對刀儀

對刀儀種類

1、插拔式手臂（High Precision Removable Arm， HPRA）

HPRA的特點是對刀臂和基座可分離。使用時通過插拔機構把對刀臂安裝至對刀儀基座上，同時電器信號亦連通並進入可工作狀態；用完後可將對刀臂從基座中拔出，放到合適的地方以保護精密的對刀臂和測頭不受灰塵、碰撞的損壞，適合小型數控車牀用。

2、下拉式手臂（High Precision Pulldown Arm，HPPA）

HPPA的特點是對刀臂和基座旋轉聯接，是一體化的。使用時將對刀臂從保護套中擺動拉出，不用時把對刀臂再收回保護套中，不必擔心其在加工中受到損壞。不必頻繁地插拔刀臂，避免了頻繁插拔引起的磕碰。

3、全自動對刀臂（High Precision Motorised Arm，HPMA）

HPMA的特點是，對刀臂和基座通過力矩電機實現刀臂的擺出和擺回與HPPA的區別是加了力矩電機，提高了自動化程度。更重要的是可把刀臂的擺出、擺回通過M代碼編到加工程序中，在加工循環過程中，即可方便地實現刀具磨損值的自動測量、補償和刀具破損的監測，再配合自動上下料機構，可實現無人化加工。

4、全自動接觸式

在工作台水平垂直位置找尋到安裝位置後，在對應的數控系統內輸入程序就可以有效的實現自動對刀。在中國的雕銑機和玻璃機的發展中起到必不可少的作用。

對刀儀的核心部件是由一個高精度的開關（測頭），一個高硬度、高耐磨的硬質合金四面體（對刀探針）和一個信號傳輸接口器組成（其他件略）。四面體探針是用於與刀具進行接觸，並通過安裝在其下的撓性支撐杆，把力傳至高精度開關；開關所發出的通、斷信號，通過信號傳輸接口器，傳輸到數控系統中進行刀具方向識別、運算、補償、存取等。

數控機牀的工作原理決定，當機牀返回各自運動軸的機械參考點後，建立起來的是機牀座標系。該參考點一旦建立，相對機牀零點而言，在機牀座標系各軸上的各個運動方向就有了數值上的實際意義。

對於安裝了對刀儀的機牀，對刀儀傳感器距機牀座標系零點的各方向實際座標值是一個固定值，需要通過參數設定的方法來精確確定，才能滿足使用，否則數控系統將無法在機牀座標系和對刀儀固定座標之間進行相互位置的數據換算。 當機牀建立了“機牀座標系”和“對刀儀固定座標”後（不同規格的對刀儀應設置不同的固定座標值），對刀儀的工作原理如下：

1．機牀各直線運動軸返回各自的機械參考點之後，機牀座標系和對刀儀固定座標之間的相對位置關係就建立起了具體的數值。

2．不論是使用自動編程控制，還是手動控制方式操作對刀儀，當移動刀具沿所選定的某個軸，使刀尖（或動力迴轉刀具的外徑）靠向且觸動對刀儀上四面探針的對應平面，並通過撓性支撐杆擺動觸發了高精度開關傳感器後，開關會立即通知系統鎖定該進給軸的運動。因為數控系統是把這一信號作為高級信號來處理，所以動作的控制會極為迅速、準確。

3．由於數控機牀直線進給軸上均裝有進行位置環反饋的脈衝編碼器，數控系統中也有記憶該進給軸實際位置的計數器。此時，系統只要讀出該軸停止的準確位置，通過機牀、對刀儀兩者之間相對關係的自動換算，即可確定該軸刀具的刀尖（或直徑）的初始刀具偏置值了。換一個角度説，如把它放到機牀座標系中來衡量，即相當於確定了機牀參考點距機牀座標系零點的距離，與該刀具測量點距機牀座標系零點的距離及兩者之間的實際偏差值。

4．不論是工件切削後產生的刀具磨損、還是絲槓熱伸長後出現的刀尖變動量，只要再進行一次對刀操作，數控系統就會自動把測得的新的刀具偏置值與其初始刀具偏置值進行比較計算，並將需要進行補償的誤差值自動補入刀補存儲區中。當然，如果換了新的刀具，再對其重新進行對刀，所獲得的偏置值就應該是該刀具新的初始刀具偏置值了。

1．在±X、±Z及Y軸五個方向上測量和補償刀偏值

在五個方向上進行刀偏值的測量和補償，可以有效地消除人工對刀產生的誤差和效率低下的問題。不管是採用何種切削刀具（外圓、端面、螺紋、切槽、鑊孔還是車削中心上的銑、鑽削動力刀具），進行工件輪廓車削或銑削時，所有參與切削的刀尖點或刀具軸心線，都必須通過調整或補償，使其精確地位於工件座標系的同一理論點或軸心線上。對動力型迴轉刀具，除要測量並補償刀具長度方向上的偏置值外，同時還要測量和補償刀具直徑方向上的偏置值（刀具以軸心線分界的兩個半徑的偏置值）。否則機牀無法加工出尺寸正確的工件。 在沒有安裝對刀儀的機牀上，每把刀具的偏置值，是對每把刀具進行仔細的試切後，對工件尺寸進行測量、計算、補償（手工對刀）才可得出，費時費力，稍不小心還會報廢工件。當更換刀具後，這項工作還要重新進行。因而，對刀是佔用機牀輔助時間最長的工作內容之一。

使用了對刀儀的機牀，因對刀後能夠自動設置好刀具對工件座標系的偏置值，從而自動建立起工件座標系。在這種情況下，加工程序中就無需再用“G50指令”來建立工件座標系了。

2．加工過程中刀具磨損或破損的自動監測、報警和補償

在沒有安裝對刀儀的機牀上完成磨損值的補償是很麻煩的，需要多次停下機牀對工件的尺寸進行手工測量，還要將得到的磨損值手動修改刀補參數。安裝對刀儀後，這個問題就簡單多了，特別是安裝HPPA型或HPMA型後更為方便。前者，只要根據刀具的磨損規律，幹完一定數量的工件後停下機牀，用對刀儀再進行一遍對刀的過程即可；後者，只要在程序中設定完成多少個加工循環後執行一次自動對刀，即可完成刀補工作。

對於刀具破損報警或刀具磨損到一定程度後更換，是根據刀具允許的磨損量，設定一個“門檻值”，一旦對刀儀監測到的誤差超過門檻值，即認為刀具已破損或超過了允許的磨損值，則機牀自動報警停機，然後強制進行刀具的更換。

3．機牀熱變形引起的刀偏值變動量的補償

機牀在工作循環過程中，產生的各種熱量，導致機牀的變形特別是絲槓的熱伸長，使刀尖位置發生的變化，其結果是加工工件的尺寸精度會受到影響。在機牀上安裝對刀儀，上述問題可迎刃而解。無非是把這種由熱變形產生的刀尖位置變化，視為刀具的磨損值，通過對刀儀來測量這種刀具偏置值，即可解決。

根據有關資料及實踐證明，對刀儀測頭重複精度1μm；15英寸以下卡盤，手臂旋轉重複精度5μm。 18英寸及其以上卡盤的大規格，對刀臂的重複精度能達到8μm。這一精度可以滿足大部分用户的需要而不需試切。

對刀儀的使用，減少了機牀的輔助時間，降低了返工和廢品率，若配合雷尼紹LP2工件測頭一起使用，可顯著提高機牀效率和加工精度。

美德龍株式會社（METROL）是由松橋章先生於1976年創立，在1976年發明了世界上第一台用在數控車牀上的數控機牀用對刀儀。1995年，metorl的創始人被日本科技省授予科技長官獎。