阅读说明：本技术 一种可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置 (Replaceable numerical control turning excircle cutter anti-collision intelligent device ) 是由 周微 刘江 史东丽 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：本发明是一种可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置。所述装置包括：超声波径向探测器、紧固螺栓、PCB、无线发射模块、超声波轴向探测器、外壳、无线接收模块、显示屏、控制器、晶闸管和按键。本发明可自动检测刀尖与障碍物的距离并计算刀具速度,自动判断撞刀趋势,为数控车削加工避免撞刀提供安全保障。同刀片一样具有可以拆装的功能,超声波传感器检测距离准确,实时性高,控制器能够方便的设定检测距离和检测速度,满足不同机床特点及实际加工需要,灵活性好。在加工中,使用该防撞装置能够有效避免因刀具撞击工件或障碍物引起的人员伤害及机床损害,应用前景广阔。(The invention relates to a replaceable numerical control outer circle turning tool anti-collision intelligent device. The device comprises: the ultrasonic radial detector, fastening bolt, PCB, wireless transmitting module, ultrasonic axial detector, shell, wireless receiving module, display screen, controller, thyristor and button. The invention can automatically detect the distance between the tool nose and the obstacle, calculate the speed of the tool, automatically judge the tool collision trend and provide safety guarantee for avoiding tool collision in numerical control turning. The cutter blade has the same function of being capable of being disassembled and assembled, the detection distance of the ultrasonic sensor is accurate, the real-time performance is high, the controller can conveniently set the detection distance and the detection speed, the requirements of different machine tool characteristics and actual processing are met, and the flexibility is good. In the processing, the anti-collision device can effectively avoid the personnel injury and the machine tool damage caused by the impact of the cutter on the workpiece or the barrier, and has wide application prospect.)

一种可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置

技术领域

本发明涉及智能防撞技术领域，是一种可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置。

背景技术

在数控车削加工中，外圆车削是重要的加工内容。由于程序错误或者操作错误，现有的数控车削加工中一般依靠程序检测、仿真校验等检验是否刀具干涉或撞刀，操作中也只能凭操作者自身的规范性避免撞刀，因此实际生产加工中撞刀事故时有发生。撞刀带来了人员伤害和机器损伤，严重影响了生产。在实际加工中没有刀具上安装的撞刀保护装置，因此迫切需要设计采用防撞装置。

发明内容

本发明为提供一种刀具智能防撞装置，本发明提供了一种可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置，本发明提供了以下技术方案：

一种可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置，所述装置包括：超声波径向探测器、紧固螺栓、PCB、无线发射模块、超声波轴向探测器、外壳、无线接收模块、显示屏、控制器、晶闸管和按键；

所述超声波径向探测器安装在外壳的径向侧，超声波轴向探测器安装在外壳的轴向侧，所述超声波径向探测器和超声波轴向探测器均与PCB连接，所述PCB连接无线发射模块，通过所述紧固螺栓将外壳固定在外圆车刀刀柄头部；

所述无线接收模块连接控制器，所述控制器连接晶闸管，控制器连接显示屏，所述无线接收模块、显示屏、控制器、晶闸管和按键集成在一起；

无线发射模块与无线接收模块进行无线通信。

优选地，所述按键包括8个小按键，分别为开始键、停止键、复位键、空键、光标左键、光标右键、数据加1键和数据减1键。

优选地，所述控制器采用89C52为核心控制芯片。

优选地，通过超声波径向探测器探测车刀径向障碍物，通过超声波轴向探测器探测车刀轴向障碍物，将探测到的径向与轴向电信号传输至PCB，通过PCB转换为数据信号通过无线发射模块传输至无线接收模块；

无线接收模块将径向与轴向数据传输至控制器，通过控制器判断刀具是否存在撞刀风险。

优选地，控制器判断刀具是否存在撞刀风险为：控制器根据径向与轴向数据确定刀具的实时速度，当实时速度大于设定速度且当前距离大于安全距离时，控制器判断刀具判定存在撞刀风险，并停止车刀运行。

