用同样方法接近工件右侧，获得右侧机床坐标系中的X坐标值。据此可得工件坐标系原点在机床坐标系中X坐标值。同理可得工件坐标系原点在机床坐标系中Y坐标值。

对Z坐标进行定位时，将仿生对刀器通过底座12安装到数控机床上，将待加工件通过夹具固定住，移动对刀器快速贴近待加工件，接近时降低速度，缓慢靠近待加工件，当仿生对刀器接触到待加工件时，触头3向后挤压，内杆2尾部的Z向触发器52挤压位于底座12尾部的仿生裂纹传感器，产生电阻变化，通过电路装置将数据收集处理，然后利用蓝牙装置将数据传到数控终端，同时在数控终端提醒操作者，仿生对刀器已碰触到待加工件。

坐标补偿原理：位移越大，仿生裂纹传感器变形越大，电阻变化就越大。根据电阻变化值，可得出仿生裂纹传感器变形程度，从而得到XY向触发器51的位移大小(得到Z向触发器52的位移大小，得出Z向触头31位移)，根据杠杆放大倍数(如图7所示，b/a为杠杆放大倍数)，得出xy向触头环位移大小。仿生对刀器在机床坐标系中的位置减去相应触头的位移，即为待加工件在机床坐标系中的位置。

本发明的有效效果：1.本发明的仿生对刀器结构简单，操作方便，定位精确度高，抗干扰能力强。2.本发明的仿生对刀器，具有广泛适应性，对任何工件的任何加工位置，都可进行精准的对刀定位。3.不需要人眼观察是否已经发生接触，能都提高精准度。4.仿生裂纹传感器灵敏性高，细小挤压就可发生信号变化，提高精准度。5.对刀方法简单，对操作者熟练度要求低。6.若接触过大，电阻变化大，可根据阻值变化进行相关坐标补偿。

综上所述，本发明所提供的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，包括：壳体、设置在所述壳体中的内杆、位于所述壳体外的触头；所述壳体与所述触头相对位置设置有开口，所述内杆穿过所述开口与所述触头连接，所述壳体背离所述开口一端设置有仿生裂纹传感器装置，所述仿生裂纹传感器装置包括：仿生裂纹传感器、与所述仿生裂纹传感器对应的触发器；所述仿生裂纹传感器与所述壳体连接，所述触发器与所述内杆连接，或者所述仿生裂纹传感器与所述内杆连接，所述触发器与所述壳体连接。触头位于壳体外，在移动仿生对刀器时可以接触到待加工件，一旦触头接触到待加工件，则会带动内杆移动从而使得仿生裂纹传感器与触发器相接触，也就是说触发器触发了仿生裂纹传感器发出信号，从而确定待加工件的位置，实现对刀。由于采用仿生裂纹传感器感应触头与待加工件的接触，提高了对刀的精度。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其特征在于，包括：壳体、设置在所述壳体中的内杆、位于所述壳体外的触头；所述壳体与所述触头相对位置设置有开口，所述内杆穿过所述开口与所述触头连接，所述壳体背离所述开口一端设置有仿生裂纹传感器装置，所述仿生裂纹传感器装置包括：仿生裂纹传感器、与所述仿生裂纹传感器对应的触发器；所述仿生裂纹传感器与所述壳体连接，所述触发器与所述内杆连接，或者所述仿生裂纹传感器与所述内杆连接，所述触发器与所述壳体连接。

2.根据权利要求1所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其特征在于，所述仿生裂纹传感器包括：XY向子传感器和/或Z向子传感器，所述触发器包括：XY向触发器和/或Z向触发器；所述XY向子传感器和所述XY向触发器围绕所述内杆设置，所述Z向子传感器和所述Z向触发器位于所述内杆的中心线上；所述XY向子传感器和所述Z向子传感器均与所述壳体连接，所述XY向触发器与所述Z向触发器均与所述内杆连接。

3.根据权利要求2所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其特征在于，所述触头包括：XY向触环和/或Z向触头；所述XY向触环围绕所述内杆设置，所述Z向触头位于所述内杆的中心线上。

4.根据权利要求1所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其特征在于，所述仿生裂纹传感器包括：柔性基板、设置在所述柔性基板上的导电层，所述柔性基板上设置有若干个仿生裂纹。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其特征在于，所述壳体包括：底座，设置在所述底座上并套设在所述内杆外的外杆。

6.根据权利要求5所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其特征在于，所述外杆背离所述底座一侧设置有限位槽，所述内杆上设置有与所述限位槽配合的限位环；所述限位槽的宽度大于所述限位环的宽度。

7.根据权利要求5所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其特征在于，所述底座与所述外杆采用螺纹连接。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，其特征在于，所述壳体内设置有与所述仿生裂纹传感器装置连接的蓝牙模块。

9.一种对刀方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的基于蝎子缝传感器的用于数控机床的仿生对刀器，所述方法包括以下步骤：

将所述仿生对刀器安装到数控机床上，并固定待加工件；

移动所述仿生对刀器直至所述仿生裂纹传感器装置检测到所述触头接触到所述待加工件，并得到所述触头的移动距离；

通过所述仿生对刀器的位置和所述触头的移动距离得到所述待加工件的位置。

10.根据权利要求9所述的对刀方法，其特征在于，所述移动所述仿生对刀器直至所述仿生裂纹传感器装置检测到所述触头接触到所述待加工件，并输出所述触头的移动距离，包括：

分别从X轴、Y轴、Z轴三个方向移动所述仿生对刀器直至所述仿生裂纹传感器装置检测到所述触头接触到所述待加工件，并分别得到所述触头的X向移动距离、Y向移动距离、Z向移动距离。

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