數(shù)控對(duì)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(dòng)測(cè)量刀具的長度、半徑等關(guān)鍵參數(shù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行刀具補(bǔ)償，從而提高加工精度和效率。漢測(cè)在本文將重點(diǎn)介紹數(shù)控對(duì)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(shì)。

一、數(shù)控對(duì)刀儀的基本組成

數(shù)控對(duì)刀儀一般由以下幾個(gè)部分組成：

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

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

3.數(shù)據(jù)接口：將測(cè)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(chǎng)總線等工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)控系統(tǒng)交換信息。

4.機(jī)械結(jié)構(gòu)：對(duì)刀儀本體，包括安裝基座、保護(hù)外殼、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等，用于支撐和固定測(cè)頭、電路板等核心部件，并方便對(duì)刀儀在機(jī)床上的裝調(diào)和維護(hù)。

5.控制軟件：運(yùn)行于數(shù)控系統(tǒng)或單獨(dú)的工控機(jī)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀儀的參數(shù)設(shè)置、測(cè)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(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

二、接觸式對(duì)刀儀的工作原理

接觸式對(duì)刀儀是目前應(yīng)用最廣泛的一類對(duì)刀儀，其基本工作原理如下：

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

2.測(cè)頭觸發(fā)：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(dòng)，當(dāng)?shù)毒哂|碰到測(cè)頭時(shí)，測(cè)頭的線性位移傳感器產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路判別和放大，輸出觸發(fā)信號(hào)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(hào)后，記錄下當(dāng)前刀具的機(jī)床坐標(biāo)值，即測(cè)頭的觸發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)。通過多次測(cè)量并取平均值，可以獲得刀具頂點(diǎn)或齒部的空間位置。

4.長度計(jì)算：數(shù)控系統(tǒng)將觸發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)與標(biāo)定球坐標(biāo)進(jìn)行比較，計(jì)算出刀具的長度補(bǔ)償值，即刀具頂點(diǎn)相對(duì)于刀架基準(zhǔn)面的Z向高度差。

5.半徑計(jì)算：通過測(cè)量刀具在X、Y方向上的多個(gè)觸發(fā)點(diǎn)，利用最小二乘圓擬合等算法，計(jì)算出刀具的半徑補(bǔ)償值。

6.補(bǔ)償應(yīng)用：將長度補(bǔ)償值和半徑補(bǔ)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(dòng)調(diào)用，對(duì)刀具軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)位置補(bǔ)償。

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