对刀器的工作原理与作用

文/ 发布于2017-09-06 浏览次数:793

  对刀仪,也俗称机内对刀仪或自动对刀仪。它与刀具预调仪有一定的区别,用途及使用方式也有很大的不同。

  刀具预调仪,是一台完全独立的刀具测量仪器,是在刀具装入CNC数控机床前,由单独一个人工操作仪器与人工调节完成刀具轴向与径向数据收集。再由CNC操作人员抄写输入或导入CNC数控机床中使用。

  对刀仪也称机内对刀仪。它是CNC数控机床中的一个标准配件。它从早期的附表式对刀仪、光电式对刀仪,发展到现在比较常成熟使用的自动对刀仪,现在常用的为接触式对刀仪、激光雷射式对刀仪、磁感式对刀仪三类。其中接触式对刀仪以重复定位精度1um内、使用寿命在600万次,用指令(编程代码)操作,国内CNC操作人员均能简单操作非常之便,在国内外使用非常广泛。

  自动对刀仪分类一接触式对刀仪包括:各种雕刻机对刀仪雕铣机对刀仪钻攻机对刀仪加工中心对刀仪及车床对刀仪

  接触式对刀仪通过信号传输与CNC数控机床系统联接配套成一体,它是机床自动化生产的一部份,它用于各种常用刀具装夹于主轴上后,在开始加工前与加工中及加工后整个过程对刀具检测对刀、热补、磨损补偿与监测刀具破裂、折损预警功能及时避免不良品及废品的产品。

  接触对刀仪本身性能优点及缺点:

  (自然并不是所有接触式对刀仪都能达到如下产品标准)

  1,长度方向断刀检测3秒内完成。

  2,长度方向对刀检测7秒内完成。

  3,长度方向对刀重复定位精度0.001mm(1um)内。

  4,使用寿命约600万次。(若平均每天对刀1000次,可正常使用16年)

  5,能在很恶劣的切削油及切削液加工工作环境中使用。

  6,有些特定款能在弱酸酸碱中使用(如玻璃机雕刻机对刀仪、高光机雕刻机对刀仪)。

  7,接触式对刀仪主要用于刀具长度方向检测,不能对径向磨损检测。

  8,传输信号完全抗干扰。

  在国内外CNC数控机床近几十年的飞速发展的今天,接触式对刀仪已经成为CNC数控机床中必备的对刀利器。也得到CNC操作人员及生产管理与企业领导的重视及使用。

  二激光式对刀仪

  激光式对刀仪通过信号传输与CNC数控机床系统联接配套成一体,它也是机床自动化生产的一部份,它用于各种常用刀具装夹于主轴上后,在开始加工过程前、加工过程中及加工过程后的整个过程对刀具检测对刀、热补、磨损补偿与监测刀具破裂、折损预警功能及时避免不良品及废品的产品。

  激光式对刀仪本身性能优点及缺点:(以下发言并不代表所有激光式对刀仪)

  1,能对检测常用刀具长度及径向全面检测。

  2,能对组合刀具外形检测。

  3,长度方向断刀检测比接触式的慢。

  4,长度方向对刀检测比接触式的慢。

  5,长度方向对刀重复定位精度0.001mm(1um)。

  6,使用寿命暂无统计。

  7,最重要的是不能在过于恶劣的切削油及切削液加工工作环境中使用。(如果加工工作环境差的就会出现检测不准确及不能正常工作等情况)。

  8,传输信号抗干扰。

  据不完全统计激光式对刀仪比接触式对刀仪销售单价高近10倍及售后成本高,因此未能在内国得到广泛推广使用。

  三磁感式对刀仪

  磁感式对刀仪也通过信号传输与CNC数控机床系统联接配套成一体,它是机床自动化生产的一部份,它也用于各种常用刀具装夹于主轴上后,在整个过程对刀具检测对刀、热补、磨损补偿与监测刀具破裂、折损预警功能及时避免不良品及废品的产品。它是比较早期的自动对刀仪,根据电磁场感应金属体的距离位置,得出相对的信号反馈。

  磁感式对刀仪本身性能优点及缺点:

  1,长度方向断刀及对刀仪检测比较慢。

  2,长度方向对刀重复定位精度0.01mm内。

  3,使用寿命底。

  4,只能在一般的切削油及切削液加工工作环境中使用。

  5,磁感对刀仪主要用于刀具长度方向检测,不能对径向磨损检测。

  6,传输信号线易老化及不完全抗干扰。

  它在于加工过程中对刀具初次测量反馈到CNC数控系统中,对整个加工过程的刀具检测与监测预警。

  启用机雕铣机对刀仪,能极大程度的差少因人为操作对刀校刀不准确、刀具破裂、折损、磨损未能及时发现所产生的不良品或废品,用一台小型实用的雕铣机对刀仪让不良品或废品不再发生,从而大大提生产效率实现机器完全自动化生产,不再因各种人为操作所产生不良品或废品提高加工成本而烦恼。本对刀仪实用安装于各种精密雕铣机、雕刻机、加工中心机、塘铣床、钻头等各种轴向刀具检测的机器设备.

