自動換刀偏擺檢測系統

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  自動換刀時，在刀柄錐度部分和主軸之間咬入切屑，刀具刀。
  在配有自動換刀裝置的機床上進行加工時，切屑會咬進刀柄和主軸之間而影響加工精度，特別是使用高速化的ATC(Automatic Tool Changer，自動換刀裝置)和以KM、HSK為代表的兩面定位夾緊刀柄時，咬入切屑的概率更高。 
  自動換刀時，在刀柄錐度部分和主軸之間咬入切屑，刀具刀尖就會產生偏擺，如果進行孔加工，就會產生孔徑增大超差等問題。為解決這一問題，日本(株)東精工程開發了ATC偏擺檢測系統。
ATC偏擺檢測系統的構成 
   ATC偏擺檢測系統由渦流感測器、控制裝置、顯示演算裝置(V10)構成。系統在卧式加工中心上使用時，首先用托架將渦流感測器安裝在刀柄的法蘭上；渦流感測器的電纜線穿過主軸裝置內部，與置於台架上的控制裝置相連。顯示演算裝置(V10)與控制裝置之間用專用電纜連接；偏擺的判斷(OK/NG)、檢測指令等控制信號與NC裝置聯通。系統的主要技術規格列於表1。  
  
  表1 主軸刀具偏擺檢測系統的主要技術規格

1 高精度化的技術要點 
  使用一般的渦流感測器和放大器時，目前還存在許多問題，所以不能用於實際切削加工自動換刀偏擺的檢測。
1) 渦流感測器的特性 
   渦流感測器用於測量與刀柄之間的間隙時，除旋轉導致的間隙變化外，還要受組織狀態(淬火狀況、材料軟點)、磁化、刻字部分的影響。由於受磁、傳動銷等因素的影響，而不能獲得正確的偏擺量。使用ATC偏擺檢測系統時，應預先輸入刀柄的形狀數據，然後將測量結果與輸入數據進行比較，就能解決這一問題。  
2) 刀柄形狀方面的問題 
  必須去除原有刀柄固有的偏擺和由傳動銷帶來的切口數據。在傳動銷的位置還有咬入切屑的可能，無論切屑卡在什麼位置，為了能算出正確的偏擺量，就應分離出旋轉一轉的偏擺量。為了解決這一問題，應與輸入處理器中的波形的相位相匹配，去除切口數據，用獨立的數據處理實現偏擺成分的分離。由於採用這種方法，所以渦流感測器特有的細小變動成分就可忽略不計。  
2 主軸刀具偏擺檢測系統的應用 
  為適應高速切削加工，兩面定位夾緊刀柄日益普及。但是，以HSK為代表的兩面定位夾緊刀柄也可能因夾緊失誤而發生刀柄脫落以及未裝牢就在旋轉中發生故障，這會給加工帶來嚴重損害。而ATC偏擺檢測系統能將此類事故防患於未然。將刀柄夾緊並使其低速(600r/min)旋轉，用該檢測系統在切削加工還未達到高速之前，就可檢測出偏擺異常。 
  尤其在要求達到H7級的高精度鏜削加工時，刀柄的偏擺是致命的大問題。在深孔加工中，刀具尖端的偏擺與軸的長度成正比，過大的偏擺帶來的損害更大。該系統在此類切削加工中能發揮很大的作用。 
  在銑削加工中，切屑咬入產生的偏擺除對精加工面的精度產生不良影響外，還會引起刀具崩刃，甚至導致損壞。採用該檢測系統可以完全避免出現上述問題。
3 使用實例 
  過去，在機床上加工時，採取用壓縮空氣排屑(自動換刀時，從主軸內部噴出高壓空氣吹去切屑)。用百葉窗式門防止切屑飛濺(用活葉窗式門隔離切削加工空間和刀庫，只在自動換刀時此門才打開和關閉)等措施，但並沒有檢測是否存在粘屑的手段。 
  切屑咬入發生的頻率隨工件材料、冷卻劑種類、冷卻劑供給方法及切削加工方法而異，需要對全部加工件及所有加工部位進行檢測。在對使用ATC偏擺檢測系統的用戶中，針對咬屑導致的偏擺情況進行了調查，結果如下。 
  1) A公司：切屑咬入發生頻率為1/800次，鋁件切削加工，咬屑產生時停機確認了切屑。 
  2) B公司：切屑咬入發生頻率為2/1826次，咬屑發生時確認的偏擺為20µm。 
  3) C公司：檢測結果平均114次發生1次咬屑，切削鋁製汽車零件，使用HSK刀柄。 
  對於在切削加工中突然出現廢次品而不得不實施全檢的用戶，採用ATC偏擺檢測系統后就不必進行全檢。 
   以加工中心機床為代表，配置有刀具快換裝置的複合車床、攻絲機等加工設備，要使其實現高精度高速加工，其自動換刀裝置要求的換刀時間快短到極限時，則使用的刀柄應具有各種特徵，其品種規格應多樣化。而在實際的生產線上，加工不良特別是原因不明的突發性加工不良問題的解決措施不力，難於應付。 
  出於這方面的考慮，開發了自動換刀偏擺檢測系統，它能有效地防止因切屑引起的突發性加工不良問題。今後，將進一步研究開發用於監測刀柄和主軸狀態，保持最佳加工狀態的控制系統。

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