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隨著加工中心的廣泛使用，許多用戶也開始使用刀具測量裝置。它不僅可以檢測刀具的磨損情況，而且可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償（通過修改刀補(bǔ)值實(shí)現(xiàn)），極大的提高了加工效率和精度。另外，同時(shí)使用其刀具破損檢測功能與刀具壽命管理功能，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋找同組刀具的功能，節(jié)約了刀具檢查和更換的時(shí)間。但由于用戶對測量原理不是很了解，使用時(shí)容易產(chǎn)生誤區(qū)，有時(shí)補(bǔ)償后的精度反而不如補(bǔ)償前，這就使用戶產(chǎn)生了迷惑，限制了測量裝置的廣泛使用。本文以英國雷尼紹（RENISHAW）公司TS27 R測頭的安裝調(diào)試為例，就如何更好的使用刀具測量裝置做一詳細(xì)介紹，供讀者參考借鑒。

刀具測量的基本原理是利用系統(tǒng)的跳步功能（G31）：在程序中指令“G31 Zx x x Fx x x”（與GO1的動(dòng)作相同）。但此時(shí)如果SKIP信號由“0”變?yōu)?ldquo;1”時(shí)，Z軸將停止運(yùn)動(dòng)，再用宏程序控制坐標(biāo)軸后退，然后再次碰觸量塊，反復(fù)測量并運(yùn)算后得出刀具的實(shí)際長度和直徑，zui后修改系統(tǒng)宏變量從而達(dá)到修改刀補(bǔ)值的目的。

刀具測量裝置的使用主要包括三個(gè)步驟：安裝和接線；標(biāo)定；測量。

1 安裝和接線

刀具側(cè)量裝置通常包括測頭和信號轉(zhuǎn)換裝置（硬件）及相關(guān)的測量程序（軟件包）。測頭（TS27R）安裝在工作臺(tái)上，并盡量遠(yuǎn)離加工區(qū)域，外部應(yīng)加防護(hù)裝置，使用前先將防護(hù)裝置打開并將刀具用風(fēng)吹干凈（用M代碼控制氣動(dòng)元件可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)），確保刀具表面無雜物，測量完成后關(guān)閉防護(hù)。

圖1 測量裝置接線原理圖（三菱64M系統(tǒng)）

圖2 測量裝置接線原理圖（FANUC-0i-M系統(tǒng)）

測頭安裝完成后，首先要調(diào)整測頭接觸面的平行度和直線度。將一只百分表（或千分表DTI）吸在主軸頭上，表頭打在量塊（圓形或方形）的上表面；用手輪控制X軸沿量塊表面來回移動(dòng)，觀察表針變化，同時(shí)調(diào)整測頭上的調(diào)節(jié)螺釘，使X向的直線度保證在0.010mm，調(diào)整好后緊固螺釘。再控制Y軸沿量塊表面來回移動(dòng)，同時(shí)調(diào)整測頭上的調(diào)節(jié)螺釘，使Y向的直線度也保證在0.010mm，調(diào)整好后緊固螺釘。

轉(zhuǎn)換裝置（MI 8-4）用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝在電氣柜里。需要注意的是，給轉(zhuǎn)換裝置提供DC24V的穩(wěn)壓電源是單獨(dú)的，盡量不要和電磁閥或中間繼電器共用電源，如果必須共用，就要考慮信號的抗*力，否則可能會(huì)影響測量結(jié)果。

安裝結(jié)束后，按照圖1（三菱系統(tǒng)）或圖2（FANUC系統(tǒng)）正確接線。

2 測頭的標(biāo)定

為了確定測頭在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置，需要對測頭進(jìn)行標(biāo)定。以下情況進(jìn)行測量前，都必須首*行測頭的標(biāo)定：①使用前；②更換新量塊后；③懷疑量塊扭曲或測頭安裝松動(dòng)；④意外碰撞后。

測頭的標(biāo)定步驟如下（手動(dòng)標(biāo)定）：

量塊Z向坐標(biāo)值的確定執(zhí)行機(jī)床返回參考點(diǎn)的操作，確認(rèn)機(jī)床參考點(diǎn)；再選擇一把標(biāo)準(zhǔn)刀具（已知該刀具的長度和直徑，如主軸檢棒），手動(dòng)使刀具運(yùn)行到距離量塊上表面10mm的地方（起始位置），選擇MDI方式，執(zhí)行如下程序：G65 P9851 K149.536（K：代表標(biāo)定循環(huán)，輸入所選標(biāo)準(zhǔn)刀具的長度），結(jié)束后就建立了量塊的Z向坐標(biāo)值。

