加工中心自動對刀儀應用技術

大連大森數控技術發展中心有限公司（遼寧 116023) 李洪波 馮明霞

在現代加工制造中，高效率和高精度一直是機床用戶和機床設計人員追求的目標。加工中心機床的出現，使得需要多種刀具、多種切削工藝的零件，可以在一臺機床上一次性自動加工完成。但是，由于刀庫中各個刀具的長度不同，需要測量其長度差，進行刀長補正。傳統的手動測量方法費時費力，而且存在人為測量誤差。自動對刀儀技術的應用，可實現刀具長度的精準測量和自動補償。

1.自動對刀儀的工作原理

一般來說，自動對刀儀可用于刀具長度測量和刀具半徑測量，本文以立式加工中心常用的刀具長度測量為例，說明對刀儀的自動測量技術。對刀儀測量刀具長度的原理是通過帶有G31的Z軸下移指令，當刀尖接觸到對刀儀的輕觸開關，其信號立即通過SKIP接口輸入數控系統，使得帶有G31的Z軸下移指令終止執行，并跳躍到下一單節繼續執行，同時，Z軸當前的機械坐標值通過系統變量讀出，再通過宏程序中的計算，將刀具長度的差值，即刀補值寫入到與刀號對應的補償變量中。

三菱M70數控系統的跳躍信號接口電路，如圖1所示。數控系統將2ms以上的輸入信號識別為有效的SKIP信號。如果使用繼電器等機械觸點，可能會因振顫而導致誤動作，所以需要使用晶體管等半導體觸點，如圖2所示。

圖1 SKIP接口信號圖

圖2 SKIP信號時序圖

2.自動測量用的宏程序

在對刀儀的使用中，需要實現兩種測量，一種是測量工件與對刀儀之間的落差值，即工件上表面與對刀儀輕觸開關之間的Z軸位移差，對于同一個工件，只需測量一次;另一種是測量各刀具的長度補償值，每個刀具都要分別進行測量。兩種測量都需要通過M代碼調用相應的宏程序并執行。

(1)測量工件與對刀儀之間的落差值:在MDI方式下，執行M35指令，測量過程自動完成。

M35指令調用宏程序 O9005，其宏編程指令如下:

(2)測量各個刀具的長度補償值:在MDI方式下，執行M36指令，測量過程自動完成。

M36指令調用宏程序 O9006，其宏編程指令如下:

3.測量準備和測量方法

(1)登錄M代碼調用的宏程序。將O9005和O9006宏程序輸入到系統內存，并設置如下參數:

(2)把測量刀具能夠接觸到對刀儀輕觸開關時的機械坐標值寫入系統變量:

(3)測量工件與對刀儀之間的落差值:將主軸當前刀具 (或刀庫中任意刀具)接觸工件上表面，然后在MDI方式下執行M35指令，測量完畢后落差值自動寫入系統變量。每次更換新的工件時，都要先用M35指令測量工件與對刀儀之間的落差值。

(4)在MDI方式下執行下述指令，完成各個刀具的長度測量并自動寫入對應刀號的刀補參數。

(5)加工程序中調用刀補的指令格式:

4.自動對刀儀安全工作的保護措施

對刀儀屬于精密測量儀器，其精度和安全性對于機床來說十分重要。因此，需要采取必要的安全保護措施。

(1)為防止異常情況下被刀具撞壞，對刀儀都帶有過行程保護開關，該開關一般為常閉信號，接在數控系統I/O輸入點上，當異常情況發生時，刀具接觸到保護開關并使其信號斷開，系統立即進入Z軸互鎖保護狀態并產生報警，從而避免撞壞對刀儀。

(2)與刀庫換刀宏程序一樣，對刀儀調用的宏程序也是禁止用戶修改和刪除的。為了保護此類機床制造商程序，可根據需要對下述參數進行設置。

9000～9999宏程序鎖住參數:

(3)吹氣，由于對刀儀一般安裝在機床工作臺上面，容易受到切削液或加工碎屑的影響，降低測量精度，因此，務必采用帶有吹氣裝置的對刀儀(見宏程序中的M17/M18代碼)，使得在測量過程中，刀具接觸對刀儀輕觸開關之前，先將開關上面的液體或碎屑吹掉，從而保證測量精度。