刀具预调仪的正确选用

 与在机床上触测刀具，或使用机床自带的自动刀具测量系统相比，用刀具预调仪进行机外对刀可以缩短机床停机时间，从而获得更丰厚的长期回报。许多加工车间都不愿意花钱购买刀具预调仪（俗称对刀仪），因为它们不属于加工设备，不能直接创造经济效益。但实际上，与在机床上触测刀具，或使用机床自带的自动刀具测量系统相比，用刀具预调仪进行机外对刀可以缩短机床停机时间，从而获得更丰厚的长期回报。

       购买一台新的刀具预调仪的价格可能相差悬殊—本文所列举产品的售价就从8,000美元到85,000美元不等。但是，即使对于一台价格较为低廉的刀具预调仪，加工车间要证明其物有所值可能也并非易事。Elbo Controlli刀具预调仪北美进口商Koma精密公司的工程经理Joe Halik表示，“加工车间很难评估刀具预调仪到底能节省多少成本，因为它并不用于加工任何零件。但你可以算一算，在机床上测量刀具浪费了多少加工时间，由于工件报废和操作者犯错造成了多大的损失。”

       功能与特点
       刀具预调仪主要用于测量刀具的长度和直径，其他功能还包括测量刀尖圆弧半径、切削角度和装刀角度。它们也可用于检测刀具切削刃是否破损或失效。

       美国康涅狄格州一个制造航空零件的机加工车间领班表示，“我们用刀具预调仪来调整刀具的轴向偏移量。我们使用许多仿形刀具，如成形刀具和孔口刀具，这些刀具上有许多不同的角度和圆弧半径需要测量。此外，我们还用刀具预调仪来调整镗杆，在镗孔之前设置镗刀的直径。”该车间有大约30名员工和15台机床，使用大昭和精机公司（BIG Kaiser Precision Tooling Inc.）生产的Speroni Magis 400型刀具预调仪。该预调仪具有边缘检测功能，其十字准线能随着刀具影像移动，操作者可将镗头调整到给定的直径。 Koma公司的Halik介绍说，刀具预调仪还可用于检测和计算刀具的轴向和径向跳动。“如果你在切削零件时，表面光洁度突然变差，你就需要在刀具预调仪上检查一下刀具状况，以确定是由刀片磨损还是刀具径跳引起的。”

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  BIG Kaiser 的Speroni Magis刀具预调仪具有边缘检测功能，

       其十字准线能随着刀具影像移动，操作者可将镗头调整到给定的直径。 

       手动与自动测量
       如今的刀具预调仪可采用视频成像技术在电脑屏幕上显示刀具的实时影像。使用这种手动型预调仪时，操作者可将相机移动到被测刀具边缘处，使刀具影像显示在监视器上。其测量软件包括能自动抓拍刀具边缘的十字准线，因而无需将刀具边缘移动到固定的十字准线处。

       BIG Kaiser的刀具测量系统产品经理Hilary Schnirring说，“操作者需要做的就是：将刀具安装到仪器主轴上，移动相机捕捉刀具影像，然后旋转主轴，使影像清晰聚焦，并在监视器屏幕上显示色码条形图。将相机与测量软件校准后，软件就可以自动测量刀具的最大长度和直径。该软件具有边缘检测功能，能自动抓拍刀具边缘。”

       自动型刀具预调仪由数控系统驱动。操作者只需将刀具装到预调仪上，并启动移动相机的宏程序，即可对任何类型的刀具进行自动测量。帕莱克公司（Parlec Inc.）的Parsetter TMM产品经理Matt Ricotta说，“一些比较复杂的刀具（如成形刀具）可能需要测量好几个特征。我们可以对预调仪进行预先编程，然后只需按一下按钮，就能自动检测不同的刀具特征。操作者无需记住应将相机从这一点移动到下一点，或在某一点应以某种特定模式进行测量。刀具预调仪可以自动完所有测量”。

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    Parlec的TMM1550型台式刀具预调仪具有基本的刀具测量功能和先进的刀具管理功能。

       刀具预调仪的重复性精度通常为±2μm（有些产品可达±1μm）。Ricotta说，“刀具预调仪的精度问题具有一定复杂性。显然，你希望预调仪具有很高的精度，但它的重复性更为重要。很多时候，机床的精度并不一定很高，但它的重复性非常好。当你与一台机床比对零点（坐标系原点）时，其相对于实物坐标系的精度有所下降，但你的确可以提高这台机床的精度。” 刀具预调仪可以采用不同的坐标系。因此，如果操作者要测量1号机床所用的刀具，可以调用这一组零点；而在测量2号机床所用刀具时，也可以调用这一组零点。

       刀具预调仪的选择
       选择刀具预调仪时应该知道，在大多数情况下，仪器的测量范围是无法扩大的（某些型号的预调仪在一定程度上可调），这一点至关重要。因此，加工车间必须清楚被测刀具的最大长度和直径，购买能满足这种规格需求的预调仪，并为今后可能出现的更大刀具尺寸留有余地。刀具预调仪对最小刀具尺寸没有限制。BIG Kaiser的Schnirring说，“我们最常用的预调仪型号可以测量直径达400mm、长度达600mm的刀具。对于大多数加工车间来说，这一尺寸范围已绰绰有余。”

