數(shù)控機(jī)床對(duì)刀的目的與方法

在應(yīng)用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)制造產(chǎn)品零件的工藝過程中，影響零件質(zhì)量的因素很多，如數(shù)控機(jī)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(shù)的準(zhǔn)確設(shè)置，一直以來卻很少被大家所關(guān)心和重視，這里將重點(diǎn)探討在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行準(zhǔn)確刀具設(shè)置的方法特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

一般來講，通常使用的有兩個(gè)坐標(biāo)系：一個(gè)是機(jī)床坐標(biāo)系，另外一個(gè)是工件坐標(biāo)系。機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱為機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床零點(diǎn)。為了計(jì)算和編程方便，我們需要在機(jī)床坐標(biāo)系中建立工件坐標(biāo)系。將工件上的某一點(diǎn)作為坐標(biāo)系原點(diǎn)（也稱為程序原點(diǎn)）建立坐標(biāo)系，這個(gè)坐標(biāo)系就是工件坐標(biāo)系。日常工作中，我們要盡量使編程基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)、裝配基準(zhǔn)重合。通常情況下，一臺(tái)機(jī)床的機(jī)床坐標(biāo)系是固定的，而工件坐標(biāo)系可以根據(jù)加工工藝的實(shí)際需求分別建立若干個(gè)，例如由G54、G55等來選擇不同的工件坐標(biāo)系。

進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，數(shù)控程序所走的路徑均是主軸上刀具的刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡。刀具刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡自始至終需要在機(jī)床坐標(biāo)系下進(jìn)行精確控制，這是因?yàn)闄C(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床唯一的基準(zhǔn)。編程人員在進(jìn)行程序編制時(shí)不可能知道各種規(guī)格刀具的具體尺寸，為了簡化編程，這就需要在進(jìn)行程序編制時(shí)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)，然后在使用刀具進(jìn)行加工時(shí)，將刀具準(zhǔn)確的長度和半徑尺寸相對(duì)于該基準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的偏置，從而得到刀具刀尖的準(zhǔn)確位置。所以對(duì)刀的目的就是確定刀具長度和半徑值，從而在加工時(shí)確定刀尖在工件坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置。

機(jī)外對(duì)刀
刀具預(yù)調(diào)儀是一種可預(yù)先調(diào)整和測(cè)量刀尖長度、直徑的測(cè)量儀器，該儀器若和數(shù)控機(jī)床組成DNC網(wǎng)絡(luò)后，還可以將刀具長度、直徑數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程輸入加工中心NC中的刀具參數(shù)中。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)先將刀具在機(jī)床外校對(duì)好，裝上機(jī)床即可以使用，大大節(jié)省輔助時(shí)間。但是主要缺點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果為靜態(tài)值，實(shí)際加工過程中不能實(shí)時(shí)地對(duì)刀具磨損或破損狀態(tài)進(jìn)行更新，并且不能實(shí)時(shí)對(duì)由機(jī)床熱變形引起的刀具伸縮進(jìn)行測(cè)量。

試切法對(duì)刀
試切法對(duì)刀就是在工件正式加工前，先由操作者以手動(dòng)模式操作機(jī)床，對(duì)工件進(jìn)行一個(gè)微小量的切削，操作者以眼觀、耳聽為判斷依據(jù)，確定當(dāng)前刀尖的位置，然后進(jìn)行正式加工。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要額外投資添置工具設(shè)備，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。主要缺點(diǎn)是效率低，對(duì)操作者技術(shù)水平要求高，并且容易產(chǎn)生人為誤差。在實(shí)際生產(chǎn)中，試切法還有許多衍生方法，如量塊法、涂色法等。