优选地，所述设定速度为100mm/s，所述安全距离为5mm。

本发明具有以下有益效果：

本发明可自动检测刀尖与障碍物的距离并计算刀具速度，自动判断撞刀趋势，为数控车削加工避免撞刀提供安全保障。同刀片一样具有可以拆装的功能，超声波传感器检测距离准确，实时性高，控制器能够方便的设定检测距离和检测速度，满足不同机床特点及实际加工需要，灵活性好。在加工中，使用该防撞装置能够有效避免因刀具撞击工件或障碍物引起的人员伤害及机床损害，应用前景广阔。

附图说明

图1为可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置示意图；

图2为防撞原理示意图；

图3为主程序流程图；

图4为开始按键流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1所示，本发明提供一种可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置，所述装置包括：超声波径向探测器1、紧固螺栓2、PCB 3、无线发射模块4、超声波轴向探测器5、外壳6、无线接收模块7、显示屏8、控制器9、晶闸管10和按键11；

所述超声波径向探测器1安装在外壳6的径向侧，超声波轴向探测器5安装在外壳6的轴向侧，所述超声波径向探测器1和超声波轴向探测器5均与PCB3连接，所述PCB 3连接无线发射模块4，通过所述紧固螺栓2将外壳6固定在外圆车刀刀柄头部；

所述无线接收模块7连接控制器9，所述控制器9连接晶闸管10，控制器9连接显示屏8，所述无线接收模块7、显示屏8、控制器9、晶闸管10和按键11集成在一起；

无线发射模块4与无线接收模块7进行无线通信。

所述控制器9采用89C52为核心控制芯片，按键11设计8个小按键，分别为开始键、停止键、复位键、空键、光标左键、光标右键、数据加1键和数据减1键，开始键和停止键采用中断方式读取其状态，其余为扫描方式读取。

通过超声波径向探测器1探测车刀径向障碍物，通过超声波轴向探测器5探测车刀轴向障碍物，将探测到的径向与轴向电信号传输至PCB3，通过PCB3转换为数据信号通过无线发射模块4传输至无线接收模块7；

无线接收模块7将径向与轴向数据传输至控制器9，通过控制器9判断刀具是否存在撞刀风险。

控制器9判断刀具是否存在撞刀风险为：控制器9根据径向与轴向数据确定刀具的实时速度，当实时速度大于设定速度且当前距离大于安全距离时，控制器9判断刀具判定存在撞刀风险，并停止车刀运行。

超声波径向探测器1和超声波轴向探测器5主要用于车刀轴向障碍物的探测。如图2所示，装置探测数据以刀尖到障碍物的安全距离及速度为判断依据，探测通过数据处理转换PCB3完成,后用无线发射模块4传递到控制器9。控制器9通过无线接收模块7接收数据，按照设定的要求及机床当前运动速度，判断是否有撞刀可能。具体判断方法分两步：

第一步，计算速度。控制器9检测传感器并计算刀具运动速度，

刀具实时速度计算公式为：

v＝h/t

其中，v表示实时速度，单位mm；h表示位移，单位mm；t表示时间，单位s(秒)。

第二步，检测判断:

当v≥v₁∪L≤L₁同时成立时，控制器9发出停车信号

其中，v₁表示设定速度，单位mm；L表示当前距离，单位mm；L₁表示设定安全距离，单位mm。

当，设定安全距离L₁＝5mm，v₁＝100mm/s，则控制器9检测到刀尖距离工件外表面距离L小于5mm，且运动速度v大于100mm/s，则控制器9认为有撞刀风险，发出机床停止运动信号，通过晶闸管10驱动放大后控制机床急停。

控制器9主程序控制流程如图3所示，上电后控制器9初始化各个模块，检测正常后进行按键扫描，若有键按键按下，进入按键子程序，无键按下，屏幕显示基本信息，相应指示灯亮，程序返回。

“开始”按键功能，如图4所示，按“开始”键后，通过中断功能启动子程序。控制器9读取超声波传感器的数据信息，滤波、存储在缓存区，启动定时器，根据位移变换量计算刀具运动速度，用速度及刀尖与障碍物的距离与设定值比较，若速度大于设定值，距离小于设定值，则发出报警信号控制急停按钮，使机床停车，否则，程序反复执行，直到检测到中断的“停止”按键，其速度值、位移量等信息动态显示在屏幕上。

以上所述仅是一种可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置的优选实施方式，一种可更换式数控车削外圆刀具防撞智能装置的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。