[发明专利]数控车床自动对刀装置的对刀方法

摘要

本发明涉及数控车床对刀装置，具体地说，涉及一种数控车床自动对刀装置及对刀方法。包括四方刀架、用于驱动四方刀架旋转的旋转电机、用于锁定四方刀架位置的锁紧电机、摄像头和对刀分析系统；所述四方刀架上安装有若干个刀具；所述摄像头与对刀分析系统相连接，并将采集的图像信息传送给对刀分析系统。本发明结构简单、使用方便，实施起来较为简便，对刀精度及速度不受人为因素的影响，对刀精度高，同时，对一些特殊的刀具都能实现精准对刀。

主权项

一种数控机床自动对刀装置的对刀方法，所述对刀装置包括四方刀架、用于驱动四方刀架旋转的旋转电机、用于锁定四方刀架位置的锁紧电机、摄像头和对刀分析系统；所述四方刀架上安装有若干个刀具；所述摄像头固定在数控车床上，且四方刀架处于自动对刀位置时，各刀具的刀尖部位都能进入摄像头的拍摄区域，同时，摄像头正对数控车床X向、Z向水平面拍摄；所述摄像头与对刀分析系统相连接，并将采集的图像信息传送给对刀分析系统；所述四方刀架上安装的刀具包括：一号刀具、二号刀具、三号刀具和四号刀具；其中，一号刀具为90°外圆车刀；二号刀具为槽刀；三号刀具为45°外圆车刀；四号刀具为螺纹车刀，其特征在于：所述对刀方法包括以下步骤：(1)准备工作：利用卡盘将工件装夹在主轴上，同时将各刀具安装在四方刀架相应位置并紧固；通过垫片调整各刀具的刀尖与主轴的轴线等高；(2)以一号刀具为基准刀具，并通过试切外圆对一号刀具的X坐标，通过试切右端面对一号刀具的Z坐标；(3)摄像头在安装时，一般不能保证像素坐标系与机床坐标系保持平行，因此，应首先确定所采集图像像素坐标系与机床坐标夹角及像素距离与实际距离的转换系数K，其标定方法如下：一号刀具通过试切法对刀后，将一号刀具移动到摄像头下方，摄像头拍照，并经过对刀分析系统的图像处理，获得一号刀具的刀尖A的像素点坐标A1(PXA1，PYA1)；然后，控制一号刀具沿X轴或Z轴坐标移动一个固定距离D，并保证移动固定距离D之后刀尖A仍然位于摄像头拍摄视域内；以沿Z轴正向移动一个固定距离D为例，移动完成后，摄像头拍照并经过对刀分析系统图像处理，获得刀尖A此时的像素点坐标A2(PXA2，PYA2)；则像素距离和实际距离转化系数K表达为：K=D(PXA1-PXA2)2+(PYA1-PYA2)2]]>像素坐标PX与Z方向夹角α表达为：α=arccosPXA2-PXA1(PXA1-PXA2)2+(PYA1-PYA2)2]]>(4)完成像素坐标与机床坐标角度校准及距离系数校准之后，保持一号刀具处于工作位置不变，进行二号刀具、三号刀具、四号刀具的对刀；具体方法如下：(4A)移动四方刀架至自动对刀位置P点，该位置能保证四方刀架实现换刀后各刀具的刀尖都能位于摄像头的拍摄区域内；此时，一号刀具已采用试切法完成了对刀，在P点，一号刀具的坐标为已知量(X1,Z1)；通过摄像头拍照，对刀分析系统通过图像处理提取出一号刀具刀尖A像素点坐标(PXA，PYA)；(4B)保持四方刀架的位置不变，换二号刀具为工作位置；换刀后，摄像头拍照，对刀分析系统通过图像处理，提取出二号刀具的刀尖B的像素点坐标(PXB，PYB)；(4C)保持四方刀架的位置不变，换三号刀具为工作位置；换刀后，摄像头拍照，对刀分析系统通过图像处理，提取出三号刀具的刀尖C的像素点坐标(PXC，PYC)；(4D)保持四方刀架的位置不变，换四号刀具为工作位置；换刀后，摄像头拍照，对刀分析系统通过图像处理，提取出四号刀具的刀尖D的像素点坐标(PXD，PYD)；(4E)完成四个刀具的刀尖像素采集后，对刀分析系统自动分析，分别计算出二号刀具、三号刀具、四号刀具的刀尖在对刀点P点处的工件坐标(X2,Z2)、(X3,Z3)、(X4,Z4)；计算方法如下：(4E1)一号刀具的刀尖A的像素点坐标A(PXA，PYA)和二号刀具的刀尖B像素点坐标B(PXB，PYB)之间的连线与像素坐标轴PX的夹角为β1，β1=arccos|PXB-PXA|(PXB-PXA)2+(PYB-PYA)2]]>则B点所对应的实际工件Z坐标为：Z2=Z1±K*(PXB-PXA)2+(PYB-PYA)2*cos(α±β1)]]>B点对应的实际工件X坐标为：X2=X1±K*(PXB-PXA)2+(PYB-PYA)2*sin(α±β1);]]>(4E2)一号刀具的刀尖A的像素点坐标A(PXA，PYA)和三号刀具的刀尖C像素点坐标C(PXC，PYC)之间的连线与像素坐标轴PX的夹角为β2，β2=arccos|PXC-PXA|(PXC-PXA)2+(PYC-PYA)2]]>则C点所对应的实际工件Z坐标为：Z3=Z1±K*(PXC-PXA)2+(PYC-PYA)2*cos(α±β2)]]>C点所对应的实际工件X坐标为：X3=X1±K*(PXC-PXA)2+(PYC-PYA)2*sin(α±β2);]]>(4E3)一号刀具的刀尖A的像素点坐标A(PXA，PYA)和四号刀具的刀尖D像素点坐标D(PXD，PYD)之间的连线与像素坐标轴PX的夹角为β3，β3=arccos|PXD-PXA|(PXD-PXA)2+(PYD-PYA)2]]>则D点所对应的实际工件Z坐标为：Z4=Z1±K*(PXD-PXA)2+(PYD-PYA)2*cos(α±β3)]]>D点所对应的实际工件X坐标为：Z4=Z1±K*(PXD-PXA)2+(PYD-PYA)2*sin(α±β3).]]>