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与采用重力或真空夹持方式的类似台式预调仪不同，BIG Kaiser的Speroni Magis基本型     

       采用了固位钮夹持方式
       选择刀具预调仪时，需要考虑的另一个因素是该车间所用的不同刀柄型式。预调仪制造商可以提供备选的适配接头或可互换主轴，以适应各种不同型式的刀柄。不过，加工车间应该清楚，为此需要额外付费。 另一个考虑因素是将刀具安装到预调仪上的方式。基本型预调仪是利用重力或真空吸附将刀具组件夹持在仪器主轴上。而比较高档的刀具预调仪通常采用一个固位钮来装夹刀具。 帕莱克公司的Ricotta指出，使用真空夹持时，如果刀柄上有脏物或油污，或操作者未将主轴锥孔清理干净，就可能造成测量误差。“对于公差达到微米级的精密加工，采用固位钮装夹机构变得十分重要。我们的刀具装夹系统施加的夹持力可达900磅，使其几乎可以达到机床主轴的夹持效果。”

       有些刀具预调仪除了可采用其他装夹方式以外，还配备了刀具热缩装夹功能，并内置了一台感应加热装置。Zoller公司老板兼总裁Alexander Zoller指出，“在多轴数控机床上加工时，对刀具热缩装夹的精度要求很高。在将同一把刀具热缩装夹到不同刀具夹头上时，我们的预调仪可以保证刀具长度误差在±10μm以内。如果你使用一台单独的加热装置进行热缩装刀，并希望达到±10μm的装刀精度，可能需要半个小时。而在带热缩装刀功能的预调仪上装刀，只需要大约2分钟。”

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   Zoller的smile入门级CNC型刀具预调仪适用于换刀次数较少的加工车间，

       可自动测量刀具的长度、直径、刀尖圆弧半径、两个切削角等标准参数。

       测量数据的利用
       在选择刀具预调仪时，加工车间需要询问的主要问题之一是：如何利用测得的偏移补偿数据。Zoller介绍说，有三种基本方式。“首先，你可以用预调仪内置的标签打印机或通过连接的计算机，将测量结果打印在一张标签上。”这些信息可能包括刀具ID编号、刀座号码、刀具的长度、直径、刀尖圆弧半径和两个切削角，以及测量该刀具的操作者信息、测量时间和日期等。有了打印标签，操作者就无需再进行手工记录。不过，操作者仍然需要将偏移补偿数据手工输入机床控制系统，因此仍有可能出现输入错误。 另一种利用方式是将测得的偏移补偿数据直接发送给加工机床。帕莱克公司的Ricotta说，“这种方式称为数据后处理，即从刀具预调仪获得一组测量数据后，创建一个数据文件，并将该文件发送给机床。机床读取该文件，并将数据输入控制系统。” Ricotta指出，由于大部分加工车间的机床已经联网，或已采用可将工件加工程序发送到机床控制器的分布式数控系统（DNC），因此，用户可能希望通过网络将数据从刀具预调仪传送到加工机床。

       PHD公司的Darrin Colbart表示，“由于取消了在机床上手工输入偏移补偿数据，我们的生产率大大提高。我们利用网络将在Zoller刀具预调仪上测得的偏移补偿数据直接发送到机床上。”该公司有90名员工和20台数控机床，主要制造用于自动化生产的机器人零部件，其每项加工任务平均需要使用约30种刀具组件，而有些加工则需要使用多达75种刀具。刀具预调仪每年需要测量大约65,000把刀具。

       虽然一台刀具预调仪可能具有将偏移补偿数据发送到机床的功能，但有时加工车间仍然需要手工输入数据。一家拥有600名员工、200多台机床和3台刀具预调仪（包括一台Speroni Magis 400型）的航空工业一级供应商就是如此。该公司的资深制造工程师Jeff Campbell表示，“几台加工中心通常可以共用一台刀具预调仪。有些机床能自动接收刀具预调仪发送的偏移补偿数据，另一些机床则不能。例如，我们有两台独立的丰田卧式加工中心不能自动接收预调仪发送的偏移补偿数据。这些机床有大容量的矩阵刀库，每台机床能容纳近500把刀具，除了更换已磨钝或破损的刀具以外，所有的刀具都存放在机床上。”Campbell解释说，磨钝或破损的刀具被自动转送到刀具装配站，由操作者将其拆除。操作者在刀具预调仪上对新刀具进行测量，并打印出带有偏移补偿数据的刀具标签。然后，该刀具返回机床，并由操作者将标签上的数据手工输入机床。他说，“更换刀具时，我们不会以任何方式中断机床运行。如果不使用备换刀具、刀具破损检测、刀具寿命管理以及最重要的刀具预调仪，就不可能做到这一点。”

