激光对刀仪刀具设定及破损监控方法马英坤

马英坤

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司

引言

本文以BLUM激光对刀仪为例，介绍激光测量系统刀具设定及破损监控，可实现下列测量任务：激光测量系统校准，长度与半径测量，温度漂移补偿，刀具破损监控。

激光测量系统采用以下方式运行。当光线被遮断时，激光系统在"动态输出端"输出信号。这个输出信号与CNC测量输入端连接。在测量单节中，一旦CNC检测到这个信号，就储存光线被遮断时各运动轴的位置坐标。测量循环读取这些坐标并进行处理。将这些坐标值与校准参数值相比较，便得出刀具数据。

1测量循环说明

1.1循环调用

测量循环只能在"自动运行"和"MDI"模式下执行。测量任务由被调用的测量循环及调用参数共同确定。某些调用参数是非必要的，即不需要指定，譬如：可以用BL9908(0)来取代BL9908(0，1，0.5，0).程序中未指定的调用参数，将会自动套用标准值。一般情况下程序执行中会尽量避免出现与循环调用错误相关的报警信息，而在内部对调用参数"重新定义"。

1.2主轴转速

执行测量循环前，必须确认刀具已在主轴中。一般情况下刀具检测是在旋转中进行。根据刀具、主轴、机器的状况，检测过程可在任意主轴转速下进行。为使测量结果包含主轴热变位，通常使用加工转速。转速越高，需要的测量时间越短。某些特殊刀具在非旋转状态下测量，这时主轴通常需要定向到某一特定角度。

1.3刀具测量与设定循环

测量操作前，要求预设刀具数据，精度为±5mm，测量后得到的数据被输入到刀具表。测量速度、移动行程及退出动作均在每次测量动作中逐步地变小。这种运行方式可实现更短的测量时间。

测量模式-1，-2，-3中，刀具被直接快速定位到光线中。测量模式0，1，2，3中，包含在一定范围内搜索并确定刀长的动作，长度超过预设值的刀具将被检出，不会有撞机的危险。要测量长度未知的刀具，可以将刀具表中的长度设为0，并使用测量模式0。

2激光测量系统校准

激光测量系统使用前必须进行校准，即必须精确确定触发点的机床坐标。校准时使用BLUM特制的标准刀。标准刀要事先通过热缩方式或弹簧筒夹装入刀柄，并测得长度、直径及高度，精确到0.001mm。

校准循环对标准刀进行"测量"，确定激光光线上触发点的精确位置。测量的结果写入到校准参数中。标准刀数据定义在USERPARATABx子程序或刀具表中。

调用：BL9901(RNUM,RPTL,LOFFS,ROFFS)

举例：T1M6;加载标准刀

D1;刀具补正编号

M3S3000;主轴转速

BL9901(3,0.01,0,0);校准

T0M6;卸载标准刀

过程说明：加载标准刀（T1M6），选择刀具的补正编号D1,主轴旋转，校准循环的调用为BL9901。标准刀根据标准参数值在光线中进行定位。如果不超出重复性公差，则对多次测量动作的结果取平均值(RNUM=3,RPTL=0.01)。随后，标准刀被卸载。

校准执行后，可按下软按键"CALIBRATEVALUES"来显示校准参数。

3NC轴温度补偿

当需要很高的加工精度时，可以利用激光系统及标准刀补偿机床轴温度漂移。根据温度补偿基准数据，测量循环对标准刀进行测量，确定激光光线的实际位置并更新校准参数。

调用：BL9904(MMODE,RNUM,RPTL,LOFFS,ROFFS,LTOL,RTOL)

返回参数：

1.测得的半径及长度方向的温度漂移量在子程序USERSETOFFS中处理。

2.错误标记_B_ERRNO=11,比较测量时超出长度方向公差LTOL或半径方向公差RTOL。

3.标准值：ROFFS=_B_CTOOL[1]-1.5mm，LOFFS=_B_CTOOL[2]/2

基准测量举例：

T1M6;加载标准刀

D1;刀具补正编号

M3S3000;主轴转速

BL9904(0,3,0.01,0,0);基准测量

T0M6;卸载标准刀

过程说明：加载标准刀，选择刀具的补正编号，主轴旋转。温度补偿的调用为BL9904。上面的例子中是基准测量。标准刀根据标准参数值在光线中进行定位。如果不超过重复性公差，则对多次测量动作的结果取平均值。随后，标准刀被卸载。参数LTOL和RTOL可以省略。

4中心切刃刀具长度测量

具有实体核心区域的刀具，如钻头、球刀…等，可以用这个循环进行长度测量及监控。这个循环可以在刀具数据未知的情况下启动。为将测量结果写入刀具表，必须设定有效的刀具编号及补正编号。

运行过校准循环或温度补偿循环，对机床温度漂移进行补偿后，可得到最准确的测量结果。

调用：BL9902(MMODE,LTOL,ADDLEN,RNUM,RPTL)

返回参数：1.测得的刀具数据输入到刀具表

2.错误标记_B_ERRNO=16,MMODE=±1或MMODE=±2时超出长度磨损公差LTOL。

3.错误标记_B_ERRNO=19,MMODE=±1或MMODE=±2时超出长度磨损公差LTOL2倍以上。

注意：超差长度磨损公差LTOL或半径磨损公差RTOL时，测量循环将重复执行。

刀长测量举例：

T2M6;加载刀具T2

D1;选择补正编号

M3S3000;主轴转速

BL9902(0,0,3,0.01);长度测量

T0M6;卸载刀具

过程说明：加载刀具（T2M6），选择补正编号（D1），主轴旋转（M3S3000）。刀长测量的调用为BL9902。测量循环以搜索的方式确定刀长。如果不超出重复性公差，则对多次测量动作的结果取平均值。测得的刀长写入刀具表中，附加长度补偿作为长度磨损输入。随后刀具被卸载。参数LTOL可省略。

5刀具破损监控

为保证加工无误，可在加工前后对关键刀具进行破损监控。检查过程中，旋转的刀具被以特定的方式定位与激光光线中，以测量长度是否在允许公差之内。

用这个循环对钻头、丝锥、雕刻刀等进行破损监控。这个循环必须基于已知的刀具数据执行。为读取刀具表，必须选择有效的刀具编号和补正编号。

调用：BL9908(ROFFS,MDIR,LBREAK,ADDLEN)

对钻头进行破损监控举例：

T8M6;加载刀具T8

D1;选择补正编号

M3S3000;主轴转速

;零件加工

BL9908(0,1,1,0);破损监控

；继续加工

过程说明：加载刀具(T8M6)，选择补正编号（D1），主轴旋转。破损监控的调用为BL9908。刀具长度从刀具表中读出并用于刀具的定位。在测量动作的起始位置，刀尖位于光线下方5*LBREAK处，径向的偏移量为ROFFS=0。测量方向为外拔式，即从暗到明（MDIR=1）。测得的长度，再叠加上附加长度补偿（ADDLEN=0）,结果必须在公差之内（刀长-LBREAK<测量值<刀长+2*LBREAK）。如果检出轴向破损，则设定错误标记。随后加工过程继续进行。

结论

激光对刀仪是专门为机床内部极端工作环境设计的高品质刀具测量系统，基于针对污染物的完善防护，坚固耐用的机械设计，以及内置电子系统，适用于各类加工中心，具有更高的系统精度和稳定性，用于精度要求更高的领域，可用于测量更小的刀具，在多种应用中表现出广泛的可靠性和精度。