數控機床對刀方法及機床對刀儀的應用(下)

1.2機床內對刀儀

1.2.1機床對刀儀的組成

機床對刀儀一般由傳感器、信號接口和對刀宏程序軟件組成。

根據傳感器的工作方式，機床內對刀儀可分為接觸對刀儀和激光對刀儀兩大類。

接觸式對刀儀具有1μm的重復測量精度，根據對刀儀信號傳輸方式的不同，可進一步細分為以下幾類：

電纜式對刀儀

紅外對刀儀

無繩對刀儀

電纜式對刀儀

這是最常見的操作，因為它不需要一個開關組件的反向葉片信號，并具有最佳的性價比每單位。這種對刀儀的缺點是電纜拖拉，限制了它的應用，適用于中小型三軸銑床/加工中心。

紅外對刀儀

信號傳輸范圍一般在6米以內。其優點是使用編碼HDR（高速數據傳輸）紅外技術，消除了電纜拖尾帶來的不便和潛在的安全威脅。對刀后可隨時從工作臺上取下，不占用加工空間，可在多臺機床上使用對刀儀，降低整體成本。缺點是在小型加工中心中使用時不具有成本效益。由于其特點，這種對刀儀主要用于中型機床和大型數控立式車床。

無繩對刀儀

無線電信號傳輸范圍一般在10米以上。其優點是無線信號傳輸范圍廣，不易受環境影響。對刀后可隨時從工作臺上取下，不占用加工空間，可在多臺數控機床上使用，降低整體成本。這種對刀儀主要用于大型/重型機床。

激光對刀儀的基本原理是利用聚焦的激光束作為觸發介質，當激光束被旋轉刀具遮擋時，產生觸發信號。與接觸式對刀系統不同，激光對刀系統采用非接觸測量。在對刀過程中沒有接觸力，這使得即使是最小的刀具也可以測量，而不用擔心接觸力造成的破損。它可以測量小到0.008mm的刀具直徑（例如鉆頭、絲錐或微型銑刀），自重復測量精度為0.2μm。同時，由于測量過程中刀具高速旋轉，測量狀態與實際加工狀態幾乎完全一致，提高了實際對刀精度。由于采用了激光技術，對刀儀可以掃描刀具的形狀和測量刀具的輪廓，還可以監測多刀具單個切削刃的破損情況。主要缺點是結構復雜，需要額外的高質量空氣供應來保護內部結構。它的成本也很高，主要適用于高速加工中心。

1.2.2機床對位儀的共同特點和優點

（1） 刀具長度/直徑自動測量及參數更新：

刀具旋轉時進行動態長度/直徑測量。測量參數包括機床主軸的端面跳動/徑向跳動誤差，給出了高速加工時刀具的“動態”偏移值。同時，可隨時對刀具參數進行自動測量，從而大大消除了機床熱變形引起的刀具參數的“變化”。測量結果自動更新在相應刀具參數表中，完全消除了手動刀具設置和參數輸入相關的潛在風險。

（2） 刀具磨損/破損自動監測。

在實踐中，當刀具磨損或斷裂（斷裂）時，操作員很難檢測和糾正（特別是用小直徑鉆頭），從而導致刀具進一步丟失，甚至工件報廢。使用機床內設置裝置，加工后刀具返回庫前，刀具長度可自動測量一次。如果出現正常磨損，磨損值將自動更新為刀具損耗參數。如果刀具磨損過大，刀具可被視為斷裂（斷裂），操作員可以選擇更換下一個工件的新刀具或自動停止報警以更換刀具。這提高了產品質量，減少了刀具磨損或報廢。

（3） 機床熱變形自動補償。

當機床用于生產加工時，機床的熱變形是由于環境溫度和工作負荷的變化引起的，進而導致刀具在任何時間發生變化。因此，車間同一臺機器生產的產品在早晚生產的產品尺寸精度波動較大。機床內設置量規，可在加工前或加工過程中隨時自動測量和更新刀具參數。每一次測量都是用切削工具組在機床熱變形的當前狀態下進行的，從而大大減少了機床熱變形引起的誤差。

（4） 刀具輪廓的測量和監測。

在成形刀具等特殊應用中，使用非機床設置量規測量刀具輪廓，確定刀具狀態是一項耗時而復雜的任務。它還對操作員的工具設置技能提出了很高的要求。利用機內激光刀具設定儀，激光束可用于隨時掃描或監測刀具輪廓，并根據需要自動更新參數。