刀具測量功能在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

1 引言

隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，機(jī)床工業(yè)在整個(gè)工業(yè)體系占有舉足輕重的核心地位，數(shù)控機(jī)床的金屬切削加工已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于精密器件的等領(lǐng)域，涵蓋航空航天、軍工、汽車、3C消費(fèi)電子等行業(yè)應(yīng)用，如何提高加工過程中的精度控制，已經(jīng)逐漸成為了一個(gè)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(bǔ)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(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，對于刀具的長度測量、直徑測量、斷刀檢測以及刀具磨損補(bǔ)償?shù)葢?yīng)用，對于加工精度得到了很大的提升，對于加工產(chǎn)品的一致性得到了很大的保障。智能制造的自動(dòng)化產(chǎn)線應(yīng)用中，數(shù)控機(jī)床刀具是消耗性產(chǎn)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(bǔ)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(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，對于刀具的長度測量、直徑測量、斷刀檢測以及刀具磨損補(bǔ)償?shù)葢?yīng)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(shù)控機(jī)床刀具以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀系統(tǒng)中刀具的快速查詢定位，降低人工成本，提升生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品精度質(zhì)量等，在線監(jiān)測與刀具測量等功能，在機(jī)床加工領(lǐng)域的重要性不斷提升

。

2 數(shù)控機(jī)床的對刀器產(chǎn)品應(yīng)用與簡介

測頭系統(tǒng)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(dòng)方式和手動(dòng)方式兩種；按信號(hào)傳輸方式分類，可分為電纜連接式、電感式、光學(xué)式、和無線電四種方式，具體的傳輸方式的選擇，取決于應(yīng)用場景

。

為了驗(yàn)證微波調(diào)制激光測速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性，需要將測速系統(tǒng)的測速結(jié)果與目標(biāo)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)速度做比較，然而在實(shí)際情況下，難以控制精確待測目標(biāo)以一個(gè)較高的速度運(yùn)動(dòng)，且動(dòng)態(tài)范圍有限。為了更加準(zhǔn)確的衡量接收機(jī)的性能，本文使用AD9915型號(hào)的DDS芯片搭建了一個(gè)高動(dòng)態(tài)多普勒信號(hào)模擬器（下簡稱信號(hào)模擬器），用來精確生成頻率為f0+fd的信號(hào)，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(gè)2.5 GHz的穩(wěn)定信號(hào)作為基準(zhǔn)頻率，并根據(jù)3個(gè)可配置參數(shù)FTW，A，B，輸出需要的頻率[16]：

旋轉(zhuǎn)式對刀臂是一種車刀測量系統(tǒng)，可以完成刀具的測量，也可以完成刀具的破損檢測。旋轉(zhuǎn)式對刀臂由固定基座和擺臂組成。有手動(dòng)和自動(dòng)兩種：1)手動(dòng)型： 由機(jī)床操作者完成手臂擺動(dòng)；2)自動(dòng)型： 由電動(dòng)馬達(dá)完成手臂擺動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)M代碼指令控制。

刀具測量系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)廣泛應(yīng)用，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地提高了良品率。本文以對刀儀產(chǎn)品的應(yīng)用加以介紹。圖1和圖2分別為加工中心自動(dòng)對刀儀示例圖，以及數(shù)控車床對刀臂示例圖。

2.1 對刀儀的主要應(yīng)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(dòng)的測量和修正刀庫內(nèi)的全部刀具的參數(shù)；3)避免手動(dòng)對刀帶來的人為介入誤差；4)監(jiān)測刀具的破損情況，及時(shí)給予預(yù)警，防止產(chǎn)品報(bào)廢；5)縮短機(jī)床輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率

；

在“刀具測量”頁面下，點(diǎn)擊橫向按鈕“自動(dòng)刀具測量”，即可進(jìn)入本系統(tǒng)的自動(dòng)刀具測量頁面。下圖3為自動(dòng)刀具測量頁面

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

2.2 對刀儀的特點(diǎn)

