雷尼绍对刀仪(Renishaw)

摘要英国雷尼绍公司的对刀仪在数控车床上应用有三种，插拔式手臂（HPRA）、下拉式手臂（HPPA）、全自动对刀臂式。可以快速、高效、精确地在士X、土Z及Y五个轴方向上，对加工过程中的刀具磨损或破损自动监测、报警和补偿；对机床丝杠热变形引起的刀偏值变动量进行补偿。

关键词数控车床对刀仪刀具补偿

中图分类号TP216 文献标识码B

在工件的加工过程中，工件装卸、刀具调整等辅助时间，占加工周期中相当大的比例，其中刀具的调整既费时费力，又不易准确，最后还需要试切。统计资料表明，一个工件的加工，纯机动时间大约只占总时间的55%，装夹和对刀等辅助时间占45%。因此，对刀仪便显示出极大的优越性。

一、对刀仪种类

1．插拔式手臂（High Precision Removable Arm，HPRA）

HPRA的特点是对刀臂和基座可分离。使用时通过插拔机构把对刀臂安装至对刀仪基座上（图1），同时电器信号亦连通并进入可工作状态；用完后可将对刀臂从基座中拔出，放到合适的地方以保护精密的对刀臂和测头不受灰尘、碰撞的损坏，适合小型数控车床用。

2．下拉式手臂（High Precision Pulldown Arm，HPPA）

HPPA的特点是对刀臂和基座旋转联接，是一体化的。使用时将对刀臂从保护套中摆动拉出（图2），不用时把对刀臂再收回保护套中，不必担心其在加工中受到损坏。不必频繁地插拔刀臂，避免了频繁插拔引起的磕碰。

3．全自动对刀臂（High Precision Motorised Arm，HPMA）

HPMA的特点是，对刀臂和基座通过力矩电机实现刀臂的摆出和摆回与HPPA的区别是加了力矩电机（见图2内括号中内容），提高了自动化程度。更重要的是可把刀臂的摆出、摆回通过M代码编到加工程序中，在加工循环过程中，即可方便地实现刀具磨损值的自动测量、补偿和刀具破损的监测，再配合自动上下料机构，可实现无人化加工。

三、对刀仪的工作原理

对刀仪的核心部件是由一个高精度的开关（测头），一个高硬度、高耐磨的硬质合金四面体（对刀探针）和一个信号传输接口器组成（其他件略）。四面体探针是用于与刀具进行接触，并通过安装在其下的挠性支撑杆，把力传至高精度开关；开关所发出的通、断信号，通过信号传输接口器，传输到数控系统中进行刀具方向识别、运算、补偿、存取等。

数控机床的工作原理决定，当机床返回各自运动轴的机械参考点后，建立起来的是机床坐标系。该参考点一旦建立，相对机床零点而言，在机床坐标系各轴上的各个运动方向就有了数值上的实际意义。

对于安装了对刀仪的机床，对刀仪传感器距机床坐标系零点的各方向实际坐标值是一个固定值，需要通过参数设定的方法来精确确定，才能满足使用（图4），否则数控系统将无法在机床坐标系和对刀仪固定坐标之间进行相互位置的数据换算。

当机床建立了“机床坐标系”和“对刀仪固定坐标”后（不同规格的对刀仪应设置不同的固定坐标值），对刀仪的工作原理如下：

1．机床各直线运动轴返回各自的机械参考点之后，机床坐标系和对刀仪固定坐标之间的相对位置关系就建立起了具体的数值。

2．不论是使用自动编程控制，还是手动控制方式操作对刀仪，当移动刀具沿所选定的某个轴，使刀尖（或动力回转刀具的外径）靠向且触动对刀仪上四面探针的对应平面，并通过挠性支撑杆摆动触发了高精度开关传感器后，开关会立即通知系统锁定该进给轴的运动。因为数控系统是把这一信号作为高级信号来处理，所以动作的控制会极为迅速、准确。

3．由于数控机床直线进给轴上均装有进行位置环反馈的脉冲编码器，数控系统中也有记忆该进给轴实际位置的计数器。此时，系统只要读出该轴停止的准确位置，通过机床、对刀仪两者之间相对关系的自动换算，即可确定该轴刀具的刀尖（或直径）的初始刀具偏置值了。换一个角度说，如把它放到机床坐标系中来衡量，即相当于确定了机床参考点距机床坐标系零点的距离，与该刀具测量点距机床坐标系零点的距离及两者之间的实际偏差值。

4．不论是工件切削后产生的刀具磨损、还是丝杠热伸长后出现的刀尖变动量，只要再进行一次对刀操作，数控系统就会自动把测得的新的刀具偏置值与其初始刀具偏置值进行比较计算，并将需要进行补偿的误差值自动补入刀补存储区中。当然，如果换了新的刀具，再对其重新进行对刀，所获得的偏置值就应该是该刀具新的初始刀具偏置值了。

四、对刀仪的对刀精度

根据有关资料及实践证明，对刀仪测头重复精度1μm；15英寸以下卡盘，手臂旋转重复精度5μm。18英寸及其以上卡盘的大规格，对刀臂的重复精度能达到8μm。这一精度可以满足大部分用户的需要而不需试切。

对刀仪的使用，减少了机床的辅助时间，降低了返工和废品率，若配合雷尼绍LP2工件测头一起使用，可显著提高机床效率和加工精度。