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   第三种可能的利用方式是将偏移补偿数据写入粘贴在刀具夹头上的射频识别（RFID，也称为电子标签）芯片中。机床需要用一个RFID读写器将这些数据读入其控制系统。BIG Kaiser的Schnirring说，“使用RFID芯片的优势在于，你可以通过多次测量来修正测量结果。通过分析这些数据，你可以跟踪刀具寿命，并在零件的尺寸精度或表面光洁度出现问题之前及时更换刀具。”

       测量数据的保存
       利用刀具预调仪，加工车间还能保留刀具预调的结果，并将其存储在数据库中。Zoller解释说，“如果加工车间有多种不同的加工任务，就需要用预调仪来管理刀具设置表。设置表可对每种加工任务进行定义，并将其存储在数据库中。如果6个月以后又遇到了相同的加工任务，就可以调出该零件编号，马上就能知道需要使用哪些刀具。”

       Koma公司的Halik解释说，有些刀具预调仪还可以生成刀具的二维廓形。这些高端机型可以下载复杂形状工件的DFX文件，用户可将其作为一个模板，将刀具廓形与被加工的特定轮廓进行对比。此外，用户还可以将刀具廓形的DXF文件记录在预调仪上，并将其发送到CAD系统中，对照另一个文件对其进行测量，或生成一个文件。

       REGENCO公司主要从事汽轮机的修理、再制造和零部件加工，其数控加工车间主管Jeff Bradley表示，“我们要使用刀具预调仪的所有功能。我们用它来测量刀具长度和直径，并对照DXF文件检查刀具廓形。我们使用一些专用刀具，拿到这些刀具后，我们要将其与DXF图纸进行比对，看它们是否符合我们原来提出的技术要求。”该数控加工车间约有15名员工和13台机床，使用Elbo Controlli Khyan刀具预调仪自行组装刀具。

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BIG Kaiser的Schnirring指出，还可以将测量数据输出到编程或验证软件中。Mastercam软件可以告诉刀具预调仪需要对哪些刀具进行设置，这些数据将存储在预调仪的数据库中。“我们可以在后端将刀具预调仪与过程模拟软件（如CG Tech公司开发的Vericut软件）连接起来。你可以测量一把刀具，然后生成一个3D模型，并将其输出到Vericut软件中，以确保该刀具能正常进行加工。”

       考虑加工批量
       一般来说，那些使用的刀具种类繁多，且很少重复加工相同零件的机加工车间应该选用手动型刀具预调仪。帕莱克公司的Ricotta说，“大多数车间都购买手动型预调仪，他们只需要测量刀具的长度和直径。经常变换刀具和加工任务的车间通常都使用手动预调仪，因为它们不需要输入大量数据。”这种车间拥有刀具预调仪的好处是：如果没有预调仪，操作者就不得不花费大量时间在机床上对每把刀具进行触测。

       前面提及的那家航空工业一级供应商就是一个典型的例子。Campbell说，“我们使用各种不同类型的刀具，需要进行大量刀具设置。自动型刀具预调仪对我们并不适合，因为我们不会不断重复加工相同的零件。我们是一个小批量加工车间，对我们来说，一年加工几百件零件就算是大批量了。”

       与此相反，Orlick工业公司则是一家大批量汽车零件制造商。该公司有大约700名员工和250台数控机床，主要加工压铸件和铝合金工件。虽然所用的刀具变化不大，但仍然使用5台手动型刀具预调仪（包括一台Elbo Controlli生产的入门级Larth预调仪）。

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Elbo Controlli Amon Ra刀具预调仪可将刀具测量数据转换为能直接载入机床控制系统的             

       数控代码， 并输入/输出DXF格式的刀具CAD廓形，在双屏相机上进行比对。

       该车间使用硬质合金刀具和金刚石刀具切削加工铝合金。加工调度员Raymond Davies指出，这些刀具无需频繁更换，一根钻头可能会连续加工1.5万个孔。“这种加工在专门的加工单元上进行，使用刀具时，用预调仪对其参数进行重新设置，然后就可以一直加工到刀具寿命结束。” 某种特定加工的偏置补偿数据保存在一个刀具设置表中。Davies说，“偏置补偿数值已存储在刀具预调仪中，因此我们只需将刀具设置为所需长度即可。不需要向机床发送数据，因为刀具的长度参数早已设置好。我们只需确保更换刀具后，下一次加工的刀具长度与上一次加工时完全相同。”

       不过，一般而言，对于那些经常使用相同的刀具重复进行相同加工的大批量加工车间来说，自动型刀具预调仪是一种不错的选择。帕莱克公司的Ricotta说，“大批量加工车间通常采用相同的刀具夹头及刀具，加工方式和尺寸公差变化也不大。他们最好选用自动型预调仪，因为他们希望操作者只需将刀具装夹到仪器主轴上，按下按钮，让仪器自动完成对刀具的测量，而无需人为干预。” 无论加工车间是在中央工具室还是在车间现场组装刀具，预调仪都能有效地工作。封闭式设计能为灵敏的预调仪零部件提供保护，使其免受灰尘和冷却液的影响，并使仪器易于清洁。此外，为了防止变形，刀具预调仪通常都用热稳定性好的材料制成。

       对于一个加工车间而言，投资购买何种刀具预调仪最终取决于它能否最有效地提高生产率或改进加工操作。