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對刀儀在數控車床上的應用
數控車床加工中，對刀操作是重要的環節，其準確性將直接影響零件的加工精度和數控加工的效率。為了提高數控車床的加工效率和精度，從實用角度介紹了對刀儀在數控車床上的應用。
數控車床是加工軸類零件的主要設備。在數控車床加工中，工件坐標系確定之后，需要確定每一把刀
具的刀位點在機床坐標系中的位置，即對刀。傳統的對刀大多采用試切法，即對每一-把刀具都進行試切、工件尺寸測量、計算、輸人補償值等操作。不僅對操作人員技術水平要求高，而且每次更換刀具后還要反復上述操作，因此對刀是占用數控車床輔助時間最長的操作之一。人為帶來的隨機性誤差大、安全性差、占用機時較多的傳統對刀方法，已經適應不了現代數控車削的節奏，更不利于發揮數控車床的功能。
為了提高數控車床的加工效率，可以在數控車床上應用對刀儀。應用對刀儀的對刀方法具有精度高、效率高、安全性好等優點。對刀儀的應用不僅把繁瑣的、靠經驗操作的對刀操作簡單化，保證了數控車床的高效、高精度特點的發揮，而且已成為滿足高速、高精度加工機床不可或缺的必備條件。下面主要介紹某個品牌的HPRA ( High Precision Removable Arm)型對刀儀在FANUC-18iTB (兩軸數控車床)數控系統中的應用。
對刀儀工作原理對刀儀的核心部件是由一個高精度的開關(測頭)，一個高硬度、高耐磨的硬質合四面體(對刀探針)和一個信號傳輸接口器組成(其他件略)。四面體探針是用于與刀具進行接觸,并通過安裝在其下的撓性支撐桿,把力傳至高精度開關;開關所發出的通、斷信號,通過信號傳輸接口器,傳輸到數控系統中進行刀具方向識別、運算、補償、存取等。數控機床的工作原理決定，當機床返回各自運動軸的機械參考點后，建立起來的是機床坐標系。該參考點一旦建立,相對機床零點而言,在機床坐標系各軸上的各個運動方向就有了數值上的實際意義。
當對刀儀的安裝位置確定( 與機床和對刀儀的規格有關)后，對刀儀的工作原理如下:
(1)數控車床的各個移動軸返回各自的機床坐標系原點之后，在機床坐標系中對刀儀的位置坐標值是固定的值。
(2)刀具沿所選定的某個軸移動到對刀儀探針所在位置，當刀位點觸及對刀儀探針的瞬間，傳感器發出信號，并把此信號發送到數控系統。數控系統把此信號作為高級信號來處理，極為迅速、準確地控制該軸伺服機構停止運動。
(3)提取停止位置的坐標數據，并輸人到數控系統。數控系統通過工件坐標系和對刀儀探針位置坐標之間的相對關系，自動計算該軸初始刀位點相對機床坐標系原點的距離，即確定該軸刀具的初始偏置量并自動寫人刀具偏置表中。也就相當于確定了工件坐標系原點距機床坐標系原點的距離，數控系統在加工過程中自動把此偏置量加進去。
(4) 在切削過程中，因刀具的磨損和機床熱變形等原因發生初始刀位點的變動或更換新的刀具時，重新應用對刀儀對刀。數控系統會自動計算補償誤差并輸人刀具偏置表中。
對刀儀的應用
對刀儀的安裝與校準
HPRA型對刀儀是對刀臂和基座可分離的即插式結構。測量臂的重復定位精度在5 μm之內，探針的連續重復定位精度在5 μm之內。只要通過插拔機構把對刀臂安裝至對刀儀基座，則對刀儀的電氣信號會自動與數控系統連通，使對刀儀進入可工作狀態。對刀之前首先用手輕壓探針，檢查安裝信號和X、Z軸向的信號以及鎖定進給軸信號的狀態是否良好。其次要對四面體探針進行校準，良好的校準是準確測量的保障。校準對刀儀需要用杠桿式千分表。將杠桿式千分表固定在刀架上，用千分表的頂針頂著探針部位的接觸面，觀察表針的跳動。用手輪方式左右和上下方向分別移動千分表的頂針位置，并通過調整探針下面4mm固定螺栓調平探頭，使千分表跳動量接近等于或小于5 μm。
幾何補償值的測量與參數設定
