采用激光對刀具進(jìn)行無接觸和高精密的測量
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刀具和刀片的小型化，加工轉(zhuǎn)速的不斷提高，涂層的接觸敏感性越來越強(qiáng)，所有這些都是刀具調(diào)節(jié)所面臨的日益增長的挑戰(zhàn)。因此，在微型加工設(shè)備上幾乎只使用無接觸式的激光測量系統(tǒng)。唯有采用這種激光測量系統(tǒng)，方可對所有影響因素進(jìn)行收集和補(bǔ)償。在正確選擇測量系統(tǒng)時(shí)，重要的一點(diǎn)便是要在加工中心的粗劣的條件下實(shí)現(xiàn)盡可能高的絕對精度。
絕對精度至關(guān)重要
激光測量系統(tǒng)的精度一方面可由開關(guān)點(diǎn)重復(fù)精度加以描述，另一方面也可以通過絕對測量精度得到體現(xiàn)。對于用戶來說，后者尤為重要，這是因?yàn)榻^對測量精度可以表明刀具測量結(jié)果的精確程度。系統(tǒng)的功能原理可以說明究竟：簡單地說，激光測量系統(tǒng)就是一種高精度的光柵。當(dāng)旋轉(zhuǎn)著的刀具打斷光束時(shí)，在一定百分比的陰影度下便會(huì)生成一個(gè)開關(guān)信號(hào)并傳遞到控制系統(tǒng)里，由此測得軸的位置。集成在設(shè)備控制系統(tǒng)里的標(biāo)準(zhǔn)軟件采用測量數(shù)據(jù)和參照數(shù)值對刀具長度和刀具半徑進(jìn)行計(jì)算并自動(dòng)把數(shù)值輸入到刀具儲(chǔ)庫里。
如果所測得的各個(gè)刀具的特性非常不同（如直徑、形狀、切割半徑），則會(huì)因系統(tǒng)陰影狀況不同而出現(xiàn)精度偏差。在測量較小刀具時(shí)，刀片的幾何外形首先會(huì)對測量結(jié)果造成影響。不同的刀片外形會(huì)不同深度地進(jìn)入光束，直至達(dá)到一定比例的陰影。由此各刀具將會(huì)出現(xiàn)一種系統(tǒng)陰影誤差；光束直徑與刀片半徑的比例越大，則陰影誤差就越小。根據(jù)這種關(guān)系，光束直徑大，則陰影誤差也大。對于加工作業(yè)來說，這就意味著在使用各種不同的刀具時(shí)，工件上的尺寸偏差也就會(huì)產(chǎn)生。這是因?yàn)檩^小的刀具與較大的刀具相比，會(huì)被測出長度過大。
對于用戶來說，絕對精度是一個(gè)決定性的標(biāo)志。Laser-Control Nano NT型測量系統(tǒng)在測量相近特征的刀具時(shí)，可以達(dá)到±0.5μm的精度
為了實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，Blum-Novotest公司的激光測量系統(tǒng)就采用了高精度光學(xué)裝置（以對激光光束進(jìn)行聚焦）和高檔激光二極管。由此可以生成極薄和強(qiáng)度極勻質(zhì)的光束，從而達(dá)到最好的精度。此外，這種系統(tǒng)還擁有已獲得專利的NT技術(shù)，當(dāng)最長刀片離開光束之后，微型處理器才會(huì)生成開關(guān)信號(hào)。針對特殊場合，儀器可以配備高端元件。
切削作業(yè)中最終具有說服力的因素便是所達(dá)到的工件精度。對此會(huì)有很多影響因素。設(shè)備和環(huán)境溫度的變化，刀具的磨損情況和因轉(zhuǎn)速所限的主軸長度變化等，這些因素都會(huì)在0.01mm范圍內(nèi)對加工結(jié)果造成影響。在采用諸如Blum-Novotest公司的激光測量系統(tǒng)和在正常工作轉(zhuǎn)速以及通過定時(shí)校準(zhǔn)的情況下，所有這些因素都可以比較容易得到把握。如果加工設(shè)備無法提供相應(yīng)的定位精度，則最精確的激光測量系統(tǒng)也會(huì)遭遇其測量極限。因此，Blum公司提供自行研發(fā)的工藝和技術(shù)方案。這種技術(shù)可以測定加工設(shè)備在工件上的精度并對激光測量系統(tǒng)的很高的絕對精度作出驗(yàn)證。
圖1 沿著X軸線軌跡先作階梯外形曲線的銑削。每個(gè)階梯的高度差為1μm
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