量塊X,Y向坐標(biāo)值的確定（以圓形量塊為例） 在系統(tǒng)變量#530中設(shè)定“1”（沿X軸方向測量），手動(dòng)使標(biāo)準(zhǔn)刀具移動(dòng)到距離量塊中心表面約10mm的地方，執(zhí)行程序：G65 P9852 S20.001 K12.7。［S：標(biāo)準(zhǔn)刀具直徑，需輸入值；K：表示標(biāo)定循環(huán)，輸入量塊的理論尺寸（理論尺寸Ø2.7mm）〕，結(jié)束后就建立了量塊在X方向的中心位置（循環(huán)結(jié)束后，主軸返回距離量塊表面10mm的初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次Y向的測量循環(huán)）。

修改方向變量#530=2，再次執(zhí)行G65 P9852S20.001 K12.7，則可建立Y向的位置以及量塊的尺寸。循環(huán)結(jié)束后主軸返回初始位置。標(biāo)定的坐標(biāo)值和量塊的尺寸被存儲(chǔ)到宏變量中（斷電保持型），以便在以后的測量宏程序中使用。

以上是手動(dòng)標(biāo)定量塊位置的方法。還可以通過一些的標(biāo)定程序自動(dòng)標(biāo)定。限于篇幅，這里不再贅述，詳細(xì)的資料參見RENISHAW的手冊介紹。

3 刀具的測量

標(biāo)定完成后，就確定了量塊的尺寸及其在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，這時(shí)才可進(jìn)行刀具測量。

手動(dòng)刀具長度測量（09851）用于測量旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)的刀具的有效切削長度。

使用方法：手動(dòng)使切削刀具定位到距離量塊上表面10mm的地方，運(yùn)行以下程序：G65 P9851 S80. T8[S80：被測刀具的理論切削直徑，T8：刀具長度偏置號8〕。

　　　　　　　　　

圖3 刀具長度測量 　　　　　　　　　　圖4 刀具直徑測量

機(jī)床運(yùn)動(dòng)步驟如下（見圖3）:Z軸以程序的速度向下運(yùn)動(dòng)（以立加為例）→當(dāng)碰到量塊時(shí)停止運(yùn)動(dòng)并向上退回一定距離→然后降低速度再向下運(yùn)動(dòng)→碰上量塊再停止運(yùn)動(dòng)并又向上退回一定距離；這樣反復(fù)幾次就確定了刀具的實(shí)際長度，刀補(bǔ)值也根據(jù)程序的運(yùn)算結(jié)果自動(dòng)被修正。下次加工時(shí)，就可以使用新的刀具長度補(bǔ)償值了。

手動(dòng)刀具直徑測量（09852）測量切削刀具的有效切削直徑（沿X或Y方向）。

使用方法：手動(dòng)使切削刀具定位到距離量塊上表面10mm的地方，運(yùn)行以下程序：G65 P9852 S80. D8．[ S80.：切削刀具直徑，D80.：刀具半徑的偏置號碼］。

機(jī)床運(yùn)動(dòng)步驟如下（見圖4）：刀具以程序的速度沿X向（或Y向）快速運(yùn)動(dòng)→使刀具的側(cè)面和量塊的側(cè)面產(chǎn)生一定距離（Rr）→然后Z軸向下運(yùn)動(dòng)，使刀具側(cè)面和量塊側(cè)面在同樣的高度→刀具以速度逼近量塊→碰上量塊后停止并后退一定距離→再減速逼近量塊→碰上后再次停止并后退一定距離→然后刀具再運(yùn)行到量塊的另外一邊（180°方向）→用同樣的步驟進(jìn)行測量。zui后得出刀具的實(shí)際切削直徑，同時(shí)自動(dòng)修改其補(bǔ)償值。下次加工時(shí)，就可以使用新的刀具半徑補(bǔ)償值了。

自動(dòng)刀具長度和直徑測量（09853）測量旋轉(zhuǎn)的切削刀具（或不旋轉(zhuǎn)）的有效切削長度和直徑，也可用于刀具破損檢測。

注意：測量前，首先應(yīng)在對應(yīng)的刀具偏置表中設(shè)定理論的刀具長度和半徑值。

編程格式：G65 P9853 Bb Tt[Dd Ss]；[]：代表選擇項(xiàng)目

輸入?yún)?shù)的定義，B按以下設(shè)定：B=1，僅測量長度（缺省設(shè)定）;B=2，僅測量直徑;B=3，長度和直徑都測量。D：要更新的刀具半徑偏置號碼（僅用于旋轉(zhuǎn)刀具測量）。如欲同時(shí)測量刀具長度和直徑，則指令B=3，執(zhí)行程序：G65 P9853 B3 ．T1. D20．S30。

