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对刀仪在数控车床上的应用
数控车床加工中，对刀操作是重要的环节，其准确性将直接影响零件的加工精度和数控加工的效率。为了提高数控车床的加工效率和精度，从实用角度介绍了对刀仪在数控车床上的应用。
数控车床是加工轴类零件的主要设备。在数控车床加工中，工件坐标系确定之后，需要确定每一把刀
具的刀位点在机床坐标系中的位置，即对刀。传统的对刀大多采用试切法，即对每一-把刀具都进行试切、工件尺寸测量、计算、输人补偿值等操作。不仅对操作人员技术水平要求高，而且每次更换刀具后还要反复上述操作，因此对刀是占用数控车床辅助时间最长的操作之一。人为带来的随机性误差大、安全性差、占用机时较多的传统对刀方法，已经适应不了现代数控车削的节奏，更不利于发挥数控车床的功能。
为了提高数控车床的加工效率，可以在数控车床上应用对刀仪。应用对刀仪的对刀方法具有精度高、效率高、安全性好等优点。对刀仪的应用不仅把繁琐的、靠经验操作的对刀操作简单化，保证了数控车床的高效、高精度特点的发挥，而且已成为满足高速、高精度加工机床不可或缺的必备条件。下面主要介绍某个品牌的HPRA ( High Precision Removable Arm)型对刀仪在FANUC-18iTB (两轴数控车床)数控系统中的应用。
对刀仪工作原理对刀仪的核心部件是由一个高精度的开关(测头)，一个高硬度、高耐磨的硬质合四面体(对刀探针)和一个信号传输接口器组成(其他件略)。四面体探针是用于与刀具进行接触,并通过安装在其下的挠性支撑杆,把力传至高精度开关;开关所发出的通、断信号,通过信号传输接口器,传输到数控系统中进行刀具方向识别、运算、补偿、存取等。数控机床的工作原理决定，当机床返回各自运动轴的机械参考点后，建立起来的是机床坐标系。该参考点一旦建立,相对机床零点而言,在机床坐标系各轴上的各个运动方向就有了数值上的实际意义。
当对刀仪的安装位置确定( 与机床和对刀仪的规格有关)后，对刀仪的工作原理如下:
(1)数控车床的各个移动轴返回各自的机床坐标系原点之后，在机床坐标系中对刀仪的位置坐标值是固定的值。
(2)刀具沿所选定的某个轴移动到对刀仪探针所在位置，当刀位点触及对刀仪探针的瞬间，传感器发出信号，并把此信号发送到数控系统。数控系统把此信号作为高级信号来处理，极为迅速、准确地控制该轴伺服机构停止运动。
(3)提取停止位置的坐标数据，并输人到数控系统。数控系统通过工件坐标系和对刀仪探针位置坐标之间的相对关系，自动计算该轴初始刀位点相对机床坐标系原点的距离，即确定该轴刀具的初始偏置量并自动写人刀具偏置表中。也就相当于确定了工件坐标系原点距机床坐标系原点的距离，数控系统在加工过程中自动把此偏置量加进去。
(4) 在切削过程中，因刀具的磨损和机床热变形等原因发生初始刀位点的变动或更换新的刀具时，重新应用对刀仪对刀。数控系统会自动计算补偿误差并输人刀具偏置表中。
对刀仪的应用
对刀仪的安装与校准
HPRA型对刀仪是对刀臂和基座可分离的即插式结构。测量臂的重复定位精度在5 μm之内，探针的连续重复定位精度在5 μm之内。只要通过插拔机构把对刀臂安装至对刀仪基座，则对刀仪的电气信号会自动与数控系统连通，使对刀仪进入可工作状态。对刀之前首先用手轻压探针，检查安装信号和X、Z轴向的信号以及锁定进给轴信号的状态是否良好。其次要对四面体探针进行校准，良好的校准是准确测量的保障。校准对刀仪需要用杠杆式千分表。将杠杆式千分表固定在刀架上，用千分表的顶针顶着探针部位的接触面，观察表针的跳动。用手轮方式左右和上下方向分别移动千分表的顶针位置，并通过调整探针下面4mm固定螺栓调平探头，使千分表跳动量接近等于或小于5 μm。
几何补偿值的测量与参数设定
