数控车床是加工轴类零件的主要设备。在数控车床加工中,工件坐标系确定之后,需要确定每一把刀具的刀位点在机床坐标系中的位置,即对刀。传统的对刀大多采用试切法,即对每一把刀具都进行试切、工件尺寸测量、计算、输入补偿值等操作。不仅对操作人员技术水平要求高,而且每次更换刀具后还要反复上述操作,因此对刀是占用数控车床辅助时间最长的操作之一。人为带来的随机性误差大、安全性差、占用机时较多的传统对刀方法,已经适应不了现代数控车削的节奏,更不利于发挥攻牙机,铆钉机的功能。

  为了提高攻牙机,铆钉机的加工效率,可以在数控车床上应用刀具设定仪。应用刀具设定仪的对刀方法具有精度高、效率高、安全性好等优点。刀具设定仪的应用不仅把繁琐的、靠经验操作的对刀操作简单化,保证了攻牙机,铆钉机的高效、高精度特点的发挥,而且已成为满足高速、高精度加工机床不可或缺的必备条件。
刀具设定仪在数控车床上的应用图

  刀具设定仪的工作原理

  刀具设定仪的主要部件是高硬度、高耐磨的硬质合金四面体形状的探针传感器和信号传输接口器以及即插式测量臂。这些部件与机床数控系统配合使用,核心部件是高精度的四面体探针。其作用是与刀具的刀位点进行接触时,传感器发出信号,同时该信号通过挠性支撑杆、高精度开关和信号传输接口器,传输到数控系统。数控系统根据此信号进行刀具刀位点的方向识别、运算、补偿、寄存等工作。对于安装刀具设定仪的机床,对刀仪的探针传感器的安装位置是固定的。应用时需要精确确定刀具设定仪探针传感器在机床坐标系上的位置坐标值,并通过参数设定的方法把探针的位置坐标值输入到数控系统。加工过程中数控系统通过工件坐标系和刀具设定仪探针位置坐标值之间的数据换算,计算刀位点的机床坐标值。
刀具设定仪在数控车床上的应用图

  当刀具设定仪的安装位置确定 ( 与机床和刀具设定仪的规格有关) 后,刀具设定仪的工作原理如下:

  (1) 数控车床的各个移动轴返回各自的机床坐标系原点之后,在机床坐标系中刀具设定仪的位置坐标值是固定的值。

  (2) 刀具沿所选定的某个轴移动到刀具设定仪探针所在位置,当刀位点触及刀具设定仪探针的瞬间,传感器发出信号,并把此信号发送到数控系统。数控系统把此信号作为高级信号来处理,极为迅速、准确地控制该轴伺服机构停止运动。

  (2) 提取停止位置的坐标数据,并输入到数控系统。数控系统通过工件坐标系和刀具设定仪探针位置坐标之间的相对关系,自动计算该轴初始刀位点相对机床坐标系原点的距离,即确定该轴刀具的初始偏置量并自动写入刀具偏置表中。也就相当于确定了工件坐标系原点距机床坐标系原点的距离,数控系统在加工过程中自动把此偏置量加进去。
刀具设定仪在数控车床上的应用图

  ( 4) 在切削过程中,因刀具的磨损和机床热变形等原因发生初始刀位点的变动或更换新的刀具时,重新应用刀具设定仪对刀。数控系统会自动计算补偿误差并输入刀具偏置表中。

  数控车床的对刀问题,一直是阻碍提高数控车削加工效率和加工精度的、瓶颈。应用刀具设定仪,一把刀具的对刀操作一般只需1 min左右,对刀速度快,对刀精度高,可大大减少数控车削加工的辅助时间,显著提高劳动生产率和车削加工质量。用于高速、高精度加工的数控机床配备自动对刀仪等自动化装置也是数控机床发展的大势所趋。