1)直接接觸刀具尖端輸出信號(hào)，因此可避免誤檢測，可靠性高；2)內(nèi)置開關(guān)為接觸式，精度高；3)無需使用放大器，因此不會(huì)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(jié)構(gòu)，在冷卻液、鐵屑飛揚(yáng)的條件下仍具有很好的耐久性；5)超行程時(shí)可發(fā)報(bào)警信號(hào)

。

2.3 對刀儀的選擇項(xiàng)目與注意事項(xiàng)

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(dòng)測量循環(huán)

3 對刀儀在i5OS數(shù)控系統(tǒng)加工中心機(jī)床的安裝與應(yīng)用

3.1 基礎(chǔ)安裝調(diào)試

3.2.4 自動(dòng)刀具測量

配置方法：首先SYSTEM.INI配置：I.系統(tǒng)最大支持10個(gè)探針信號(hào)，探針信號(hào)是引腳接入，而信號(hào)名稱為：probe0.ibsig～probe9.ibsig。之后II.需要在SYSTEM.INI中為用到的觸發(fā)信號(hào)配置實(shí)際的物理信號(hào)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(shù)ATMSR_WORKPUSEPEB，如使用探針0，則參數(shù)設(shè)置為0。I. 每個(gè)探針需要設(shè)置的參數(shù)：PROBE_SGTYP %d : 探針是上升沿觸發(fā)(ON)還是下降沿觸發(fā)(OF)； II. 自動(dòng)測量全局位置速度相關(guān)參數(shù)：ATMSR_BPDST : 自動(dòng)測量收到觸發(fā)信號(hào)后后退的距離；ATMSR_BPVEL : 自動(dòng)測量收到觸發(fā)信號(hào)后后退的速度；ATMSR_CNTVEL : 自動(dòng)測量第二次靠近探針的速度；

3.2 自動(dòng)對刀功能操作方法

3.2.1 進(jìn)入自動(dòng)刀具測量

目前臨床科學(xué)技術(shù)發(fā)展快速，醫(yī)院B超已經(jīng)向彩超發(fā)展，婦產(chǎn)科急腹癥的診斷中使用彩超診斷具有較多的應(yīng)用。在婦產(chǎn)科急腹癥的臨床診斷中，采用彩超診斷，能夠?qū)颊叩淖訉m形態(tài)、大小、內(nèi)部有無回聲和包塊、以及盆腔內(nèi)有無游離液體等進(jìn)行仔細(xì)全面的檢查。一般醫(yī)護(hù)人員對圖像進(jìn)行分析，和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果以及病史進(jìn)行結(jié)合，能夠給患者提供直接或間接的診斷。

明清中期，徽州社會(huì)大發(fā)展，村落同樣發(fā)展繁榮。當(dāng)時(shí)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(jìn)一溪，其中煙火萬家、雞犬相聞?wù)?，皆巨族大家之所居也。一族所聚，?dòng)輒數(shù)百或數(shù)十里?！痹谶@句話里表現(xiàn)出徽州聚集而居且規(guī)模龐大。這個(gè)時(shí)期的徽商也是為了生存離開家鄉(xiāng)經(jīng)商，迎來了之后的鼎盛時(shí)期。在商場上取得成功的商人回到家鄉(xiāng)，給桑梓建設(shè)投入大筆資金，擴(kuò)大了聚落的規(guī)模，促進(jìn)了聚落的繁榮發(fā)展［1］。

3.2.2 自動(dòng)刀具測量循環(huán)進(jìn)行設(shè)置

在自動(dòng)刀具測量頁面中輸入各項(xiàng)測量參數(shù)， 然后點(diǎn)擊橫向按鈕“執(zhí)行測量”，系統(tǒng)將退回主界面，且面板的循環(huán)啟動(dòng)鍵開始閃爍。此時(shí)點(diǎn)擊循環(huán)啟動(dòng)鍵，則系統(tǒng)開始以 MDA 的方式執(zhí)行測量循環(huán)。下圖6為自動(dòng)刀具測量界面。

