Измерительные системы для привязки режущего инструмента

На токарных и фрезерных обрабатывающих центрах довольно серьезный объем времени тратиться на измерение геометрических параметров режущего инструмента, а также их корректировку в процессе работы. Измерительные системы помогают сократить время настройки инструмента, увеличить коэффициент полезной загрузки оборудования, а также повысить точность размеров готовой детали. В зависимости от системы управления, измерение и контроль режущего инструмента могут быть выполнены вручную или по управляющей программе в автоматическом режиме.

Измерение геометрических параметров режущего инструмента по больше части состоит в определении вылета (длины), радиуса или диаметра для фрезерного инструмента, а также значения смещений ∆X, ∆Y, ∆Z для токарных резцов. Измерительные системы позволяют с высокой точностью определять данные параметры инструмента и вносить их значения в систему управления, осуществлять контроль поломки или износа режущей кромки, а также вносить коррекции на износ. Все это приводит к повышению точности обработки, снижение объема брака, снижению уровня человеческого фактора и как результат снижению затрат производства.

В зависимости от способа измерения, все системы можно поделить на контактные и бесконтактные, с точки зрения принципа работы сенсора, они аналогичны щупам нормально точности для привязки заготовок и имеют аналогичные характеристики точность ≤ 5 мкм, а повторяемость 2ẟ ≤ 1 мкм.

К контактным системам относятся измерительные щупы для привязки и контроля режущего инструмента, которые в отличие от щупов для привязки заготовок на своей вершине имеют износостойкий твердосплавный наконечник (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Примеры исполнений контактных щупов для привязки инструмента

Данные щупы могут быть как в проводном, так и беспроводном исполнение, работать как по инфракрасному, так и радио каналу, все зависит от размера и типа оборудования в котором они будут применяться. Например, у станкопроизводителей есть решения, когда на каждую из сменных паллет устанавливается по беспроводному измерительному щупу и привязываются они к единому инфракрасному приемнику.  Для измерения осевого вращающегося инструмента применяются цилиндрические наконечники, а для резцов прямоугольная контактная площадка, это обусловлено спецификой измерения. При измерение, осевой режущий инструмент всегда вращается в направление противоположенном резанию, это позволяет сберечь режущий инструмент и контактную площадку от износа. Важным моментом является система предохраняющая сенсор от повреждений, допустим оператор указал предварительную длину фрезы меньше чем она есть на самом деле и отправил инструмент на измерение, на быстром ходу исполнительные органы станка будут предпозиционироваться режущий инструмент в нескольких миллиметрах от щупа, а так как длина фрезы больше чем нужно, то произойдет удар инструмента о контактную площадку. Для того чтобы сохранить сенсор производители щупов устанавливают контактную площадку на сменный штифт с намеченной точкой излома (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Пример сменного штифта с намеченной точкой излома

После удара штифт ломается, но сам щуп, в большинстве случаев, остается целым.

При измерении инструмента на токарном станке, в зависимости от исполнения и компоновки, применяется откидная рука (см. рисунок 3).

Рисунок 3. Пример исполнения откидной руки для токарного станка

Так как на токарном станке рабочего пространства существенно меньше чем на фрезерном, а времени на наладку инструмента уходит столько же, использование откидной руки приобрело большую популярность. На конце руки расположен измерительный щуп, при вызове цикла измерения, она откидывается, устанавливая щуп в рабочее пространство, повторяемость позиционирования в одну и туже точку очень высока. Затем происходит цикл измерения.

К бесконтактным системам для измерения и контроля инструмента относятся лазерные системы. Как правило они применяются на фрезерных обрабатывающих центрах. В них используется лазерный пучок, идущий от передатчика (источника излучения) к приемнику, который устанавливается в рабочем кабинете станка таким образом, чтобы обеспечить пересечение пучка с режущим инструментом. Следует отметить, что источник излучения и приемник могут быть сделаны на единой скобе и располагаться где-то в рабочей зоне, так и вмонтированы в стенки кабины, тем самым не ограничивая рабочее пространство (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Пример исполнения лазерных систем

На лазерных системах возможно производить замеры только осевого вращающегося инструмента (сверел, фрез и т.д.), это обусловлено конструкцией и логикой работы. При измерении режущий инструмент вращается в направлении резания и при достижении лазерного пучка на приемнике уменьшается количество попадающего света, в результате формируется сигнал срабатывания и фиксируется текущее положение рабочих органов станка, для расчета геометрических параметров режущего инструмента, как правило это происходит в несколько повторений. Кроме того, эти системы могут использоваться для контроля инструмента на предмет поломки, если измеренный ранее инструмент побывал в обработке и после отправился на контроль поломки, и не достиг пучка света, это будет говорить о том, что режущая кромка сломана и система управления выдаст сообщение об ошибке.