長久以來，機(jī)床用戶一直擔(dān)心使用非接觸式對(duì)刀儀測量大型與小型刀具時(shí)，測量結(jié)果的精度會(huì)出現(xiàn)差異。為解決這一問題，有些非接觸式刀具測量系統(tǒng)的制造商選擇盡可能減小激光光束直徑(光斑尺寸)。然而，這會(huì)導(dǎo)致難以將刀具精確定位到激光焦點(diǎn)位置。

　　雷尼紹另辟蹊徑，推出了NC4+ Blue 非接觸式對(duì)刀儀。它的光束幾何形狀經(jīng)過優(yōu)化，在測量時(shí)可以輕松定位刀具。由于采用波長較短的藍(lán)色激光，雷尼紹這款激光系統(tǒng)的刀具測量精度和重復(fù)性得以顯著提高，測量小型刀具時(shí)尤為明顯。因此，對(duì)于不同刀具，NC4+ Blue 系統(tǒng)具有優(yōu)異的測量再現(xiàn)性。

　　測試方法

　　模具制造應(yīng)用中，往往會(huì)使用多把刀具對(duì)同一表面進(jìn)行加工，因此確保接刀精度尤其重要。即使刀長只有細(xì)微差異，也會(huì)導(dǎo)致在加工工件表面時(shí)，產(chǎn)生多余的臺(tái)階。在五軸機(jī)床上，由于工作平面發(fā)生變化，刀長誤差可能導(dǎo)致精度失準(zhǔn)，以及加工出的特征不符合公差要求。為確定使用NC4+ Blue 系統(tǒng)進(jìn)行刀長測量時(shí)的接刀精度，雷尼紹依據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn) (ISO 230-10 8.2.8.1.3) ①執(zhí)行了切削測試。測試結(jié)果非常直觀，而且易于理解。

　　①基于ISO 230-10:2022 標(biāo)準(zhǔn)的測試方法

　　測試滿足條件

　　執(zhí)行這項(xiàng)測試前需要滿足以下前提條件：機(jī)床的重復(fù)性和分辨率滿足要求;機(jī)床具有熱穩(wěn)定性;根據(jù)制造商提供的說明書成功安裝并標(biāo)定非接觸式對(duì)刀儀;將刀具小心地安裝在刀柄上，確保不會(huì)跳動(dòng);刀具潔凈，無碎屑、油污、冷卻液和切屑。

　　該測試可以使用各種刀具進(jìn)行，但雷尼紹建議使用所選機(jī)床的常用刀具進(jìn)行測試。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)刀，建議使用直徑大于6 mm 的平底銑刀。不能使用鉆孔刀具，因?yàn)檫@類刀具無法完成該測試所需的銑削加工。

　　操作員必須將材質(zhì)適宜的實(shí)心坯料塊固定在機(jī)床工作臺(tái)上，以完成該測試的切削環(huán)節(jié)。

　　首先，必須使主軸上的標(biāo)準(zhǔn)刀以切削速度運(yùn)轉(zhuǎn)，直到刀具和主軸均已充分預(yù)熱。接下來，使用非接觸式對(duì)刀系統(tǒng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)刀的刀長。然后，使用標(biāo)準(zhǔn)刀銑削測試坯料塊的表面，加工出多級(jí)臺(tái)階(根據(jù)分辨率要求，臺(tái)階高度應(yīng)在0.5 μm 至5 μm 之間)。在本例中(圖2)，臺(tái)階高度為2 μm。將中間的臺(tái)階設(shè)為基準(zhǔn)點(diǎn)，即Z0。隨后，應(yīng)迅速清潔標(biāo)準(zhǔn)刀(以免冷卻)并使用非接觸式系統(tǒng)進(jìn)行測量。如果刀長與原始值之差超過一級(jí)臺(tái)階的高度，則必須重新開始測試。

　　圖二

　　測試過程

　　使用標(biāo)準(zhǔn)刀從坯料塊的一端徑直切過所有臺(tái)階，開始接刀切削測試。在標(biāo)準(zhǔn)刀之后，調(diào)用下一把刀具，經(jīng)過充分預(yù)熱并測量其長度后，在坯料塊上進(jìn)行一次切削加工。調(diào)用其余刀具，以同樣的模式進(jìn)行加工。切削方向?yàn)閺淖畹团_(tái)階向最高臺(tái)階方向加工。刀具測量精度由刀具與材料接觸時(shí)所處的臺(tái)階確定。

　　? 如果刀具在Z0 級(jí)臺(tái)階處與材料接觸，說明刀具長度測量準(zhǔn)確。

　　? 如果刀具在Z0 級(jí)臺(tái)階之前的臺(tái)階處與材料接觸，說明刀具的測量長度小于實(shí)際長度。

　　? 如果刀具在Z0 級(jí)臺(tái)階之后的臺(tái)階處與材料接觸，說明刀具的測量長度大于實(shí)際長度。

　　通過統(tǒng)計(jì)每把刀具未能準(zhǔn)確切削的臺(tái)階個(gè)數(shù)，可以計(jì)算出誤差值。(如：漏掉兩級(jí)臺(tái)階，則誤差值為

　　2 × 2 μm =4 μm)。為確保測試的穩(wěn)定性，雷尼紹建議調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)刀作為最后一把刀具，待其充分預(yù)熱后，再進(jìn)行一次與第一次完全相同的徑直切削加工。結(jié)果與第一次切削的差異不得超過一級(jí)臺(tái)階的高度(以Z0 級(jí)臺(tái)階作為參考)。如果超過，則需要在穩(wěn)定條件下重復(fù)測試。在重復(fù)測試之前，必須拆下所有刀具，清潔干凈，并檢查是否有磨耗。

　　測試結(jié)果

　　上述測試用于在Makino D200Z 五軸數(shù)控機(jī)床上確定NC4+ Blue 非接觸式對(duì)刀系統(tǒng)進(jìn)行刀長測量時(shí)的接刀精度。測試結(jié)果如下表所示。

　　測試成功完成，刀長測量的接刀誤差未超過一級(jí)臺(tái)階的高度 (2 μm)。

　　結(jié)論

　　依據(jù)ISO 230-10:2022 8.2.8.1.3 測試程序的分步指南完成該測試，可確保針對(duì)被測系統(tǒng)(即非接觸式對(duì)刀系統(tǒng)、機(jī)床和刀具)得出公正結(jié)果。在同一表面上使用多把刀具進(jìn)行加工時(shí)，刀長測量精度至關(guān)重要，對(duì)于精加工或是涉及回轉(zhuǎn)軸的加工尤為如此。該測試可確定在數(shù)控機(jī)床上使用非接觸式對(duì)刀系統(tǒng)進(jìn)行刀長測量時(shí)的接刀精度。