3.2.3 自動(dòng)刀具測量循環(huán)探頭校正

在自動(dòng)刀具測量頁面點(diǎn)擊橫向按鈕“探頭校正”，則進(jìn)入探頭校正頁面

。 在該頁面中輸入各項(xiàng)測量參數(shù)，然后點(diǎn)擊橫向按鈕“執(zhí)行校正”，系統(tǒng)將退回主界面，且面板的循環(huán)啟動(dòng)鍵開始閃爍。此時(shí)點(diǎn)擊循環(huán)啟動(dòng)鍵，則系統(tǒng)開始以 MDA 的方式執(zhí)行校正。下圖5為自動(dòng)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(zhí)行刀徑測量；DIR →校正時(shí)的主軸旋轉(zhuǎn)方向；=3 主軸正轉(zhuǎn)( M03)；=4 主軸反轉(zhuǎn)( M04)；=5 主軸不旋轉(zhuǎn)

2018年6月29日召開的中共四川省委十一屆三次全會(huì)提出，構(gòu)建“一干多支、五區(qū)協(xié)同”區(qū)域發(fā)展新格局，明確“鼓勵(lì)和支持有條件的區(qū)域中心城市爭創(chuàng)全省經(jīng)濟(jì)副中心”，確定綿陽、德陽、樂山、宜賓、瀘州、南充、達(dá)州7個(gè)區(qū)域中心城市。

對于硬件安裝與接線分為兩個(gè)部分：1)根據(jù)對刀儀產(chǎn)品的操作手冊，完成機(jī)械安裝固定在機(jī)床工作臺(tái)；2)根據(jù)電氣接線原理圖，完成電氣信號(hào)線及控制線接線，注意線纜的走線及護(hù)套保護(hù)等；對于i5OS系統(tǒng)文件配置及參數(shù)設(shè)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(jìn)行配置。

在自動(dòng)刀具測量頁面點(diǎn)擊橫向按鈕“設(shè)置”，則進(jìn)入自動(dòng)對刀設(shè)置頁面，在該頁面對自動(dòng)對刀的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)設(shè)定探頭的粗略位置。其中，設(shè)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(biāo)準(zhǔn)刀安裝于主軸上，并在刀偏表的相應(yīng)位置中輸入刀長值；2)進(jìn)入自動(dòng)對刀設(shè)置頁面，手動(dòng)移動(dòng)機(jī)床各軸，使標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)擊 X、 Y、 Z 軸探針位置數(shù)值右側(cè)的“設(shè)置”按鈕，即可完成探頭粗略位置的設(shè)定。下圖4為自動(dòng)刀具測量循環(huán)設(shè)置說明：1)探頭位置 Z的值設(shè)定為0，則對刀具長度的測量將采用負(fù)向刀長模式；2)“對刀儀刀徑測量方向”參數(shù)的含義如下：(A)參數(shù)值=1：沿 X 軸負(fù)方向執(zhí)行刀徑測量；(B)參數(shù)值=2：沿 X 軸正方向；(C)參數(shù)值=3：沿 Y 軸負(fù)方向；(D)參數(shù)值=4：沿 Y 軸正方向。3)當(dāng)采用負(fù)向刀長測量模式時(shí)，“最大可測量刀具長度”和“最小可測量刀具長度”參數(shù)應(yīng)按需要設(shè)置為負(fù)值；4)“對刀儀校正模式”參數(shù)的含義如下：(A)參數(shù)值=1：執(zhí)行 Z 軸向刀長和刀徑測量方向刀徑的校正；(B)參數(shù)值=2：執(zhí)行 Z 軸向刀長和四個(gè)方向( X+, X-, Y+, Y-)刀徑的校正；(C)參數(shù)值=3：僅執(zhí)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(tái)、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(dòng)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(huì)造成對刀儀和刀具損壞；3)測量刀具長度時(shí)，需在不旋轉(zhuǎn)刀具的狀態(tài)下接觸對刀面；4)測量刀具直徑時(shí)，需低速逆向旋轉(zhuǎn)刀具接觸對刀面；5)刀具直徑較小(φ0.5～0.9mm)時(shí)，需低速接觸，可保證測量的精度；6)操作速度或?qū)Φ睹娴慕佑|點(diǎn)不同時(shí)，即使是同一刀具也會(huì)產(chǎn)生精度誤差。