機(jī)內(nèi)對(duì)刀
此種機(jī)內(nèi)對(duì)刀方式是利用設(shè)置在機(jī)床工作臺(tái)面上的測(cè)量裝置（對(duì)刀儀），對(duì)刀庫中的刀具按事先設(shè)定的程序進(jìn)行測(cè)量，然后與參考位置或者標(biāo)準(zhǔn)刀進(jìn)行比較得到刀具的長度或直徑并自動(dòng)更新到相應(yīng)的NC刀具參數(shù)表中。同時(shí)，通過對(duì)刀具的檢測(cè)也能實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具磨損、破損或安裝型號(hào)正確與否的識(shí)別。

機(jī)內(nèi)對(duì)刀儀
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。
按照傳感器工作方式，機(jī)內(nèi)對(duì)刀儀可以分為接觸式對(duì)刀儀和激光對(duì)刀儀兩類。其中的接觸式對(duì)刀儀自身的重復(fù)測(cè)量精度為1μm，又可以根據(jù)對(duì)刀儀信號(hào)傳輸方式的不同，進(jìn)一步細(xì)分為以下幾類：電纜式對(duì)刀儀；紅外線式對(duì)刀儀；無線電式對(duì)刀儀。

由于不需要對(duì)刀信號(hào)的轉(zhuǎn)換部件而有最佳的單件性價(jià)比，因此在工作中最為常見，但是其缺點(diǎn)是有電纜線的拖曳，限制了該對(duì)刀儀的應(yīng)用場(chǎng)合，大多適用于中小規(guī)格的三軸銑床/加工中心。
紅外線式對(duì)刀儀，信號(hào)傳輸范圍一般在6m以內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是采用編碼的HDR（高速數(shù)據(jù)傳輸）紅外技術(shù)從而避免了電纜拖曳帶來的不便和潛在的安全威脅，對(duì)刀后可以隨時(shí)從工作臺(tái)面取下不占用加工空間，并且可以多臺(tái)機(jī)床共用一臺(tái)對(duì)刀儀從而降低綜合成本。其缺點(diǎn)是在小型加工中心上使用時(shí)性價(jià)比不高。由其特點(diǎn)決定，該類對(duì)刀儀多用于中型機(jī)床以及大型的數(shù)控立車等。

無線電信號(hào)傳輸范圍一般在10米以上。其優(yōu)點(diǎn)是無線電信號(hào)傳輸范圍大并且不易受到環(huán)境影響，對(duì)刀后可以隨時(shí)從工作臺(tái)面取下不占用加工空間，并且可以多臺(tái)機(jī)床共用一臺(tái)對(duì)刀儀從而可以降低綜合成本。該類對(duì)刀儀多用于大型/重型機(jī)床。
激光對(duì)刀儀，如激光對(duì)刀儀Nano刀具測(cè)量系統(tǒng) Laser Control Nano NT ECP87.0634-015-NT-A1-SET，該產(chǎn)品的基本原理為采用聚焦激光光束為觸發(fā)媒介，當(dāng)激光光束被旋轉(zhuǎn)的刀具遮蔽時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。和接觸式對(duì)刀儀有本質(zhì)不同的是激光對(duì)刀儀采用非接觸測(cè)量，在對(duì)刀時(shí)沒有接觸力，因而可以對(duì)極其細(xì)小的刀具進(jìn)行測(cè)量而不用擔(dān)心由于接觸力導(dǎo)致細(xì)小刀具的折損，自身重復(fù)測(cè)量精度達(dá)到0.1μm。同時(shí)，由于測(cè)量時(shí)，刀具以加工速度高速旋轉(zhuǎn)，所以測(cè)量狀態(tài)幾乎完全等同于實(shí)際加工狀態(tài)，提高了對(duì)刀的實(shí)用精度。由于采用激光技術(shù)，該對(duì)刀儀可以對(duì)刀具外形進(jìn)行掃描而測(cè)量刀具的輪廓，并可以對(duì)多刃刀具的單個(gè)刀刃進(jìn)行破損監(jiān)測(cè)。其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要額外的高質(zhì)量氣源對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，造價(jià)較高，主要適用于高速加工中心。