刀具预调可以在节约加工时间的同时保证工具的加工质量。 Metaldyne公司（在密歇根州的Plymouth地区）的俄亥俄Edon工厂生产汽车上最复杂的一个零件——转向节。这一零件的形状很不规则，表面复杂，有很多的孔需要钻铣和镗削加工。总之，转向节的加工通常需要很精巧的技术，它向机加工行业提出了新的挑战。 在汽车中，一般有两个转向节或四个转向节，通常由钢、铸铁或铝制成，使其成为悬挂的一个部分。在加工这些零件时，生产的数量以及产品的质量都是必须考虑的因素。对于个别转向节而言，为了达到一定的生产水平，该工厂使用了双轴加工中心。每一个主轴对夹持在夹具上的左、右转向节采用同样的操作加工方式。而刀具采用HSK100和HSK80型冷缩刀柄夹座。
图1 采用图像处理系统可以自动地测量刀具的长度、直径、圆角半径和两个切削刃的角度。而系统软件可以检测切削刃，然后通过安装在光学载体上的摄像机，将刀刃的图像传送到控制系统和屏幕上 Metaldyne公司的生产工程师Chris Filoso先生说：“我们认为采用冷缩刀柄夹座是十分关键的。与弹簧、液压或其他类型的夹头相比，冷缩刀柄夹座具有更好的同心度和夹紧力，而且不需要配置上述这些价格很贵的夹头零件。”他还补充说：“因为每一个主轴具有镜面加工的能力，这就要求我们的操作人员必须能适应在双轴加工中心上使用的刀具，并将公差控制在20μm的范围内。” 以前，公司确信，一套冷缩夹紧的换刀机构和一个分离的对刀装置可以顺利地完成换刀和对刀任务。然而，事实证明，这种双阶段工艺很费时间，因为需要一台专用机械来完成刀具的冷缩夹紧，然后松开，而第二台装置则需要对刀具进行测量和预调。其他的反对方意见则认为，这种布置方式不可能使刀具的预调精度达到工厂的预定标准，况且，对刀仪也不可能自动地将刀具的数据写入到公司刀柄夹座内置的Balluff芯片之中。
图2 将刀具按照公称长度热缩夹紧，而操作员只需输入数据，例如输入刀具的公称长度，刀柄夹座的直径以及刀具的材料（高速钢或硬质合金钢） 预测所能达到的足够精度和所能节约的时间是可以实现的，该工厂从Zoller公司引进了一套双坡面热套装型对刀仪和测量机，其主要特点包括：Z轴的测量范围为0~600 mm，直径为400 mm，现在，该公司可使用这一三坐标CNC立式对刀仪和测量机一次性自动完成刀具的预调、热套装、冷却和测量。 只有当使用单一装置执行全过程测量的时候，才有可能实现公称长度的热套装。该系统配有一个10kW的加热装置，用于刀具的热套装，刀柄的直径范围为3~32mm，刀具长度可达600 mm，加热时间5~10s。冷却时间约需30s或更少一些，按照工厂工程师的建议，应采用可靠的水冷却适配装置。 在Metaldyne公司使用的测量机配有视频系统，可自动测量和检验工厂车间内的每一把刀具。有两条CNC驱动的线性导轨——立式和卧式,可对光学载体进行定位，而主轴的旋转可允许将焦点对准刀具。 Filoso先生解释说：“采用图像处理技术可自动测量刀具的长度、直径、圆角半径和两个刀刃的角度。利用软件几乎可在瞬间检测出刀刃，而安装于光学载体上的摄像机可将刀刃的图像传送到控制系统和屏幕上。”Filoso先生评价说，该系统除了使用比较方便以外，还有其他很多优点。他报告说：“该测量机可测量调试任何类型的热套装刀具，并将其长度的公差调整到±10μm的范围之内。” 为了使刀具热缩夹紧到公称长度，我们的操作员只需通过易于操作的人机对话接口输入数据，例如输入公称长度、刀柄夹座的直径和刀具的材料（高速钢或硬质合金钢）等就可以实现。Filoso先生解释说，“每一把刀具都带有一个识别代码，便于用户检索和以后调用这一数据。” 感应加热的线圈安装在刀柄夹座的上方，线圈就在那里给刀柄夹座加热。然后将刀具安装到刀柄夹座内，据了解，CNC驱动的刀具长度止口可保证刀具的正确就位——例如使刀尖对准量规线。操作员从5个冷却适配器中选用其中一个将其冷却，并使其定位于刀柄夹座的上方。在完成这一步骤以后，刀具将会再一次自动检查，然后将测量结果传送到刀具的识别芯片上。 Filoso先生说：“执行整个过程大约需要2min，其中包括换刀时间，直至达到我们所需要的精度。”任何有关的修正值都将被储存起来以备下次刀具热缩夹紧时再次使用。 Filoso先生解释如何对非热缩套装的刀具进行测量。他说，与以前采用过的那些测量方法比较，其所节约的时间相当可观。例如，一把带有10个镶刀片的刀具，一般一次只能检测一个镶刀片。这就意味着操作员必须推测每一个刀片所需的调节量。与此程序相反，双坡面刀具则能自动地估算出每一刀片及调节量。在接收到这一信息以后，操作员就可以采取相应的措施。 Filoso先生说：“我们能够确保将每个刀具的加工精度控制在3μm以内，这有利于提高零件的加工质量。” |
