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數控機床常用對刀方法與機內對刀儀

發布時間：2016/7/13 15:17:16 來源：鑫泰科技發布者：manni123

在應用數控機床進行生產制造產品零件的工藝過程中，影響零件質量的因素很多，如數控機床精度、工件材料、工件熱處理、加工工藝、冷卻液、刀具等等諸多因素。其中，刀具參數的準確設置，一直以來卻很少被大家所關心和重視，這里將重點探討在數控機床上進行準確刀具設置的方法特點和發展趨勢。
　　
　　基本的坐標關系一般來講，通常使用的有兩個坐標系：一個是機床坐標系，另外一個是工件坐標系。機床坐標系是機床固有的坐標系，機床坐標系的原點稱為機床原點或機床零點。
　　
　　為了計算和編程方便，我們需要在機床坐標系中建立工件坐標系。將工件上的某一點作為坐標系原點（也稱為程序原點）建立坐標系，這個坐標系就是工件坐標系。日常工作中，我們要盡量使編程基準與設計、裝配基準重合。

　　通常情況下，一臺機床的機床坐標系是固定的，而工件坐標系可以根據加工工藝的實際需求分別建立若干個，例如由G54、G55等來選擇不同的工件坐標系。
　　
　　對刀的目的進行數控加工時，數控程序所走的路徑均是主軸上刀具的刀尖的運動軌跡。刀具刀位點的運動軌跡自始至終需要在機床坐標系下進行精確控制，這是因為機床坐標系是機床唯一的基準。編程人員在進行程序編制時不可能知道各種規格刀具的具體尺寸，為了簡化編程，這就需要在進行程序編制時采用統一的基準，然后在使用刀具進行加工時，將刀具準確的長度和半徑尺寸相對于該基準進行相應的偏置，從而得到刀具刀尖的準確位置。所以對刀的目的就是確定刀具長度和半徑值，從而在加工時確定刀尖在工件坐標系中的準確位置。
　　
　　常用對刀方法機外對刀
　　
　　刀具預調儀是一種可預先調整和測量刀尖長度、直徑的測量儀器，該儀器若和數控機床組成DNC網絡后，還可以將刀具長度、直徑數據遠程輸入加工中心NC中的刀具參數中。此種方法的優點是預先將刀具在機床外校對好，裝上機床即可以使用，大大節省輔助時間。但是主要缺點是測量結果為靜態值，實際加工過程中不能實時地對刀具磨損或破損狀態進行更新，并且不能實時對由機床熱變形引起的刀具伸縮進行測量。
　　
　　試切法對刀
　　
　　試切法對刀就是在工件正式加工前，先由操作者以手動模式操作機床，對工件進行一個微小量的切削，操作者以眼觀、耳聽為判斷依據，確定當前刀尖的位置，然后進行正式加工。該方法的優點是不需要額外投資添置工具設備，經濟實惠。主要缺點是效率低，對操作者技術水平要求高，并且容易產生人為誤差。在實際生產中，試切法還有許多衍生方法，如量塊法、涂色法等。
　　
　　機內對刀
　　
　　此種機內對刀方式是利用設置在機床工作臺面上的測量裝置（對刀儀），對刀庫中的刀具按事先設定的程序進行測量，然后與參考位置或者標準刀進行比較得到刀具的長度或直徑并自動更新到相應的NC刀具參數表中。同時，通過對刀具的檢測也能實現對刀具磨損、破損或安裝型號正確與否的識別。
　　
　　機內對刀儀
　　
　　機內對刀儀的組成
　　
　　機內對刀儀一般由傳感器、信號接口以及對刀宏程序軟件組成。
　　
　　按照傳感器工作方式，機內對刀儀可以分為接觸式對刀儀和激光對刀儀兩類。其中的接觸式對刀儀自身的重復測量精度為1μm，又可以根據對刀儀信號傳輸方式的不同，進一步細分為以下幾類：電纜式對刀儀；紅外線式對刀儀；無線電式對刀儀。
　　
　　電纜式對刀儀，由于不需要對刀信號的轉換部件而有最佳的單件性價比，因此在工作中最為常見，但是其缺點是有電纜線的拖曳，限制了該對刀儀的應用場合，大多適用于中小規格的三軸銑床/加工中心。
