随着数控机床使用的普及,在机械加工的生产或实践教学过程中经常会发生撞刀的操作安全事故。撞刀指工作台或刀具的运动偏离正确的轨迹线,从而造成刀具与机床零部件或辅件意外相撞的现象。一旦发生撞刀事故,轻则刀具损坏、工件报废,重则数控机床的精度降低,造成重大的经济损失,甚至危及操作者的人身安全。研究撞刀的防控方法,对生产教学的安全性具有重要意义。本研究以雕刻机为对象,实验研究与系统开发相结合,旨在提出铣削过程中刀具与夹具、工件相撞的信号检测和判断方法,以及电控和机械制动相结合的机床急停措施,以降低撞刀事故的经济损失、避免人身伤害。具体研究内容如下:(1)研究切削液、屑液混合物的导电性能,揭示切削液对刀具与夹具撞刀信号的干扰程度,为刀具撞击夹具的信号检测方法提供依据;(2)研究刀具撞击夹具的信号检测方法。分析机床实际加工的过程,利用刀具与夹具接触导电的原理,提出采用串接电位器分压的方法,根据支路电压的电平高低判断刀具是否撞击夹具;(3)研究刀具撞击夹具前后的电机电流信号变化情况,揭示刀具被撞断后导致电机电流产生突变的阈值。提出用电流互感器将电机电流转化成电压信号,经运算放大处理后用单片机管脚检测判断刀具撞击工件的信号检测方法;(4)研究雕刻机丝杠的电控和机械制动,进而提出制动器失电抱死丝杠使工作台紧急制动的方法;(5)开发防撞刀测控系统,主要包括撞刀信号的检测,撞刀后的警报电路,电控制动电路,机械制动电路,以及相应软件程序;(6)实验验证防撞刀测控系统的性能,实验测试结果表明:此系统能够准确地检测到刀具与夹具,刀具与工件的相撞信号,在检测到撞刀信号后能启动丝杠制动,且丝杠制动效果明显,然而,如果刀具的转速或工作台进给速度过快还是会造成刀具磨损。本研究有以下3个创新点:(1)解决了切削液干扰作用下的刀具与夹具撞击信号的检测问题,提出刀具与夹具接触导电串接电位器分压原理,单片机检测其电平高低判断刀具与夹具是否撞刀的方法;(2)提出了刀具与工件相撞的信号检测方法。刀具与工件相撞后刀具变形,电机受到阻力进而电流增大,电流互感器将电流转化成电压信号放大判断后通过单片机引脚检测其高低判断刀具与工件相撞;(3)除了采用电控制动之外,同时还采用了工作台丝杠的机械制动紧急制动方法。