刀具測量功能在數控機床上的應用

1 引言

隨著現代科技的高速發展，機床工業在整個工業體系占有舉足輕重的核心地位，數控機床的金屬切削加工已經越來越廣泛的應用于精密器件的等領域，涵蓋航空航天、軍工、汽車、3C消費電子等行業應用，如何提高加工過程中的精度控制，已經逐漸成為了一個世界性的難題。特別是在加工過程中缺少對刀具的精確測量，以及補償修正，從而影響由此帶來的加工過程中的精度誤差。隨著市場上工件測量及刀具測量的產品不斷涌現，對于刀具的長度測量、直徑測量、斷刀檢測以及刀具磨損補償等應用，對于加工精度得到了很大的提升，對于加工產品的一致性得到了很大的保障。智能制造的自動化產線應用中，數控機床刀具是消耗性產品，并且隨著加工零件種類及工藝的繁雜要求，刀具的更換也越來越頻繁，在加工過程中缺少對刀具的精確測量，以及補償修正，從而影響由此帶來的加工過程中的精度誤差。隨著市場上工件測量及刀具測量的產品不斷涌現，對于刀具的長度測量、直徑測量、斷刀檢測以及刀具磨損補償等應用，對于加工精度得到了很大的提升，為了更加有效地管理數控機床刀具以及實現自動換刀系統中刀具的快速查詢定位，降低人工成本，提升生產效率，提升產品精度質量等，在線監測與刀具測量等功能，在機床加工領域的重要性不斷提升

。

2 數控機床的對刀器產品應用與簡介

測頭系統的種類繁多，按照功能分類，可分為工件檢測測頭和刀具檢測測頭(又稱對刀儀)；按工作方式分為自動方式和手動方式兩種；按信號傳輸方式分類，可分為電纜連接式、電感式、光學式、和無線電四種方式，具體的傳輸方式的選擇，取決于應用場景

。

為了驗證微波調制激光測速實驗系統的可靠性，需要將測速系統的測速結果與目標的真實運動速度做比較，然而在實際情況下，難以控制精確待測目標以一個較高的速度運動，且動態范圍有限。為了更加準確的衡量接收機的性能，本文使用AD9915型號的DDS芯片搭建了一個高動態多普勒信號模擬器（下簡稱信號模擬器），用來精確生成頻率為f0+fd的信號，其中f0為1.772 GHz的中心頻率，fd為模擬的多普勒頻率，DDS芯片以一個2.5 GHz的穩定信號作為基準頻率，并根據3個可配置參數FTW，A，B，輸出需要的頻率[16]：

旋轉式對刀臂是一種車刀測量系統，可以完成刀具的測量，也可以完成刀具的破損檢測。旋轉式對刀臂由固定基座和擺臂組成。有手動和自動兩種：1)手動型： 由機床操作者完成手臂擺動；2)自動型： 由電動馬達完成手臂擺動，數控系統M代碼指令控制。

刀具測量系統在自動化生產廣泛應用，降低了操作者的勞動強度，極大地提高了良品率。本文以對刀儀產品的應用加以介紹。圖1和圖2分別為加工中心自動對刀儀示例圖，以及數控車床對刀臂示例圖。

2.1 對刀儀的主要應用

1)快速精確測量，修正刀具的長度和直徑的偏置值；2)快速、自動的測量和修正刀庫內的全部刀具的參數；3)避免手動對刀帶來的人為介入誤差；4)監測刀具的破損情況，及時給予預警，防止產品報廢；5)縮短機床輔助時間，提高生產效率

；

在“刀具測量”頁面下，點擊橫向按鈕“自動刀具測量”，即可進入本系統的自動刀具測量頁面。下圖3為自動刀具測量頁面

建立目標管理體系的背景是什么？目標管理體系如何在醫院落地？推行難度在哪里？形成了哪些可借鑒的經驗？西安交大一附院用實踐一一給出答案。

2.2 對刀儀的特點

1)直接接觸刀具尖端輸出信號，因此可避免誤檢測，可靠性高；2)內置開關為接觸式，精度高；3)無需使用放大器，因此不會因傳感部的自身散熱及溫度特性而造成溫度偏差；4)防塵防水結構，在冷卻液、鐵屑飛揚的條件下仍具有很好的耐久性；5)超行程時可發報警信號

。

2.3 對刀儀的選擇項目與注意事項

對刀面直徑：可選擇與所用刀具(立銑刀直徑、鉆頭直徑)匹配的對刀面直徑。

3.2.5 自動測量循環

3 對刀儀在i5OS數控系統加工中心機床的安裝與應用

3.1 基礎安裝調試

3.2.4 自動刀具測量

配置方法：首先SYSTEM.INI配置：I.系統最大支持10個探針信號，探針信號是引腳接入，而信號名稱為：probe0.ibsig～probe9.ibsig。之后II.需要在SYSTEM.INI中為用到的觸發信號配置實際的物理信號輸入。例如：probe0.ibsig=PLC.IB100.1/#測頭探針0。其次是TRIGER指令配置，修改參數ATMSR_WORKPUSEPEB，如使用探針0，則參數設置為0。I. 每個探針需要設置的參數：PROBE_SGTYP %d : 探針是上升沿觸發(ON)還是下降沿觸發(OF)； II. 自動測量全局位置速度相關參數：ATMSR_BPDST : 自動測量收到觸發信號后后退的距離；ATMSR_BPVEL : 自動測量收到觸發信號后后退的速度；ATMSR_CNTVEL : 自動測量第二次靠近探針的速度；

