刀具的缺失、破損、磨損或選刀錯誤都可能導(dǎo)致機(jī)床停機(jī)或造成代價不菲的工件報廢。由于許多加工都建立在刀具壽命的基礎(chǔ)之上,因此,反映刀具切削刃及涂層狀態(tài)的性能數(shù)據(jù)至關(guān)重要。此外,醫(yī)療、航空和汽車等行業(yè)對零部件加工精度的要求不斷提高,也對刀具的測量帶來了新的挑戰(zhàn);谶@些理由,使用刀具監(jiān)測儀器通常是物有所值的。
刀具檢測儀器使用的測頭分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式測頭通過探針與刀具或工件接觸而獲取數(shù)據(jù)。非接觸式測頭則是利用光束(通常是激光束)從刀具或工件表面反射到一個接收器中來獲取數(shù)據(jù)。
為了保護(hù)基于激光測頭的測量儀器在加工現(xiàn)場環(huán)境下不被飛濺的切屑和冷卻液所損壞,一些制造商將激光器裝在一個密閉容器內(nèi)。當(dāng)需要進(jìn)行測量時,該容器的窗口就會打開。在激光進(jìn)行掃描測量的同時,一股氣流可將切屑和冷卻液吹開。掃描測量完成后,容器窗口就會關(guān)閉。
接觸式測頭適用于許多加工場合,但也具有以下局限性:
①有些接觸式測頭在測量時,要求機(jī)床主軸停轉(zhuǎn),因此無法進(jìn)行動態(tài)檢測;
②接觸式測頭能夠檢測的特征參數(shù)有限(主要是刀具直徑);
③必須考慮夾持問題,因此接觸式測頭很難避免與工件發(fā)生接觸;
、芙佑|式測頭不能檢測非常柔軟的工件;
⑤用接觸式測頭檢測刀具破損非常有效,但如果需要測量絲錐上的排屑槽之類的誤差,接觸式測頭就有些力不從心。
測頭既可以由外部電纜線供電,也可以使用電池。在走線困難或環(huán)境惡劣的情況下,使用電池具有一定優(yōu)越性。在使用無線發(fā)射裝置時,很重要的一點是背景信號不能與刀具傳感器發(fā)出的信號發(fā)生干涉。
由M&H Inprocess USA公司提供的35.40-TS對刀儀僅用于測量刀具的長度和直徑,它可以安裝在一個與機(jī)床工作臺相配合的載物臺上。為了測量刀具長度,機(jī)床主軸將對刀儀提升到靠近刀具的位置,然后由測頭對刀具進(jìn)行掃描測量,并將尺寸數(shù)據(jù)發(fā)送到接收器中。
帕萊克(Parlec)公司的刀具檢測儀可實現(xiàn)對刀具的初始檢測。它用一個高分辨率的視頻攝像機(jī)對刀具進(jìn)行掃描,照明的強(qiáng)度和方向可以根據(jù)被測刀具的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種儀器還可以在加工過程中監(jiān)測刀具的磨損和破損。
據(jù)帕萊克公司刀具檢測系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)理Chris Nuccitelli介紹,儀器的放大倍數(shù)達(dá)50倍,可以檢測小到0.0025mm的刀具。攝像機(jī)可將掃描圖像輸入計算機(jī)或顯示在技術(shù)人員的屏幕上,進(jìn)行誤差評定。通過編程,攝像機(jī)還可以測量和報告一些特定的關(guān)鍵尺寸(如刀具的長度和直徑)。Nuccitelli說,“視覺檢測還包括檢查刀具的幾何形狀、磨損狀況和裂紋。此外,某些數(shù)據(jù)(如磨損補(bǔ)償量或刀具偏置量)可以直接傳送到機(jī)床控制系統(tǒng),加工程序即可根據(jù)需要進(jìn)行尺寸補(bǔ)償!
雷尼紹(Renishaw)公司開發(fā)了幾種用于刀具檢測和評定的儀器。其中包括外形緊湊、采用非接觸式測量的NC4型刀具預(yù)調(diào)及刀具破損檢測儀。該型號采用了分離的發(fā)射器和接收器,可測范圍達(dá)30mm×50mm,刀具直徑最小可到0.2mm,還可以檢測小至0.1mm的刀具破損。
NC1型的發(fā)射器和接收器既可以預(yù)裝在同一個單元中,也可以作為單獨的模塊供貨,其測量光束可長達(dá)2m。NC3型的測量范圍達(dá)到135mm×26mm×77mm,主要用于小型加工中心和高速切削機(jī)床。
TRS2型刀具破損檢測系統(tǒng)將激光光源和檢測電子裝置集成在同一個單元中,其測量范圍為83mm×38mm×73mm,主要用于檢測整體式旋轉(zhuǎn)刀具,包括鉆頭、絲錐、鉸刀、槽鉆、標(biāo)準(zhǔn)和球頭立銑刀,以及小至0.2mm的槍鉆。激光系統(tǒng)的檢測范圍可達(dá)0.3~2.0m。
利用Toolwise編程,TRS2能夠識別完好的刀具和破損的刀具。它可以分析進(jìn)入測量光束的旋轉(zhuǎn)刀具所產(chǎn)生的反射光圖案,以及由冷卻液或切屑產(chǎn)生的無規(guī)律反射光圖案。