  在工作台水平垂直位置找寻到安装位置后,在对应的数控系统内输入程序就可以有效的实现自动对刀。在中国的雕铣机和玻璃机的发展中起到必不可少的作用。

  自动对刀过程及作用

  1.自动对刀仪在±X、±Z及±Y轴六个方向上测量和补偿刀偏值

  使用了对刀仪的机床,因对刀后能够自动设置好刀具对工件坐标系的偏置值,从而自动建立起工件坐标系。在这种情况下,加工程序中就无需再用“G50指令”来建立工件坐标系了。

  2.加工过程中刀具磨损或破损的自动监测、报警和补偿

  在没有安装对刀仪的机床上完成磨损值的补偿是很麻烦的,需要多次停下机床对工件的尺寸进行手工测量,还要将得到的磨损值手动修改刀补参数。安装对刀仪后,这个问题就简单多了,特别是安装HPPA型或HPMA型后更为方便。前者,只要根据刀具的磨损规律,干完一定数量的工件后停下机床,用对刀仪再进行一遍对刀的过程即可;后者,只要在程序中设定完成多少个加工循环后执行一次自动对刀,即可完成刀补工作。

  对于刀具破损报警或刀具磨损到一定程度后更换,是根据刀具允许的磨损量,设定一个“门槛值”,一旦对刀仪监测到的误差超过门槛值,即认为刀具已破损或超过了允许的磨损值,则机床自动报警停机,然后强制进行刀具的更换。

  3.机床热变形引起的刀偏值变动量的补偿

  机床在工作循环过程中,产生的各种热量,导致机床的变形特别是丝杠的热伸长,使刀尖位置发生的变化,其结果是加工工件的尺寸精度会受到影响。在机床上安装对刀仪,上述问题可迎刃而解。无非是把这种由热变形产生的刀尖位置变化,视为刀具的磨损值,通过对刀仪来测量这种刀具偏置值,即可解决。

  工作原理

  对刀仪的核心部件是由一个高精度的开关(测头),一个高硬度、高耐磨的硬质合金平面体和一个信号传输接口器组成(其他件略)。平面体探针是用于与刀具进行接触,并通过安装在其下的挠性或直型支撑杆,把力传至高精度开关;开关所发出的通、断信号,通过信号传输接口器,传输到数控系统中进行刀具方向识别、运算、补偿、存取等。

  数控机床的工作原理决定,当机床返回各自运动轴的机械参考点后,建立起来的是机床坐标系。该参考点一旦建立,相对机床零点而言,在机床坐标系各轴上的各个运动方向就有了数值上的实际意义。

  对于安装了对刀仪的机床,对刀仪传感器距机床坐标系零点的各方向实际坐标值是一个固定值,需要通过参数设定的方法来精确确定,才能满足使用,否则数控系统将无法在机床坐标系和对刀仪固定坐标之间进行相互位置的数据换算。当机床建立了“机床坐标系”和“对刀仪固定坐标”后(不同规格的对刀仪应设置不同的固定坐标值),对刀仪的工作原理如下:

  1.机床各直线运动轴返回各自的机械参考点之后,机床坐标系和对刀仪固定坐标之间的相对位置关系就建立起了具体的数值。

  2.不论是使用自动编程控制,还是手动控制方式操作对刀仪,当移动刀具沿所选定的某个轴,使刀尖(或动力回转刀具的外径)靠向且触动对刀仪上四面探针的对应平面,并通过挠性支撑杆摆动触发了高精度开关传感器后,开关会立即通知系统锁定该进给轴的运动。因为数控系统是把这一信号作为高级信号来处理,所以动作的控制会极为迅速、准确。

  3.由于数控机床直线进给轴上均装有进行位置环反馈的脉冲编码器,数控系统中也有记忆该进给轴实际位置的计数器。此时,系统只要读出该轴停止的准确位置,通过机床、对刀仪两者之间相对关系的自动换算,即可确定该轴刀具的刀尖(或直径)的初始刀具偏置值了。换一个角度说,如把它放到机床坐标系中来衡量,即相当于确定了机床参考点距机床坐标系零点的距离,与该刀具测量点距机床坐标系零点的距离及两者之间的实际偏差值。

  4.不论是工件切削后产生的刀具磨损、还是丝杠热伸长后出现的刀尖变动量,只要再进行一次对刀操作,数控系统就会自动把测得的新的刀具偏置值与其初始刀具偏置值进行比较计算,并将需要进行补偿的误差值自动补入刀补存储区中。当然,如果换了新的刀具,再对其重新进行对刀,所获得的偏置值就应该是该刀具新的初始刀具偏置值了。

  对刀精度

  根据有关资料及实践证明,对刀仪测头重复精度1μm;这一精度可以满足所有用户的需要而不需试切。

  CNC车床对刀仪

  在±X、±Z及Y轴五个方向上测量和补偿刀偏值

  在五个方向上进行刀偏值的测量和补偿,可以有效地消除人工对刀产生的误差和效率低下的问题。不管是采用何种切削刀具(外圆、端面、螺纹、切槽、镬孔还是车削中心上的铣、钻削动力刀具),进行工件轮廓车削或铣削时,所有参与切削的刀尖点或刀具轴心线,都必须通过调整或补偿,使其精确地位于工件坐标系的同一理论点或轴心线上。对动力型回转刀具,除要测量并补偿刀具长度方向上的偏置值外,同时还要测量和补偿刀具直径方向上的偏置值(刀具以轴心线分界的两个半径的偏置值)。否则机床无法加工出尺寸正确的工件。在没有安装对刀仪的机床上,每把刀具的偏置值,是对每把刀具进行仔细的试切后,对工件尺寸进行测量、计算、补偿(手工对刀)才可得出,费时费力,稍不小心还会报废工件。当更换刀具后,这项工作还要重新进行。因而,对刀是占用机床辅助时间最长的工作内容之一。

  CNC车床15英寸以下卡盘,手臂旋转重复精度5μm。

  18英寸及其以上卡盘的大规格,对刀臂的重复精度能达到8μm。

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