数控机床对刀方法及机床对刀仪的应用(下)

1.2机床内对刀仪

1.2.1机床对刀仪的组成

机床对刀仪一般由传感器、信号接口和对刀宏程序软件组成。

根据传感器的工作方式，机床内对刀仪可分为接触对刀仪和激光对刀仪两大类。

接触式对刀仪具有1μm的重复测量精度，根据对刀仪信号传输方式的不同，可进一步细分为以下几类：

电缆式对刀仪

红外对刀仪

无绳对刀仪

电缆式对刀仪

这是最常见的操作，因为它不需要一个开关组件的反向叶片信号，并具有最佳的性价比每单位。这种对刀仪的缺点是电缆拖拉，限制了它的应用，适用于中小型三轴铣床/加工中心。

红外对刀仪

信号传输范围一般在6米以内。其优点是使用编码HDR（高速数据传输）红外技术，消除了电缆拖尾带来的不便和潜在的安全威胁。对刀后可随时从工作台上取下，不占用加工空间，可在多台机床上使用对刀仪，降低整体成本。缺点是在小型加工中心中使用时不具有成本效益。由于其特点，这种对刀仪主要用于中型机床和大型数控立式车床。

无绳对刀仪

无线电信号传输范围一般在10米以上。其优点是无线信号传输范围广，不易受环境影响。对刀后可随时从工作台上取下，不占用加工空间，可在多台数控机床上使用，降低整体成本。这种对刀仪主要用于大型/重型机床。

激光对刀仪的基本原理是利用聚焦的激光束作为触发介质，当激光束被旋转刀具遮挡时，产生触发信号。与接触式对刀系统不同，激光对刀系统采用非接触测量。在对刀过程中没有接触力，这使得即使是最小的刀具也可以测量，而不用担心接触力造成的破损。它可以测量小到0.008mm的刀具直径（例如钻头、丝锥或微型铣刀），自重复测量精度为0.2μm。同时，由于测量过程中刀具高速旋转，测量状态与实际加工状态几乎完全一致，提高了实际对刀精度。由于采用了激光技术，对刀仪可以扫描刀具的形状和测量刀具的轮廓，还可以监测多刀具单个切削刃的破损情况。主要缺点是结构复杂，需要额外的高质量空气供应来保护内部结构。它的成本也很高，主要适用于高速加工中心。

1.2.2机床对位仪的共同特点和优点

（1） 刀具长度/直径自动测量及参数更新：

刀具旋转时进行动态长度/直径测量。测量参数包括机床主轴的端面跳动/径向跳动误差，给出了高速加工时刀具的“动态”偏移值。同时，可随时对刀具参数进行自动测量，从而大大消除了机床热变形引起的刀具参数的“变化”。测量结果自动更新在相应刀具参数表中，完全消除了手动刀具设置和参数输入相关的潜在风险。

（2） 刀具磨损/破损自动监测。

在实践中，当刀具磨损或断裂（断裂）时，操作员很难检测和纠正（特别是用小直径钻头），从而导致刀具进一步丢失，甚至工件报废。使用机床内设置装置，加工后刀具返回库前，刀具长度可自动测量一次。如果出现正常磨损，磨损值将自动更新为刀具损耗参数。如果刀具磨损过大，刀具可被视为断裂（断裂），操作员可以选择更换下一个工件的新刀具或自动停止报警以更换刀具。这提高了产品质量，减少了刀具磨损或报废。

（3） 机床热变形自动补偿。

当机床用于生产加工时，机床的热变形是由于环境温度和工作负荷的变化引起的，进而导致刀具在任何时间发生变化。因此，车间同一台机器生产的产品在早晚生产的产品尺寸精度波动较大。机床内设置量规，可在加工前或加工过程中随时自动测量和更新刀具参数。每一次测量都是用切削工具组在机床热变形的当前状态下进行的，从而大大减少了机床热变形引起的误差。

（4） 刀具轮廓的测量和监测。

在成形刀具等特殊应用中，使用非机床设置量规测量刀具轮廓，确定刀具状态是一项耗时而复杂的任务。它还对操作员的工具设置技能提出了很高的要求。利用机内激光刀具设定仪，激光束可用于随时扫描或监测刀具轮廓，并根据需要自动更新参数。