3.2 自動對刀功能操作方法

3.2.1 進入自動刀具測量

目前臨床科學技術發展快速，醫院B超已經向彩超發展，婦產科急腹癥的診斷中使用彩超診斷具有較多的應用。在婦產科急腹癥的臨床診斷中，采用彩超診斷，能夠對患者的子宮形態、大小、內部有無回聲和包塊、以及盆腔內有無游離液體等進行仔細全面的檢查。一般醫護人員對圖像進行分析，和相關的實驗室結果以及病史進行結合，能夠給患者提供直接或間接的診斷。

明清中期，徽州社會大發展，村落同樣發展繁榮。當時的很多家譜中都記載了這一景象，比如《石球桂氏宗譜》中提到“每逾一嶺、進一溪，其中煙火萬家、雞犬相聞者，皆巨族大家之所居也。一族所聚，動輒數百或數十里?！痹谶@句話里表現出徽州聚集而居且規模龐大。這個時期的徽商也是為了生存離開家鄉經商，迎來了之后的鼎盛時期。在商場上取得成功的商人回到家鄉，給桑梓建設投入大筆資金，擴大了聚落的規模，促進了聚落的繁榮發展［1］。

3.2.2 自動刀具測量循環進行設置

在自動刀具測量頁面中輸入各項測量參數， 然后點擊橫向按鈕“執行測量”，系統將退回主界面，且面板的循環啟動鍵開始閃爍。此時點擊循環啟動鍵，則系統開始以 MDA 的方式執行測量循環。下圖6為自動刀具測量界面。

3.2.3 自動刀具測量循環探頭校正

在自動刀具測量頁面點擊橫向按鈕“探頭校正”，則進入探頭校正頁面

。 在該頁面中輸入各項測量參數，然后點擊橫向按鈕“執行校正”，系統將退回主界面，且面板的循環啟動鍵開始閃爍。此時點擊循環啟動鍵，則系統開始以 MDA 的方式執行校正。下圖5為自動對刀MDA界面。DISTS →快速接近到探頭初始定位位置的安全距離；OFSL →從刀具刀尖開始向上偏移多少距離執行刀徑測量；DIR →校正時的主軸旋轉方向；=3 主軸正轉( M03)；=4 主軸反轉( M04)；=5 主軸不旋轉

2018年6月29日召開的中共四川省委十一屆三次全會提出，構建“一干多支、五區協同”區域發展新格局，明確“鼓勵和支持有條件的區域中心城市爭創全省經濟副中心”，確定綿陽、德陽、樂山、宜賓、瀘州、南充、達州7個區域中心城市。

對于硬件安裝與接線分為兩個部分：1)根據對刀儀產品的操作手冊，完成機械安裝固定在機床工作臺；2)根據電氣接線原理圖，完成電氣信號線及控制線接線，注意線纜的走線及護套保護等；對于i5OS系統文件配置及參數設置來說，無論是對刀儀還是測頭，首先都需要對SYSTEM.INI和TRIGER指令進行配置。

在自動刀具測量頁面點擊橫向按鈕“設置”，則進入自動對刀設置頁面，在該頁面對自動對刀的各項參數進行設置，同時設定探頭的粗略位置。其中，設定探頭的粗略位置的操作方法如下：1)將一把已知刀長的標準刀安裝于主軸上，并在刀偏表的相應位置中輸入刀長值；2)進入自動對刀設置頁面，手動移動機床各軸，使標準刀的底面中心盡可能靠近對刀儀探測圓盤的中心位置；3)分別點擊 X、 Y、 Z 軸探針位置數值右側的“設置”按鈕，即可完成探頭粗略位置的設定。下圖4為自動刀具測量循環設置說明：1)探頭位置 Z的值設定為0，則對刀具長度的測量將采用負向刀長模式；2)“對刀儀刀徑測量方向”參數的含義如下：(A)參數值=1：沿 X 軸負方向執行刀徑測量；(B)參數值=2：沿 X 軸正方向；(C)參數值=3：沿 Y 軸負方向；(D)參數值=4：沿 Y 軸正方向。3)當采用負向刀長測量模式時，“最大可測量刀具長度”和“最小可測量刀具長度”參數應按需要設置為負值；4)“對刀儀校正模式”參數的含義如下：(A)參數值=1：執行 Z 軸向刀長和刀徑測量方向刀徑的校正；(B)參數值=2：執行 Z 軸向刀長和四個方向( X+, X-, Y+, Y-)刀徑的校正；(C)參數值=3：僅執行 Z 軸向刀長的校正。