 

圖5 刀具長度和直徑自動(dòng)測量

機(jī)床運(yùn)行步驟如下（見圖5）：從刀庫中選擇刀具T1（A）→快速移動(dòng)X和y軸→使刀具位于量塊的上方（B）→快速向下移動(dòng)到逼近位置并調(diào)用T1的刀具補(bǔ)償值→慢速移動(dòng)到凈空位置（距離量塊上表面10mm的地方）→測量刀具長度（旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)，與09851的步驟一樣）→測量刀具半徑（旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)，與09852的步驟一樣）→退回起始點(diǎn)。

注意：如果未使用Ss，則必須在刀具補(bǔ)償頁面輸入刀具半徑的理論尺寸。

刀具破損檢測（09853）

使用方法：執(zhí)行如下編程格式的程序，當(dāng)檢測到刀具的實(shí)際長度或半徑的破損值已經(jīng)超出設(shè)定范圍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生刀具破損報(bào)警或提示信息，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。

編程格式：G65 P9853 B1. T1. H0. 5 D8. S30.Q3 ．R3 ．Z-4. M30. 10. 01

其中：Hh中的h為刀具破損允許差值，如定義H0.5，即檢查刀具損耗與偏置值是否在±0.5mm之內(nèi)；Mm中的m為PLC的輸入信號地址，當(dāng)檢測到刀具破損時(shí)，該信號將變?yōu)?ldquo;1”，無破損時(shí)則為“0”。（此時(shí)的“M”代表宏變量，不同于一般的M代碼，請使用者注意區(qū)分）。當(dāng)定義M30時(shí)，則當(dāng)檢測到刀具破損時(shí)，宏變量#2030（即2000＋M）將變?yōu)?ldquo;1”，此時(shí)不會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，但可以在零件程序中檢查#2030的狀態(tài)，同時(shí)在PLC中處理該信號去報(bào)警或者去尋找同樣的刀具（見例2），后者需要系統(tǒng)具備刀具壽命管理的功能。

例1：破損刀具處理方法1——僅提示報(bào)警

M06 T1 選擇T1刀具

G65 P9853 B1. T1. H0.5 檢測刀具是否破損，如超差則會(huì)出現(xiàn)刀具破損報(bào)警

M06 T2 選擇下一把刀進(jìn)行加工

 

在上例中，只有破損超出0.5mm時(shí)才會(huì)產(chǎn)生“BROKEN TOOL”服警。當(dāng)不適合使用報(bào)警信息的時(shí)候，可以使用標(biāo)志位提示（在PLC中處理）。

例2：破損刀具處理方法2——選擇同組（同樣的）刀具繼續(xù)加工

M06 T1 選擇T1刀具

…… 加工

G65 P9853 B1. T1. H0.5 M30 檢測刀具是否破損，如超差則會(huì)出現(xiàn)刀具破損報(bào)警

IF #2030 EQ1 GOTO N** 如果標(biāo)志位為1，則跳轉(zhuǎn)到N**段去，否則繼續(xù)

M06 T2 選擇下一把刀進(jìn)行加工

N** （重新開始循環(huán)） N**：去尋找同組刀具（與破損刀具相同的刀具）的程序段

 

4 結(jié)語

刀具測量的過程比較簡單，但使用前的調(diào)整和標(biāo)定非常重要，用戶一定要非常重視。當(dāng)改變測頭的安裝位置后、測量精度經(jīng)常有誤差、懷疑測頭松動(dòng)、更換新量塊或意外碰撞后，都必須重新進(jìn)行標(biāo)定。為了防止意外碰撞，可定期的檢查SKIP信號是否靈敏。這可在系統(tǒng)的自診斷畫面上看到：人為使測頭動(dòng)作，SKIP信號應(yīng)該有0→1→0→1的變化。另外還應(yīng)注意電纜的走線，盡量與動(dòng)力線分開，并單獨(dú)給轉(zhuǎn)換裝置提供DC24V電源。由于數(shù)控系統(tǒng)的不同，所使用的測量程序也不盡相同，但測量原理都是一樣的。用戶在使用前一定要明確機(jī)床所用的系統(tǒng)類型，再去購買的測頭和測量程序軟件。