　　
　　紅外線式對刀儀，信號傳輸范圍一般在6m以內。其優點是采用編碼的HDR（高速數據傳輸）紅外技術從而避免了電纜拖曳帶來的不便和潛在的安全威脅，對刀后可以隨時從工作臺面取下不占用加工空間，并且可以多臺機床共用一臺對刀儀從而降低綜合成本。其缺點是在小型加工中心上使用時性價比不高。由其特點決定，該類對刀儀多用于中型機床以及大型的數控立車等。
　　
　　無線電式對刀儀，無線電信號傳輸范圍一般在10米以上。其優點是無線電信號傳輸范圍大并且不易受到環境影響，對刀后可以隨時從工作臺面取下不占用加工空間，并且可以多臺機床共用一臺對刀儀從而可以降低綜合成本。該類對刀儀多用于大型/重型機床。
　　
　　激光對刀儀，如海克斯康的LTS35.60，該產品的基本原理為采用聚焦激光光束為觸發媒介，當激光光束被旋轉的刀具遮蔽時，產生觸發信號。和接觸式對刀儀有本質不同的是激光對刀儀采用非接觸測量，在對刀時沒有接觸力，因而可以對極其細小的刀具進行測量而不用擔心由于接觸力導致細小刀具的折損，如LTS35.60可以測量的刀具直徑可以小至0.008mm（例如鉆頭、絲錐類或者微型銑刀等），自身重復測量精度達到0.2μm。同時，由于測量時，刀具以加工速度高速旋轉，所以測量狀態幾乎完全等同于實際加工狀態，提高了對刀的實用精度。由于采用激光技術，該對刀儀可以對刀具外形進行掃描而測量刀具的輪廓，并可以對多刃刀具的單個刀刃進行破損監測。其主要缺點是結構復雜，需要額外的高質量氣源對內部結構進行保護，造價較高，主要適用于高速加工中心。
　　
　　機內對刀儀的常見功能和優勢
　　
　　（1）刀具長度/直徑的自動測量和參數更新：刀具在轉動時進行長度/直徑的動態測量，測量參數包含了機床主軸的端向跳動/徑向跳動誤差，從而得到了刀具在高速加工時的“動態”的偏置值；同時，可以隨時進行刀具參數的自動測量，從而極大消除了由于機床熱變形引起的刀具參數的“改變”；測量結果自動更新到相應刀具的參數表中，完全避免人為對刀和參數輸入帶來的潛在風險。
　　
　　（2）刀具磨損/破損的自動監控：在實際生產過程中，當刀具磨損或者破損（折斷）時，操作者很難及時發現并糾正（尤其是直徑較小的鉆頭類刀具），從而造成更多后續刀具的損失甚至工件的報廢。使用機內對刀儀可以在刀具加工完畢后放回刀庫前，自動對刀具長度進行一次測量，若發生正常磨損時可以自動將磨損數值更新到刀損參數中，若發生超長磨損可以當作刀具破損（折斷）從而選擇更換新刀進行下一個工件的加工或者自動停機報警提示操作者進行刀具更換。這樣，提高了產品質量并降低刀具損耗或廢品率。
　　
　　（3）機床熱變形的自動補償：機床進行生產加工時，隨著周圍環境溫度的變化以及工作負荷的變化，機床的熱變形隨時都在發生進而帶動刀具發生變化，其結果就是車間內同一臺機床在早/中/晚不同時段加工出產品的尺寸精度發生很大的波動。使用機內對刀儀后，可以在加工前或者加工過程中隨時對刀具參數進行自動測量和更新，每次測量都是在當前機床熱變形的狀態下進行的刀具設置，從而極大的降低了由于機床熱變形引入的誤差。鑫泰數控加工中心機器人龍門
　　
　　（4）刀具輪廓的測量和監控：在特殊的加工中，如成型刀，使用機外對刀儀進行刀具輪廓的測量和刀具狀態判斷是費時而復雜的工作，同時對操作者的對刀技巧也有很高的要求。這時，若使用機內激光對刀儀，可以隨時利用激光光束進行刀具輪廓的掃描測量或監控，并根據需要進行相應參數的自動更新。

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