安裝：需將對刀儀安裝至可確保精度(主軸和直角)的工作臺、支架等位置。保證安裝面清潔、水平度以及安裝牢固。刀具與對刀面的接觸方法：1)刀具直接接觸對刀面的可動方向；2)必須考慮到對刀儀的行程，不可按壓過力，否則可能會造成對刀儀和刀具損壞；3)測量刀具長度時，需在不旋轉刀具的狀態下接觸對刀面；4)測量刀具直徑時，需低速逆向旋轉刀具接觸對刀面；5)刀具直徑較小(φ0.5～0.9mm)時，需低速接觸，可保證測量的精度；6)操作速度或對刀面的接觸點不同時，即使是同一刀具也會產生精度誤差。

編程：TMEAS_PRES(DISTS,OFSD,OFSL,TOLD,TOLL,DIR)/參數見表1。

或許流行總是會有眾多的擁躉者，一種樣式過后還會有另外的模式接踵而來，變幻不息。而一個有追求有創造力的攝影師應不甘于此，希望這樣的攝影師越來越多。

說明：1)若要執行刀長和刀徑磨損測量，則在刀偏表中一定要有正確的刀長和刀徑數值；2)測量前需激活刀具補償；3)測量時的刀具旋轉方向必須與刀具加工時的旋轉方向相反，以防止刀具損傷探測盤。

這需要單位把長期投資方案的現金進行流出，然后把相關建設投資各年所獲得的現金流入，該方法主要是利用相同時點的數值來進行表示，最后則需要進行對比分析。對相關數據進行對比分析的目的是為了能夠了解到方案的經濟性，從而把各方案的投資利益都歸納到客觀的基礎上。

3.2.6 自動探頭校正循環

編程：TMEAS_CAL(DISTS,OFSL,DIR)/參數見表2。

說明：1)該循環用來獲取探頭的準確坐標位置，因此需要一把已知刀長和刀徑的刀具作為校正工具。使用該循環前，校正刀具應已裝上主軸，且其刀長和直徑已經寫入到刀偏表中；2)測量前需激活刀具補償；3)測量時的刀具旋轉方向必須與刀具加工時的旋轉方向相反，以防止刀具損傷探測盤。

4 刀具的測量循環

刀具測量循環可以測量刀具的XZ方向，也可以進行刀具破損的檢測

。刀具測量分為手動測量和自動測量，本文以手動測量循環介紹。注意：手動測量時，先更換要測量的刀具，注意換刀時移動刀架遠離對刀臂，避免發生撞刀。手動測量時所用的循環是：TTM_PRES(TYP,TOLL,OFZ)

其中：TYP是測量的方向；TYP=1：只執行X方向刀長測量 ；TYP=2：只執行Z方向刀長測量 ；TYP=3：先執行X方向測量，再執行Z方向測量；TOLL是測量的誤差。

若TOLL設定為0，則測得的刀長數據直接寫入刀偏表的刀長參數中。若TOLL設定不為0，則測得的刀長數據會與刀偏表的刀長參數進行比較，若偏差沒有超過TOLL值，則將偏差值寫入刀偏表的刀具磨損參數，若偏差超過TOLL，則系統報警。手動測量循環的操作方法：

銳騏6雖然是一款皮卡車型，但是在外觀設計上也費盡心思。“冠軍腰帶式”前格柵，粗壯有力，安全感十足。橫向鍍鉻連接LED日間行車燈，整體營造出時尚硬朗的前臉造型。飽滿有力的全側腰線，配合16寸銀色涂裝鋁合金輪轂，使得銳騏6更具力量感。

切換i5數控系統頁面至刀具測量頁面，點擊”X方向刀長”，然后將刀具移動至X方向測量位置，緩慢觸碰對刀臂，當接觸時，點擊循環啟動，系統自動執行測量程序。

5 結語

刀具測量等裝置的應用，可以滿足用戶在生產加工過程中，通過對刀具的管理，參數的設定，刀具的監控以及斷刀預警等功能，對生產的加工精度得到了很大的提升，對于加工產品的一致性得到了很大的保障

，能夠達到降本增效的效果。

[1]吳玉國.我國先進制造業發展影響因素研巧[D].重慶灑南政法大學,2012.

[2]劉剛.刀具預調儀總體設計與精度保障研究[D].太原:中北大學,2008.

[3]郭軍.開放式數控系統運動控制卡的設計與研究[D].南昌:江西理工大學,2010.

[4]楊小樂,丁祥,程耀楠等.摩托車發動機零件高速加工技術分析[J].科技創新導報,2017,14(05):79-80.

[5]溫雪巖,王雨婷,吳曉峰等.數控加工技術在難加工類零件上的應用[J].林業機械與木工設備,2014,42(04):4-8.

[6]程耀楠,安碩,張悅等.航空發動機復雜曲面零件數控加工刀具軌跡規劃研究分析[J].哈爾濱理工大學學報,2013,18(05):30-36.

[7]趙鵬飛,譚薇,文寶林等.陶瓷刀具在發動機鼓筒零件加工中的應用[J].航空制造技術,2013(14):92-93.