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

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

說明：1)若要執(zhí)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(shù)值；2)測量前需激活刀具補(bǔ)償；3)測量時(shí)的刀具旋轉(zhuǎn)方向必須與刀具加工時(shí)的旋轉(zhuǎn)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(xiàn)金進(jìn)行流出，然后把相關(guān)建設(shè)投資各年所獲得的現(xiàn)金流入，該方法主要是利用相同時(shí)點(diǎn)的數(shù)值來進(jìn)行表示，最后則需要進(jìn)行對比分析。對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析的目的是為了能夠了解到方案的經(jīng)濟(jì)性，從而把各方案的投資利益都?xì)w納到客觀的基礎(chǔ)上。

3.2.6 自動(dòng)探頭校正循環(huán)

編程：TMEAS_CAL(DISTS,OFSL,DIR)/參數(shù)見表2。

說明：1)該循環(huán)用來獲取探頭的準(zhǔn)確坐標(biāo)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(huán)前，校正刀具應(yīng)已裝上主軸，且其刀長和直徑已經(jīng)寫入到刀偏表中；2)測量前需激活刀具補(bǔ)償；3)測量時(shí)的刀具旋轉(zhuǎn)方向必須與刀具加工時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向相反，以防止刀具損傷探測盤。

4 刀具的測量循環(huán)

刀具測量循環(huán)可以測量刀具的XZ方向，也可以進(jìn)行刀具破損的檢測

。刀具測量分為手動(dòng)測量和自動(dòng)測量，本文以手動(dòng)測量循環(huán)介紹。注意：手動(dòng)測量時(shí)，先更換要測量的刀具，注意換刀時(shí)移動(dòng)刀架遠(yuǎn)離對刀臂，避免發(fā)生撞刀。手動(dòng)測量時(shí)所用的循環(huán)是：TTM_PRES(TYP,TOLL,OFZ)

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

若TOLL設(shè)定為0，則測得的刀長數(shù)據(jù)直接寫入刀偏表的刀長參數(shù)中。若TOLL設(shè)定不為0，則測得的刀長數(shù)據(jù)會(huì)與刀偏表的刀長參數(shù)進(jìn)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(shù)，若偏差超過TOLL，則系統(tǒng)報(bào)警。手動(dòng)測量循環(huán)的操作方法：

銳騏6雖然是一款皮卡車型，但是在外觀設(shè)計(jì)上也費(fèi)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(shí)尚硬朗的前臉造型。飽滿有力的全側(cè)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(shù)控系統(tǒng)頁面至刀具測量頁面，點(diǎn)擊”X方向刀長”，然后將刀具移動(dòng)至X方向測量位置，緩慢觸碰對刀臂，當(dāng)接觸時(shí)，點(diǎn)擊循環(huán)啟動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行測量程序。

5 結(jié)語

刀具測量等裝置的應(yīng)用，可以滿足用戶在生產(chǎn)加工過程中，通過對刀具的管理，參數(shù)的設(shè)定，刀具的監(jiān)控以及斷刀預(yù)警等功能，對生產(chǎn)的加工精度得到了很大的提升，對于加工產(chǎn)品的一致性得到了很大的保障

，能夠達(dá)到降本增效的效果。

[1]吳玉國.我國先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展影響因素研巧[D].重慶灑南政法大學(xué),2012.

[2]劉剛.刀具預(yù)調(diào)儀總體設(shè)計(jì)與精度保障研究[D].太原:中北大學(xué),2008.

[3]郭軍.開放式數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制卡的設(shè)計(jì)與研究[D].南昌:江西理工大學(xué),2010.

[4]楊小樂,丁祥,程耀楠等.摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)零件高速加工技術(shù)分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2017,14(05):79-80.

[5]溫雪巖,王雨婷,吳曉峰等.數(shù)控加工技術(shù)在難加工類零件上的應(yīng)用[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2014,42(04):4-8.

[6]程耀楠,安碩,張悅等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜曲面零件數(shù)控加工刀具軌跡規(guī)劃研究分析[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013,18(05):30-36.

[7]趙鵬飛,譚薇,文寶林等.陶瓷刀具在發(fā)動(dòng)機(jī)鼓筒零件加工中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2013(14):92-93.