刀具測量裝置的正確使用方法

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刀具測量裝置的正確使用方法簡介
    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,而且可實現自動補償(通過修改刀補值實現),極大的提高了加工效率和精……
刀具測量裝置的正確使用方法正文
    

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,而且可實現自動補償(通過修改刀補值實現),極大的提高了加工效率和精度。另外,同時使用其刀具破損檢測功能與刀具壽命管理功能,還可以實現自動尋找同組刀具的功能,節約了刀具檢查和更換的時間。但由於用戶對測量原理不是很了解,使用時容易產生誤區,有時補償后的精度反而不如補償前,這就使用戶產生了迷惑,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測頭的安裝調試為例,就如何更好的使用刀具測量裝置做一詳細介紹,供讀者參考借鑒。
刀具測量的基本原理是利用系統的跳步功能(G31):在程序中指令「G31 Zx x x Fx x x」(與GO1的動作相同)。但此時如果SKIP信號由「0」變為「1」時,Z軸將停止運動,再用宏程序控制坐標軸後退,然後再次碰觸量塊,反覆測量並運算后得出刀具的實際長度和直徑,最後修改系統宏變數從而達到修改刀補值的目的。
刀具測量裝置的使用主要包括三個步驟:安裝和接線;標定;測量。
一、安裝和接線
刀具側量裝置通常包括測頭和信號轉換裝置(硬體)及相關的測量程序(軟體包)。測頭(TS27R)安裝在工作台上,並盡量遠離加工區域,外部應加防護裝置,使用前先將防護裝置打開並將刀具用風吹乾凈(用M代碼控制氣動元件可實現自動),確保刀具表面無雜物,測量完成後關閉防護。 

 測頭安裝完成後,首先要調整測頭接觸面的平行度和直線度。將一隻百分表(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,觀察錶針變化,同時調整測頭上的調節螺釘,使X向的直線度保證在0.010mm,調整好后緊固螺釘。再控制Y軸沿量塊表面來回移動,同時調整測頭上的調節螺釘,使Y向的直線度也保證在0.010mm,調整好后緊固螺釘。
轉換裝置(MI 8-4)用35mm標準導軌安裝在電氣櫃里。需要注意的是,給轉換裝置提供DC24V的穩壓電源最好是單獨的,盡量不要和電磁閥或中間繼電器共用電源,如果必須共用,就要考慮信號的抗干擾能力,否則可能會影響測量結果。
安裝結束后,按照圖1(三菱系統)或圖2(FANUC系統)正確接線。
二、測頭的標定
為了確定測頭在機床坐標系中的坐標位置,需要對測頭進行標定。以下情況進行測量前,都必須首先進行測頭的標定:①首次使用前;②更換新量塊后;③懷疑量塊扭曲或測頭安裝鬆動;④意外碰撞后。
測頭的標定步驟如下(手動標定):
1、量塊Z向坐標值的確定執行機床返回參考點的操作,確認機床參考點;再選擇一把標準刀具(已知該刀具精確的長度和直徑,如主軸檢棒),手動使刀具運行到距離量塊上表面10mm的地方(起始位置),選擇MDI方式,執行如下程序:G65 P9851 K149.536(K:代表標定循環,輸入所選標準刀具的精確長度),結束后就建立了量塊的Z向坐標值。
2、量塊X,Y向坐標值的確定(以圓形量塊為例) 在系統變數#530中設定「1」(沿X軸方向測量),手動使標準刀具移動到距離量塊中心表面約10mm的地方,執行程序:G65 P9852 S20.001 K12.7。[S:標準刀具直徑,需輸入精確值;K:表示標定循環,輸入量塊的理論尺寸(理論尺寸?2.7mm)〕,結束后就建立了量塊在X方向的中心位置(循環結束后,主軸返回距離量塊表面10mm的初始位置,準備進行下一次Y向的測量循環)。
修改方向變數#530=2,再次執行G65 P9852S20.001 K12.7,則可建立Y向的位置以及量塊的尺寸。循環結束後主軸返回初始位置。標定的坐標值和量塊的尺寸被存儲到宏變數中(斷電保持型),以便在以後的測量宏程序中使用。
以上是手動標定量塊位置的方法。還可以通過一些專用的標定程序自動標定。限於篇幅,這裡不再贅述,詳細的資料參見RENISHAW的手冊介紹。
三、刀具的測量
標定完成後,就確定了量塊的尺寸及其在機床坐標系中的位置,這時才可進行刀具測量。
1、手動刀具長度測量(09851)用於測量旋轉或非旋轉的刀具的有效切削長度。
使用方法:手動使切削刀具定位到距離量塊上表面10mm的地方,運行以下程序: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〕。

