接觸式對刀儀是機(jī)床加工中常用的刀具測量設(shè)備，其主要功能是通過接觸測量獲取刀具的尺寸、位置等關(guān)鍵參數(shù)，為數(shù)控系統(tǒng)提供刀具補(bǔ)償數(shù)據(jù)，從而提高加工精度和效率。本文漢測將詳細(xì)介紹接觸式對刀儀的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及在實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

一、接觸式對刀儀的基本結(jié)構(gòu)

接觸式對刀儀主要由以下幾個部分組成：

1.測針：測針是與刀具直接接觸的部件，通常采用硬質(zhì)合金或陶瓷等耐磨材料制成。測針的形狀根據(jù)刀具類型而定，常見的有球形針、圓柱形針、圓錐形針等。

2.傳感器：傳感器是將測針的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換為電信號的核心部件。常用的傳感器類型有線性位移傳感器（LVDT）、應(yīng)變電阻傳感器等。當(dāng)測針與刀具接觸時，傳感器輸出與位移量成比例的電壓信號。

3.信號處理電路：信號處理電路對傳感器輸出的模擬信號進(jìn)行放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換等處理，得到數(shù)字化的位移信號。信號處理電路還包括觸發(fā)判別、閾值設(shè)置等功能，用于判斷測針是否與刀具接觸并輸出觸發(fā)信號。

4.機(jī)械結(jié)構(gòu)：機(jī)械結(jié)構(gòu)是支撐和固定測針、傳感器等部件的基礎(chǔ)，通常采用鋁合金或不銹鋼等材料制成。機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性、穩(wěn)定性直接影響測量精度，因此需要進(jìn)行精密設(shè)計(jì)和加工。

5.數(shù)據(jù)接口：數(shù)據(jù)接口用于將對刀儀測量得到的刀具參數(shù)傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，常見的接口類型有RS232、USB、以太網(wǎng)等。部分高端對刀儀還具有無線數(shù)據(jù)傳輸功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量和監(jiān)控。

二、接觸式對刀儀的工作原理

接觸式對刀儀的基本工作過程如下：

1.安裝調(diào)整：將對刀儀安裝到機(jī)床的刀架或工作臺上，調(diào)整測針的位置和角度，使其能夠正確接觸到待測刀具。

2.標(biāo)定對刀儀：在測量前，需要先對對刀儀進(jìn)行標(biāo)定，確定測針的初始位置和觸發(fā)閾值。標(biāo)定過程通常采用標(biāo)準(zhǔn)塊或標(biāo)準(zhǔn)刀具，測量其已知尺寸，并將測量值與實(shí)際值進(jìn)行比對，計(jì)算出對刀儀的線性誤差、重復(fù)性誤差等參數(shù)。

3.測量刀具：啟動對刀程序，數(shù)控系統(tǒng)控制刀具以設(shè)定的進(jìn)給速度和方向移動，直至測針接觸到刀具表面。測針受到接觸力的作用產(chǎn)生位移，傳感器將位移量轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過放大、濾波后，與設(shè)定的觸發(fā)閾值進(jìn)行比較。當(dāng)信號達(dá)到或超過閾值時，輸出觸發(fā)信號，數(shù)控系統(tǒng)記錄下當(dāng)前刀具的坐標(biāo)位置。

4.計(jì)算刀具參數(shù)：對刀儀測量多個位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過幾何計(jì)算得出刀具的關(guān)鍵參數(shù)，如刀尖坐標(biāo)、刀具長度、刀具半徑等。計(jì)算時需要考慮對刀儀的各項(xiàng)誤差參數(shù)，如線性誤差、測針球半徑補(bǔ)償?shù)?，以提高測量精度。

5.傳輸補(bǔ)償數(shù)據(jù)：將計(jì)算得到的刀具參數(shù)通過數(shù)據(jù)接口傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)對刀具路徑進(jìn)行補(bǔ)償，確保實(shí)際加工軌跡與編程軌跡一致。

6.循環(huán)測量：對刀儀可設(shè)定測量周期，定期對刀具進(jìn)行測量和補(bǔ)償，以減小刀具磨損、熱變形等因素引起的加工誤差。

三、接觸式對刀儀的應(yīng)用注意事項(xiàng)

1.測針球尺寸的選擇：測針球直徑需要根據(jù)刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所需測量精度來選擇。直徑過大會影響測量精度，過小則易引起測針變形或損壞。通?？蛇x擇Φ2~Φ10mm的測針球。

2.測針材料的選擇：測針材料需要具有高硬度、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)。常用的材料有硬質(zhì)合金、氧化鋯陶瓷、人造紅寶石等。其中硬質(zhì)合金材料性價比較高，適用于一般精度要求；陶瓷類材料硬度更高，測量精度可達(dá)1μm以內(nèi)；紅寶石材料化學(xué)性能穩(wěn)定，可用于腐蝕性環(huán)境中。

3.接觸力的控制：測針與刀具的接觸力會影響測量精度和測針壽命。接觸力過大易引起測針變形或刀具表面損傷；接觸力過小則難以保證測量重復(fù)性。因此需要合理設(shè)置彈簧預(yù)緊力和觸發(fā)閾值，控制接觸力在0.1~1N的范圍內(nèi)。

4.測量速度的選擇：測量速度即刀具進(jìn)給速度，其選擇需要權(quán)衡測量效率和精度。速度過高會增大慣性沖擊，引起測針振動和過沖，降低測量精度；速度過低則影響生產(chǎn)節(jié)拍，降低效率。通常可選擇10~500mm/min的測量速度。

5.環(huán)境溫度的控制：環(huán)境溫度變化會引起對刀儀和刀具的熱變形，影響測量精度。因此需要對測量環(huán)境進(jìn)行恒溫控制，溫度波動應(yīng)控制在±2℃以內(nèi)。同時，測量前需要預(yù)留一定的熱平衡時間，使對刀儀與環(huán)境溫度充分穩(wěn)定。

6.測頭保護(hù)與維護(hù)：測頭是對刀儀最易損壞的部件，使用中應(yīng)注意防止碰撞和過載。測量前需要對測頭表面進(jìn)行清潔，避免油污和雜物影響接觸狀態(tài)。定期檢查測頭球的磨損情況，超過磨損限值時需要及時更換。同時，還應(yīng)定期對傳感器、線纜等部件進(jìn)行檢測和保養(yǎng)，確保其性能穩(wěn)定。

接觸式對刀儀憑借其精度高、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)控加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但其測量效率和適應(yīng)性仍有待進(jìn)一步提高。