數(shù)控對刀儀是現(xiàn)代數(shù)控加工中不可或缺的輔助設(shè)備，其主要功能是自動測量刀具的長度、半徑等關(guān)鍵參數(shù)，并將測量數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)控系統(tǒng)進行刀具補償，從而提高加工精度和效率。漢測在本文將重點介紹數(shù)控對刀儀的工作原理，并探討其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢。

一、數(shù)控對刀儀的基本組成

數(shù)控對刀儀一般由以下幾個部分組成：

1.測頭：測頭是與刀具直接接觸或非接觸交互的檢測元件，可分為接觸式測頭和非接觸式測頭兩大類。接觸式測頭多采用線性位移傳感器，通過測針與刀具接觸產(chǎn)生的位移信號判斷刀具位置。非接觸式測頭則利用光電、電容、超聲等原理，通過發(fā)射和接收信號檢測刀具的輪廓特征。

2.信號處理電路：將測頭輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換等處理，提取刀具測量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)特征。

3.數(shù)據(jù)接口：將測量數(shù)據(jù)通過RS232、USB等通信接口傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，或通過以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線等工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)控系統(tǒng)交換信息。

4.機械結(jié)構(gòu)：對刀儀本體，包括安裝基座、保護外殼、調(diào)節(jié)機構(gòu)等，用于支撐和固定測頭、電路板等核心部件，并方便對刀儀在機床上的裝調(diào)和維護。

5.控制軟件：運行于數(shù)控系統(tǒng)或單獨的工控機上，實現(xiàn)對刀儀的參數(shù)設(shè)置、測量流程控制、數(shù)據(jù)分析處理和結(jié)果顯示等功能，并與數(shù)控系統(tǒng)的刀具管理模塊進行數(shù)據(jù)交互。

二、接觸式對刀儀的工作原理

接觸式對刀儀是目前應(yīng)用最廣泛的一類對刀儀，其基本工作原理如下：

1.測頭安裝：將接觸式測頭安裝在機床的刀庫、刀架或工作臺上，并進行位置標(biāo)定，確定測頭坐標(biāo)系與機床坐標(biāo)系之間的關(guān)系。

2.測頭觸發(fā)：數(shù)控系統(tǒng)控制刀具以設(shè)定的進給速度和方向移動，當(dāng)?shù)毒哂|碰到測頭時，測頭的線性位移傳感器產(chǎn)生電壓信號，經(jīng)過信號處理電路判別和放大，輸出觸發(fā)信號給數(shù)控系統(tǒng)。

3.坐標(biāo)采集：數(shù)控系統(tǒng)接收到觸發(fā)信號后，記錄下當(dāng)前刀具的機床坐標(biāo)值，即測頭的觸發(fā)點坐標(biāo)。通過多次測量并取平均值，可以獲得刀具頂點或齒部的空間位置。

4.長度計算：數(shù)控系統(tǒng)將觸發(fā)點坐標(biāo)與標(biāo)定球坐標(biāo)進行比較，計算出刀具的長度補償值，即刀具頂點相對于刀架基準(zhǔn)面的Z向高度差。

5.半徑計算：通過測量刀具在X、Y方向上的多個觸發(fā)點，利用最小二乘圓擬合等算法，計算出刀具的半徑補償值。

6.補償應(yīng)用：將長度補償值和半徑補償值傳遞給數(shù)控系統(tǒng)的刀具偏置參數(shù)表，在后續(xù)加工程序中自動調(diào)用，對刀具軌跡進行實時位置補償。

接觸式對刀儀的測量精度一般在1-10μm，主要取決于測頭的重復(fù)定位精度、機床進給系統(tǒng)的定位分辨率以及測量力的穩(wěn)定性。