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在用數(shù)控機(jī)床制造產(chǎn)品零件的過(guò)程中，影響零件質(zhì)量的因素有很多，如數(shù)控機(jī)床的精度、工件材料、工件熱處理、加工工藝、冷卻劑、刀具等諸多因素。其中，刀具參數(shù)的準(zhǔn)確設(shè)置很少受到人們的關(guān)注和重視。在這里，我們將重點(diǎn)介紹數(shù)控機(jī)床刀具精確整定方法的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。
數(shù)控機(jī)床常用的對(duì)刀方法和對(duì)刀儀器
在以刀具為目的的數(shù)控加工過(guò)程中，數(shù)控程序的路徑就是刀尖在主軸上的運(yùn)動(dòng)路徑。從開(kāi)始到結(jié)束，刀具位置的移動(dòng)路徑需要在機(jī)床坐標(biāo)系中精確控制，因?yàn)闄C(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床唯一的參考。程序員在編程時(shí)不可能知道各種工具規(guī)范的具體尺寸。為了簡(jiǎn)化編程，在編程時(shí)必須使用統(tǒng)一的基準(zhǔn)。然后，在使用刀具進(jìn)行加工時(shí)，將刀具的精確長(zhǎng)度和半徑尺寸相對(duì)于基準(zhǔn)進(jìn)行偏移，從而得到刀尖的準(zhǔn)確位置。因此，刀具設(shè)定的目的是確定刀具的長(zhǎng)度和半徑，從而確定加工過(guò)程中刀具尖端在工件坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置。
常用工具設(shè)置方法
刀具預(yù)置器是一種能夠預(yù)先調(diào)整和測(cè)量刀尖長(zhǎng)度和直徑的測(cè)量?jī)x器。如果儀器與數(shù)控機(jī)床形成DNC網(wǎng)絡(luò)，則還可以遠(yuǎn)程將刀具長(zhǎng)度和直徑數(shù)據(jù)輸入加工中心NC中的刀具參數(shù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是刀具在機(jī)床外部預(yù)先標(biāo)定，安裝時(shí)即可使用，大大節(jié)省了輔助時(shí)間。然而，主要缺點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果是靜態(tài)值。在實(shí)際加工過(guò)程中，刀具磨損或損壞狀態(tài)無(wú)法實(shí)時(shí)更新，機(jī)床熱變形引起的刀具膨脹無(wú)法實(shí)時(shí)測(cè)量。
試切法定刀
試刀設(shè)定是在工件正式加工前，由操作者以手動(dòng)方式操作機(jī)床。操作者根據(jù)眼睛和耳朵的判斷來(lái)確定當(dāng)前刀尖的位置，然后進(jìn)行形式化處理。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要在工具和設(shè)備上進(jìn)行額外的投資，而且很經(jīng)濟(jì)。主要缺點(diǎn)是效率低，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求高，容易出現(xiàn)人為失誤。在實(shí)際生產(chǎn)中，有許多派生的試切方法，如塊法、著色法等。
機(jī)內(nèi)對(duì)刀
這種機(jī)床對(duì)刀方式是利用機(jī)床工作臺(tái)上設(shè)置的測(cè)量裝置(對(duì)刀儀)，對(duì)刀庫(kù)中的刀具按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行測(cè)量，然后與參考位置或標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行比較，得到刀具的長(zhǎng)度或直徑，并自動(dòng)更新到相應(yīng)的數(shù)控刀具參數(shù)表。同時(shí)，通過(guò)刀具檢測(cè)還可以實(shí)現(xiàn)刀具磨損、損壞或正確安裝型號(hào)的識(shí)別。
機(jī)內(nèi)對(duì)刀儀一般由傳感器、信號(hào)接口以及對(duì)刀宏程序軟件組成。
根據(jù)傳感器的工作方式，機(jī)刀儀可分為接觸式刀儀和激光刀儀兩大類。接觸式刀表的重復(fù)測(cè)量精度為1米，根據(jù)刀表信號(hào)傳輸方式的不同，可進(jìn)一步分為以下幾類：電纜刀表;紅外刀表;無(wú)線電刀表。
電纜式對(duì)刀儀：由于不需要刀具信號(hào)轉(zhuǎn)換部件，且具有最佳的單一成本性能，所以在工作中最為常見(jiàn)，但其缺點(diǎn)是纜繩牽引，限制了刀具的應(yīng)用場(chǎng)合，大多適用于中小型三軸銑床/加工中心。
紅外線式對(duì)刀儀：信號(hào)傳輸范圍一般在6米以內(nèi)，其優(yōu)點(diǎn)是采用了編碼HDR(高速數(shù)據(jù)傳輸)紅外技術(shù)，避免了電纜牽引帶來(lái)的不便和潛在的安全威脅，刀子可以隨時(shí)從工作臺(tái)上取下，不占用處理空間，并可用于多臺(tái)機(jī)床共用一臺(tái)刀具儀表，從而降低整體成本。其缺點(diǎn)是在使用小型處理中心時(shí)，成本效益不高。根據(jù)其特點(diǎn)，該類工具主要用于中型機(jī)床和大型數(shù)控立車。
