应用机内对刀仪提升品质

2020-06-23

应用机内对刀仪提升品质

  对刀是数控加工中最基本的操作。对刀精度会影响零件的加工精度。同时,对刀效率也直接影响加工效率。对刀的本质是确定不同刀具的刀尖在加工坐标系中的准确位置。刀具设置的主要工作是确定当前刀具的偏置参数,包括刀具的长度或直径以及刀具参数随床身状态的变化,从而使数控系统能够对零件的生产进行补偿。

  一、在产业升级转型的历史背景下,金属加工制造业也在进行数控的全面升级。数控是以数控机床的全面普及和应用为核心的综合过程,从而使产品从质量、精度到可靠性得到全面的提高。在使用数控机床制造产品零件的过程中,影响零件质量的因素很多,如数控机床的精度、工件材料、工件热处理、加工工艺、冷却液、刀具等诸多因素。在众多的影响因素中,刀具参数的准确设置很少受到大家的关注和重视。但是,要将工件加工到工艺要求的尺寸范围内并满足几何公差的要求,刀具参数的精确设定是基本要求之一。本文着重介绍数控机床精密对刀的方法特点和发展趋势。

  二、数控机床常用对刀方法

  2.1基本的坐标关系

  一般来讲,通常使用的有两个坐标系: 一个是机床坐标系;另外一个是工件坐标系。机床坐标系是机床固有的坐标系,机床坐标系的原点称为机床原点或机床零点。

  为了计算和编程方便我们需要在机床坐标系中建立工件坐标系。将工件上的某一点作为坐标系原点(也称为程序原点)建立坐标系,这个坐标系就是工件坐标系。日常工作中,我们要尽量使编程基准与设计、装配基准重合。

  通常情况下,一台机床的机床坐标系是固定的,而工件坐标系可以根据加工工艺的实际需求分别建立若干个,例如由G54, G55等 来选择不同的工件坐标系。

  2.2对刀的目的

  进行数控加工时,数控程序所走的路径均是主轴上刀具的刀尖的运动轨迹。刀具刀位点的运动轨迹自始至终需要在机床坐标系下进行精确控制,这是因为机床坐标系是机床唯一的基准。 编程人员在进行程序编制时不可能知道各种规格刀具的具体尺寸,为了简化编程,这就需要在进行程序编制时采用统--的基准,然后在使用刀具进行加工时,将刀具准确的长度和半径尺寸相对于该基准进行相应的偏置,从而得到刀具刀尖的准确位置。所以对刀的目的就是是确定准确的刀具长度和半径值,从而在加工时确定刀尖在工件坐标系中的准确位置。

  2.3常用对刀方法

  2.3.1机外对刀

  刀具预调仪是一种可预先调整和测量刀尖长度、直径的测量仪器,该仪器若和数控机床组成DNC网络后,还可以将刀具长度、直径数据远程输入加工中心NC中的刀具参数中。此种方法的优点是预先将刀具在机床外校对好,以便装上机床即可以使用,大大节省辅助时间。但是主要缺点是测量结果为静态值,实际加工过程中不能实时的对刀具磨损或破损状态进行更新,并且不能实时对由机床热变形引起的刀具伸缩进行测量。

  2. 3.2试切法对刀

  试切法对刀就是在工件正式加工前,先由操作者以手动模式操作机床,对工件进行一个微小量的切削,操作者以眼观、耳听为判断依据,确定当前刀尖的位置,然后进行正式加工。该方法的优点是不需要额外的投资添置工具设备,经济实惠。主要缺点是效率低,对操作者技术水平要求高,并且容易引入人为误差。在实际生产中,试切法还有许多衍生方法,如量块法,涂色法等。

  2.3.3机内对刀

  此种机内对刀方式是利用设置在机床工作台面上的测量装置(对刀仪),对刀库中的刀具按事先设定的程序进行测量,然后与参考位置或者标准刀进行比较得到刀具的长度或直径并自动更新到相应的NC刀具参数表中,例如海克斯康集团的m&h对刀仪。同时,通过对刀具的检测也能实现对刀具磨损、破损或安装型号正确与否的识别。图1是对刀测量的几个示例:

对刀测量

  三、机内对刀仪

  机内对刀仪的组成

  机内对刀仪一般由传感器、信号接口和对刀宏程序软件组成。

  机床内装工具的分类及应用范围

  根据传感器的工作方式,机内对刀仪可分为接触式对刀仪和激光对刀仪两种。接触式对刀器的重复测量精度为1μm,根据对刀器不同的信号传输方式,可进一步细分为以下几类:

  电缆式排刀器由于不需要换刀元件,单件性价比最高,因此在工作中最为常见,但其缺点是电缆的拖拽,限制了排刀器的应用。,主要适用于中小型三轴铣床/加工中心。

  红外对刀仪,信号传输范围一般在6米以内。其优点是采用编码HDR(高速数据传输)红外技术,避免了电缆拖拽带来的不便和潜在的安全因素。可在对刀后随时从工作面上取下,不占用加工空间,可供多台机床共用。工具设定器可以降低总体成本。缺点是在小型加工中心上使用时不划算。根据其特点,该型机床主要用于中型机床和大型数控立式车床。

  无线电式对刀仪,无线电信号传输范围一般在10米以上。其优点是无线信号传输范围大,不易受环境影响。对刀后,可在不占用加工空间的情况下随时从工作面上取下,多台机床可共用一台对刀仪,降低整体成本。这种对刀器主要用于大型/重型/机床。

  激光对刀仪,如Hexagon公司的LTS35.60,本产品的基本原理是采用聚焦激光束作为触发介质。当激光束被旋转工具阻挡时,会产生一个触发信号。与接触式对刀器的本质区别在于,激光对刀器采用非接触测量,对刀时没有接触力,因此可以测量其非常小的刀具,而不用担心接触力对小刀具的损坏,如LTS35。60可以测量的刀具直径可以小到0.008m m(如钻头、丝锥或微铣刀等),其自身的重复测量精度达到0.2μm。同时,由于刀具在测量过程中高速旋转,测量状态几乎完全等同于实际加工状态,提高了实际对刀精度。由于采用了激光技术,对刀仪可以扫描刀具的形状来测量刀具的轮廓,并且可以监测多刃刀具的单个刃口的损伤。其主要缺点是结构复杂,需要额外的优质气源来保护内部结构。成本较高,主要适用于高速加工中心。

  四、机内对刀仪的常见功能和优势

  刀具长度/直径的自动测量和参数更新:刀具在旋转过程中对长度/直径进行动态测量。测量参数包括机床主轴端到端/径向跳动误差,从而获得高速加工时刀具的“动态”同时,刀具参数可随时进行自动测量,大大消除了热加工引起的刀具参数的“变化”机床变形;测量结果自动更新到相应的刀具参数表中,完全避免了刀具设置和参数输入的人为潜在风险。

  刀具磨损/破损的自动监测:在实际生产过程中,当刀具磨损或破损(破损)时,操作者很难及时发现并纠正(特别是小直径的钻具),导致更多的后续刀具丢失甚至报废工件。机内对刀仪可在刀具完成后返回刀库前自动测量刀具长度。如果发生正常磨损,磨损值可以自动更新为刀具损坏参数。刀具损坏(损坏)可选择新刀具进行下一个工件加工,或自动关闭报警提示操作员更换刀具。这样可以提高产品质量,降低刀具磨损或报废率。

  机床热变形自动补偿:机床在生产加工过程中,随着环境温度的变化和工作负荷的变化,机床随时发生热变形,刀具同时发生变化。直观的感觉是同一台机床在车间不同时间加工的产品在早晚的尺寸精度差别很大。使用机床内设定仪后,刀具参数可在加工前或加工过程中随时自动测量和更新。每次测量都是在机床热变形的当前状态下进行的刀具设置,大大降低了机床热变形带来的误差。

  刀具轮廓测量与监控:在一些特殊的加工过程中,如成形刀具中,利用外部对刀工具测量刀具轮廓并确定刀具状态是一项耗时而复杂的工作。同时,操作人员的对刀技术也很好。高要求。此时,如果使用机内激光对刀仪,可以利用激光束随时扫描或监视刀具轮廓,并根据需要自动更新相应的参数,以确保工件的最终精度。

  五、结论

  机内对刀仪是技术推广阶段的一项新技术、新工艺,能给用户带来直观的质量改进和效益,具有许多优点和发展潜力,具有非常广阔的应用前景。数控加工是一个综合的复杂过程,工件的质量受多种因素的综合影响。只有综合考虑各种因素,应用相应的技术加以改进和提高,才能保证并逐步提高工件的精度。

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