对刀仪的关键是传感器探针以及精确确定传感器探针在机床坐标系的位置。对刀仪的传感器探针对于每一个轴都有两个方向的接触面，即X轴有正接触面和负接触面，Z轴也有正接触面和负接触面。为了测量补偿值，首先把需要测量的移动轴返回机床坐标系的原点之后，选择带刀补号的T指令，使该移动轴在J0C或手轮模式移动。当基准刀具(一般选择1号刀位的刀具)分别接触到传感器X、Z方向的正接触面和负接触面时，传感器红灯亮，轴运动立即停止，要分别记录该轴停止位置的机床坐标系坐标值X。、X。. Z、Z.的值。根据测量的数据设定相关参数:
具体操作步骤为:
(1) 选择直径大小为D的基准刀具(JIG)，并安装于数控车床的刀架。把X轴返回机床原点之后，用手动方式使基准刀具外圆周面触动传感器的X轴正接触面，并记录该坐标值X。
(2) 把X轴返回机床原点之后，用手动方式使基准刀具外圆周面触动传感器的X轴负接触面，并记录该坐标值X.，此时，机床原点到X轴负接触面的距离(Xu) 参数5016:Xu=X。-D，并给参数5016键人X值。
(3) 把Z轴返回机床原点之后，用手动方式使
刀座的端面触动传感器的Z轴负接触面，并记录该坐标值Zm，如图4 (a)所示。此时，到2轴负接触面的距离(Zy)参数5018: Z。=Z.并给参数5018键入Z。值。
(4)因测量Z,比较困难(如图4 (b)所示)。
利用2.值和传感器厚度T值( 根据对刀仪的型号而定)计算Z.的值，即Z.=Z。+T。此时，机床原点到Z轴正接触面的距离(Zp)参数5017: Zp=Z. +T，并给参数5017键入Z值
检查与测试
完成上述对刀仪的校准、几何补偿值的测量与参数设定操作之后，把对刀仪从基座中拔出放到外置连接座，并重新开机，完成如下的检查操作。
(1)把X轴和Z轴返回机床原点后，检查屏幕上显示的机床坐标值是否与键入参数1250的X和Z的坐标值一致( 当Work Sheft 的值均为0)。
(2)通过插拔机构把对刀臂安装至对刀仪基座后，确认当选择手动或手轮模式时，CRT画面是否自动转换为Offset画面。
(3)选择1号刀具进行对刀。以手动方式使刀具以缓慢的速度在X轴和2轴方向分别接触对刀仪的探针。此时的CRT画面自动转换为Offset画面并自动寄存该刀具的坐标补偿值。
(4) 采用相同的方法对其他所有的刀具进行对刀后，把对刀仪从基座中拔出放到外置连接座。
(5) 装夹工件，用MDI模式选择1号刀具和补偿号(如T0101)， 并以手轮模式使刀具的刀尖点轻微触动工件端面。
(6) 选择Work Sheft 画面，并把光标移动到Measurement的Z栏目后，键人0，即工件坐标系的原点定为工件右端面的中心点。
(7) 编写一个简单的程序，检查安装和测试是否准确。
(8)如果加工误差超出允许范围，可适当调整参数5015、5016、 5017、5018 的值。
(9) 调整参数后，重复步骤(3)一(7)的过程，直至满足加工精度要求
对刀仪的对刀精度
有关资料及实践证明:HPRA型对刀仪的测量臂的重复定位精度和探针的连续测量重复定位精度均满足大部分用户的需要，不需试切。尽管对刀仪具有诸多优点，但它也有不足之处。首先数控车床的零件加工过程是动态过程，而对刀仪的对刀操作是在静态下进行，因此切削过程中产生的切削力和振动外力等因素影响对刀精度;其次在切削过程中发生的刀具磨损和机床热变形等直接影响对刀精度。总之，利用对刀仪的对刀精度取决于对刀臂和探针的精度、机床的精度、刀具质量、切削力等因素。
数控车床的对刀问题，一直是阻碍提高数控车削加工效率和加工精度的“瓶颈"。应用对刀仪，一把刀具的对刀操作一般只需1 min左右，对刀速度快，对刀精度高，可大大减少数控车削加工的辅助时间，显著提高劳动生产率和车削加工质量。用于高速、高精度加工的数控机床配备自动对刀仪等自动化装置也，是数控机床发展的大势所趋。
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