射電式刀具：射電信號(hào)傳輸距離一般在10米以上。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)線信號(hào)傳輸范圍大，不易受環(huán)境影響，刀后可隨時(shí)從工作臺(tái)上取下，不占用加工空間，并可多臺(tái)機(jī)床共用一臺(tái)刀具，從而降低整體成本。這種類型的刀具對(duì)用于大型/重型機(jī)床。
激光對(duì)刀儀：如hexagon的LTS35.60，是基于當(dāng)激光束被旋轉(zhuǎn)工具遮蔽時(shí)，使用聚焦激光束作為觸發(fā)介質(zhì)來(lái)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)的原理。而接觸刀有本質(zhì)不同的激光裝置，對(duì)刀采用非接觸式測(cè)量，刀在沒(méi)有接觸力的情況下，可以作為極其微小的工具進(jìn)行測(cè)量，不必?fù)?dān)心由于接觸力而造成的微小的工具破損，如LTS35.60可測(cè)量工具直徑可小至0.008mm(如鉆頭、絲錐或微銑刀等)，其重復(fù)測(cè)量精度為0.2微米。同時(shí)，由于測(cè)量過(guò)程中刀具高速旋轉(zhuǎn)，測(cè)量狀態(tài)與實(shí)際加工狀態(tài)幾乎一致，提高了刀具的實(shí)際精度。由于采用了激光技術(shù)，該工具可以掃描刀具的形狀和測(cè)量刀具的輪廓，并可以監(jiān)測(cè)多刀刀具的單刀片損傷。其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要額外的優(yōu)質(zhì)氣源來(lái)保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，成本高，主要適用于高速加工中心。
機(jī)內(nèi)對(duì)刀儀的一般功能及優(yōu)點(diǎn)
(1)刀具長(zhǎng)度/直徑自動(dòng)測(cè)量及參數(shù)更新:刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行長(zhǎng)度/直徑的動(dòng)態(tài)測(cè)量。測(cè)量參數(shù)包括機(jī)床主軸的端跑偏/徑向跑偏誤差，從而得到機(jī)床在高速加工時(shí)的“動(dòng)態(tài)”偏置值。同時(shí),工具參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量,可以在任何時(shí)候進(jìn)行,從而極大地消除機(jī)床的熱變化工具的“改變”參數(shù)引起的形狀和測(cè)量結(jié)果自動(dòng)更新參數(shù)表的相應(yīng)工具完全避免造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)的手工工具設(shè)置和參數(shù)輸入。
(2)自動(dòng)監(jiān)測(cè)刀具磨損/破損:在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)工具磨損或破損(破碎),運(yùn)營(yíng)商很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正它(特別是鉆直徑較小的工具),導(dǎo)致更多的后續(xù)工具損失甚至工件報(bào)廢。使用機(jī)床內(nèi)的刀具對(duì)準(zhǔn)儀，刀具加工完成后，再放回刀具庫(kù)一次，即可自動(dòng)測(cè)量刀具長(zhǎng)度。在正常磨損情況下，磨損值可自動(dòng)更新為刀具損壞參數(shù)。如果磨損過(guò)度，則可視為刀具損壞(斷裂)，因此操作者可選擇更換新刀具進(jìn)行下一個(gè)工件加工或自動(dòng)停機(jī)報(bào)警，提示操作者進(jìn)行刀具更換。從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了刀具損失率或報(bào)廢率。
(3)機(jī)床熱變形自動(dòng)補(bǔ)償:機(jī)床在生產(chǎn)加工過(guò)程中，隨著環(huán)境溫度的變化和工作負(fù)荷的變化，隨時(shí)都會(huì)發(fā)生機(jī)床熱變形，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)床發(fā)生變化。結(jié)果表明，同一機(jī)床在車間加工的產(chǎn)品，其尺寸精度在不同時(shí)間段有較大的波動(dòng)。在機(jī)床上使用刀具整定儀后，刀具參數(shù)可在加工前或加工過(guò)程中隨時(shí)自動(dòng)測(cè)量和更新。每一次測(cè)量都是對(duì)機(jī)床當(dāng)前熱變形下的刀具進(jìn)行設(shè)置，從而大大降低了機(jī)床熱變形所引起的誤差。
(4)刀具輪廓測(cè)量與監(jiān)控:在成型刀具等特殊加工中，利用機(jī)床外的對(duì)刀儀測(cè)量刀具輪廓，判斷刀具狀態(tài)是一項(xiàng)耗時(shí)、復(fù)雜的工作。同時(shí)，對(duì)操作者的刀具對(duì)準(zhǔn)技術(shù)要求也很高。此時(shí)，如果使用機(jī)內(nèi)激光對(duì)刀器，激光束可以隨時(shí)掃描、測(cè)量或監(jiān)控刀具輪廓，并根據(jù)需要自動(dòng)更新相應(yīng)的參數(shù)。
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