数控机床刀具及工件测头的应用

 在数控机床上使用工件及对刀测头进行自动测量，可方便工件的安装调整，简化工装夹具，降低费用，大大缩短机床辅助时间，提高生产效率，同时又可改善数控机床性能，延长机床的精度保持时间，使得数控机床既是加工设备，又具备某些测量功能。  

机床测头可安装在数控车床、加工中心、数控磨床等大多数数控机床上。 

雷尼绍的机床测头按功能分类，可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式分类，则可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式四种方式。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。 
在数控加工过程中，有1/3的时间被工件的装夹找正及刀具尺寸的测量所占去。在传统的工件装夹过程中，操作者采用百分表及芯棒找出基准的位置，然后手工把有关数据输入到数控系统里，以设定工件的坐标系。采用工件测头系统，可在机床上快速、准确测量工件的位置，直接把测量结果反馈到数控系统中修正机床的工件坐标系。若机床具有数控转台，还可由测头自动找正工件基准面，自动完成诸如基面的调整，工件坐标系的设定等工作。在批量插补加工过程中，还可利用测头自动测量工件的尺寸精度，根据测量结果自动修正刀具的偏置量，补偿刀具的磨损，以保证工件的尺寸精度及精度的一致性，这种机内测量方法，还可避免把工件搬至测量机上测量所带来的二次装夹误差。提高了机床的加工精度及精度保持性，并可延长刀具使用寿命。 

数控车床的刀具测量最常用的办法是试切法；加工中心、数控镗铣床的刀具测量一般采用两种方法：一是采用机外对刀仪测量，二是在机床上用塞尺等手工测量。以上各种方法都需人工介入，测量效率低，而且还可能带来人为的误差。采用刀具测头，可在机床内快速、准确地测量出刀具的尺寸，自动反馈回数控系统中变成刀偏量。由于整个过程都由测量软件控制自动进行，因此避免了人为的误差。此外，在批量自动加工过程中，也可根据刀具相邻两次测量的尺寸差异来判断刀具的破损及折断，由程序控制更换相同的刀具进行下一件的加工。
 
在工业发达的国家，机床测头基本上和刀具一样成为数控机床不可缺少的基本备件，在机械制造领域中得到越来越广泛的应用。 

用测头进行自动测量的程序操作很简单，以下为一测量过程的简单介绍：
 
 % 
 T01 M06 
 G43H1Z100.0 
1.G65 P9014 X-10.Y-10.Z-5.F1000 
2.G65 P9012 X0 Y0 S1 
3.G65 P9014 Z10.0 
4.G65 P9014 X286.Y300. 
5.G65 P9014 Z-5. 
6.G65 P9019 D200.T10 M20 H0.05 
7.G65 P9014 Z20. 
8.G65 P9014 Y420.0 
9.G65 P9018 Z5.S1 
 G91 G28 Z0. 
 M30 

程序中用到了四个子程序，O9014为碰撞保护移动子程序；O9012为外拐角测量子程序，测量结束后自动把拐角位置设为工件坐标系G54的X，Y轴的零点；O9019为内孔测量子程序，根据测量结果将自动修正第10号刀偏量，测得的尺寸误差储存在第20号刀偏中；O9018为Z向测量子程序，根据测量结果将自动设定工件坐标系G54的Z向零点； 
使用机床测头取得良好效益的用户有很多，下面简介几个国外的应用实例。 

德国Senking－Werke公司 

该公司主要生产大型工业清洗设备，产品尺寸较大，以前是用特制的大卡尺手工进行工件尺寸的检测，需要两个操作者爬到机床工作台上进行，既不准确，也很费时，现在该公司在机床上安装了一套雷尼绍的MP14测头系统，所有主要尺寸的检测都可由测头在机床上自动进行，每件测量的时间由25min减少到4min，工件的精度也得到了大幅度提高。

英国Abbey Tool & Gauge公司 

该公司主要生产液压马达及伺服阀的部件。该公司的Graham Reid先生介绍说：“我公司最典型的零件是一个液压马达部件，该零件的加工过程是先在Daewoo或Puma公司的车削中心上进行加工，然后再到Maho的加工中心上进行23个孔的精密加工。以前每个零件的装夹、加工约需几个小时，自从在加工中心上安装了雷尼绍的测头后，该过程仅需10min。”
 
“以前每个工件加工完后都要在三测机上进行检测，而现在我们只是每15件抽检一件，3年中我们已经生产了10万多件这种产品，从没发现废品，三测机也基本闲置下来了。雷尼绍测头给我们充分的信心来保证产品的尺寸精度。我们已决定要在另一台CINCINNATI的机床上加装测头，同时要求新订购的MIKRON机床上必须配备雷尼绍测头。”

荷兰的Van den Brink公司 

该公司在几年前由英国的Audit Machining System公司为其将一台普通车床改造成CNC车床，他们要求机床的加工精度达到±6µm。以往他们采用的办法是，先粗略设定刀具的偏置量，然后试切工件，测量出工件的尺寸后，再准确修正刀具的偏置量，采用这种方法必须花费大量的辅助时间，而且将带入人为的误差。现在他们在机床上安装了一个雷尼绍的可动刀具测量臂(HPA)，在进行刀具测量前手工把其安装到基座上，其重复精度可达3µm。然后由程序控制对所有刀具进行测量。采用这种方法后，工件的生产周期由3天缩短为8小时，且其精度也得到相当提高。

英国Express Engineering公司 

该公司为许多企业制造高集成度的零件。零件的质量要求很高。这种小批量的生产特点决定了在生产中要花费很多的时间进行工件的装夹找正。生产部主任介绍道：“通过加装MP3测头解决了许多问题，虽然我们以前并没有使用测头的经验，但现在必须承认，如果没有测头，我们会不遗余力地去争取得到它。” 

他们经常要加工一个大的铸件，尺寸的变化可达3mm，MP3测头可快捷地测量出每个安装在工作台上的工件的位置，确定工件的坐标零点。以前工件的设定时间需要1～1.5小时，现在只需15～20min，而且不需要昂贵的夹具，代之以通用的简单夹具就可以了。

随着制造技术的发展，国内的很多用户都要求其进口的机床上配备雷尼绍的测头，并越来越多地要求在其购买的国产数控床上配装测头。国内主要的数控机床厂家如北京第一机床厂、大河机床厂、青海第一机床厂、北京机电院等都已在其生产的机床上配装雷尼绍测头卖给用户。相信机床测头一定会得到越来越广泛的普及与应用。