對刀儀的關鍵是傳感器探針以及精確確定傳感器探針在機床坐標系的位置。對刀儀的傳感器探針對于每一個軸都有兩個方向的接觸面，即X軸有正接觸面和負接觸面，Z軸也有正接觸面和負接觸面。為了測量補償值，首先把需要測量的移動軸返回機床坐標系的原點之后，選擇帶刀補號的T指令，使該移動軸在J0C或手輪模式移動。當基準刀具(一般選擇1號刀位的刀具)分別接觸到傳感器X、Z方向的正接觸面和負接觸面時，傳感器紅燈亮，軸運動立即停止，要分別記錄該軸停止位置的機床坐標系坐標值X。、X。. Z、Z.的值。根據測量的數據設定相關參數:
具體操作步驟為:
(1) 選擇直徑大小為D的基準刀具(JIG)，并安裝于數控車床的刀架。把X軸返回機床原點之后，用手動方式使基準刀具外圓周面觸動傳感器的X軸正接觸面，并記錄該坐標值X。
(2) 把X軸返回機床原點之后，用手動方式使基準刀具外圓周面觸動傳感器的X軸負接觸面，并記錄該坐標值X.，此時，機床原點到X軸負接觸面的距離(Xu) 參數5016:Xu=X。-D，并給參數5016鍵人X值。
(3) 把Z軸返回機床原點之后，用手動方式使
刀座的端面觸動傳感器的Z軸負接觸面，并記錄該坐標值Zm，如圖4 (a)所示。此時，到2軸負接觸面的距離(Zy)參數5018: Z。=Z.并給參數5018鍵入Z。值。
(4)因測量Z,比較困難(如圖4 (b)所示)。
利用2.值和傳感器厚度T值( 根據對刀儀的型號而定)計算Z.的值，即Z.=Z。+T。此時，機床原點到Z軸正接觸面的距離(Zp)參數5017: Zp=Z. +T，并給參數5017鍵入Z值
檢查與測試
完成上述對刀儀的校準、幾何補償值的測量與參數設定操作之后，把對刀儀從基座中拔出放到外置連接座，并重新開機，完成如下的檢查操作。
(1)把X軸和Z軸返回機床原點后，檢查屏幕上顯示的機床坐標值是否與鍵入參數1250的X和Z的坐標值一致( 當Work Sheft 的值均為0)。
(2)通過插拔機構把對刀臂安裝至對刀儀基座后，確認當選擇手動或手輪模式時，CRT畫面是否自動轉換為Offset畫面。
(3)選擇1號刀具進行對刀。以手動方式使刀具以緩慢的速度在X軸和2軸方向分別接觸對刀儀的探針。此時的CRT畫面自動轉換為Offset畫面并自動寄存該刀具的坐標補償值。
(4) 采用相同的方法對其他所有的刀具進行對刀后，把對刀儀從基座中拔出放到外置連接座。
(5) 裝夾工件，用MDI模式選擇1號刀具和補償號(如T0101)， 并以手輪模式使刀具的刀尖點輕微觸動工件端面。
(6) 選擇Work Sheft 畫面，并把光標移動到Measurement的Z欄目后，鍵人0，即工件坐標系的原點定為工件右端面的中心點。
(7) 編寫一個簡單的程序，檢查安裝和測試是否準確。
(8)如果加工誤差超出允許范圍，可適當調整參數5015、5016、 5017、5018 的值。
(9) 調整參數后，重復步驟(3)一(7)的過程，直至滿足加工精度要求
對刀儀的對刀精度
有關資料及實踐證明:HPRA型對刀儀的測量臂的重復定位精度和探針的連續測量重復定位精度均滿足大部分用戶的需要，不需試切。盡管對刀儀具有諸多優點，但它也有不足之處。首先數控車床的零件加工過程是動態過程，而對刀儀的對刀操作是在靜態下進行，因此切削過程中產生的切削力和振動外力等因素影響對刀精度;其次在切削過程中發生的刀具磨損和機床熱變形等直接影響對刀精度。總之，利用對刀儀的對刀精度取決于對刀臂和探針的精度、機床的精度、刀具質量、切削力等因素。
數控車床的對刀問題，一直是阻礙提高數控車削加工效率和加工精度的“瓶頸"。應用對刀儀，一把刀具的對刀操作一般只需1 min左右，對刀速度快，對刀精度高，可大大減少數控車削加工的輔助時間，顯著提高勞動生產率和車削加工質量。用于高速、高精度加工的數控機床配備自動對刀儀等自動化裝置也，是數控機床發展的大勢所趨。
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