 

機床運動步驟如下(見圖3):Z軸以程序指定的速度向下運動(以立加為例)→當碰到量塊時停止運動並向上退回一定距離→然後降低速度再向下運動→碰上量塊再停止運動並又向上退回一定距離;這樣反覆幾次就確定了刀具的實際長度,刀補值也根據程序的運算結果自動被修正。下次加工時,就可以使用新的刀具長度補償值了。
2、手動刀具直徑測量(09852)測量切削刀具的有效切削直徑(沿X或Y方向)。
使用方法:手動使切削刀具定位到距離量塊上表面10mm的地方,運行以下程序:G65 P9852 S80. D8.[ S80.:切削刀具直徑,D80.:刀具半徑的偏置號碼]。
機床運動步驟如下(見圖4):刀具以程序指定的速度沿X向(或Y向)快速運動→使刀具的側面和量塊的側面產生一定距離(Rr)→然後Z軸向下運動,使刀具側面和量塊側面在同樣的高度→刀具以指定速度逼近量塊→碰上量塊后停止並後退一定距離→再減速逼近量塊→碰上后再次停止並後退一定距離→然後刀具再運行到量塊的另外一邊(180°方向)→用同樣的步驟進行測量。最後得出刀具的實際切削直徑,同時自動修改其補償值。下次加工時,就可以使用新的刀具半徑補償值了。
3、自動刀具長度和直徑測量(09853)測量旋轉的切削刀具(或不旋轉)的有效切削長度和直徑,也可用於刀具破損檢測。
注意:測量前,首先應在對應的刀具偏置表中設定理論的刀具長度和半徑值。
編程格式:G65 P9853 Bb Tt[Dd Ss];[]:代表選擇項目
輸入參數的定義,B按以下設定:B=1,僅測量長度(預設設定);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(僅用於旋轉刀具測量)。如欲同時測量刀具長度和直徑,則指令B=3,執行程序:G65 P9853 B3 .T1. D20.S30。

  

機床運行步驟如下(見圖5):從刀庫中選擇刀具T1(A)→快速移動X和y軸→使刀具位於量塊的上方(B)→快速向下移動到逼近位置並調用T1的刀具補償值→慢速移動到凈空位置(距離量塊上表面10mm的地方)→測量刀具長度(旋轉或非旋轉,與09851的步驟一樣)→測量刀具半徑(旋轉或非旋轉,與09852的步驟一樣)→退回起始點。
注意:如果未使用Ss,則必須在刀具補償頁面輸入刀具半徑的理論尺寸。
4、刀具破損檢測(09853)
使用方法:執行如下編程格式的程序,當檢測到刀具的實際長度或半徑的破損值已經超出設定範圍時,會產生刀具破損報警或提示信息,用戶可根據實際情況進行處理。
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;Mm中的m為PLC的輸入信號地址,當檢測到刀具破損時,該信號將變為「1」,無破損時則為「0」。(此時的「M」代表宏變數,不同於一般的M代碼,請使用者注意區分)。當定義M30時,則當檢測到刀具破損時,宏變數#2030(即2000+M)將變為「1」,此時不會出現報警,但可以在零件程序中檢查#2030的狀態,同時在PLC中處理該信號去報警或者去尋找同樣的刀具(見例2),後者需要系統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,如超差則會出現刀具破損報警
M06 T2 選擇下一把刀進行加工

在上例中,只有破損超出0.5mm時才會產生「BROKEN TOOL」服警。當不適合使用報警信息的時候,可以使用標誌位提示(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,如超差則會出現刀具破損報警
IF #2030 EQ1 GOTO N** 如果標誌位為1,則跳轉到N**段去,否則繼續
M06 T2 選擇下一把刀進行加工
N** (重新開始循環) N**:去尋找同組刀具(與破損刀具相同的刀具)的程序段

四、結語
刀具測量的過程比較簡單,但首次使用前的調整和標定非常重要,用戶一定要非常重視。當改變測頭的安裝位置后、測量精度經常有誤差、懷疑測頭鬆動、更換新量塊或意外碰撞后,都必須重新進行標定。為了防止意外碰撞,可定期的檢查SKIP信號是否靈敏。這可在系統的自診斷畫面上看到:人為使測頭動作,SKIP信號應該有0→1→0→1的變化。另外還應注意電纜的走線,盡量與動力線分開,並單獨給轉換裝置提供DC24V電源。由於數控系統的不同,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床所用的系統類型,再去購買專用的測頭和測量程序軟體。 


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