机床探头和数控对刀仪的应用

一：什么是机床探头

1. 机床测头是将CMM（坐标测量机）测头转移到数控机床上，使机床具有相同的坐标测量功能，以测量产品的位置或尺寸。

2. 机床探头套件组成

探头系统包括探头主体、接收器和宏程序。

• 探头工作原理

机床探头采用6点桥式结构，刚性高，实现触发开关的各个方向的接触。一旦信号被触发，它就会被传输到机器并记录在后台软件中，从而可以通过使用坐标值算法获得接触坐标值。这样可以精确地测量各种形状和大小的位置。

• 探头类型

根据探头和接收器之间的传输介质，有红外探头、无线电探头和有线探头（无接收器）。

根据其应用功能，有2D和3D探头（能够测量曲面）。

探头的关键因素是稳定性、精度、功耗、反应灵敏度等。特别是稳定性和精度（正常重复定位精度为<1um）是最重要的

在数控机床上检查机床探头质量的方法很简单：力测试。使用机器连续测量工件30000次，并比较报警次数和重复定位精度，以区分高低。报警次数为0，重复定位精度<3um（机床比较新）是优质产品。

二：探头在机械加工过程中的应用

批量零件加工工艺的应用——自动集中、自动对准、自动补偿

国内应用的机内测量是富士康主导的一些手机金属零件加工企业。许多苹果的合同厂商，主要是富士康，在加工手机的中边框和后边框时，在加工质量和效率方面遇到了严重的问题。事实上，它是产品对齐和居中。

按照传统方法，机床上一个夹具中多个产品的对准方法非常慢，精度由操作人员控制，难以控制。如果涉及定心，则在校准和补偿后必须中断程序并重新启动。当尺寸精度要求为0.05mm时，手机中框批量加工废品率达到50%，效率仅为1人2机。

为了解决废品高、效率低的问题，富士康推出了探针。通过探头自动对中、自动定心、自动补偿等功能，废品率直接降低到1%以下，加工工艺程序不中断，人员效率提高到一人8台机器。目前，探头广泛应用于批量零件加工，包括手机中框、背框等零件加工、手表零件加工、普通气缸加工、发动机气缸加工、铝轮毂加工等。

模具等小批量产品加工工艺的应用——加工后测量

对于传统的模具加工来说，工件的重新加载和重新对齐是一个难题。加工完成后，技术人员需要拆卸工件并在三坐标测量机上检查，如果有不合格的尺寸，则很难返工，返工质量很差，因为无法重新对准。机床测头可以完美地解决这个问题。操作员在拆卸机器之前必须测量机器上的关键尺寸，并且在关闭机器之前必须对任何不符合标准的尺寸进行返工。这种做法在业内通常称为加工后检查。

模具测试通常需要曲面，称为 3D 测量，这涉及高度复杂的算法，只有专业测量软件才能完成。总之，软件对于3D测量的产品质量与操作软件对于三坐标测量机一样重要。有关机上测量软件的介绍，请参阅第 4 节。

机上探头在数控车床加工中的应用 – 外圆、内圆、端部尺寸测量

目前，机床探头在数控车床加工中的机床测量应用很少。原因之一是传统切削刀具排和 4 位切削刀具塔的限制。换言之，切削刀具位置不足，安装占据切削刀具位置的探头后，情况变得更加受限。近5年来，随着多工位旋转刀塔的普及和应用，探头在数控车床中的应用明显增加。车床上的机床测量更多的是配合自动车床加工生产线使用，通过监测内圆、外圆和端面尺寸来做刀具的断裂检测和刀具磨损的自动补偿。车床探头的特点是形状应与刀具通用，易于夹紧。探头采用无线电传输技术。

三：数控刀具在加工过程中的应用

单向数控刀具在加工中心中的应用

单向数控刀具对刀机的应用已经非常普遍。单向数控刀具对刀机可以检查刀具长度，并可以进行自动补偿和断刀检测。单向工具机加工行业已经普及。或多或少安装在各个加工车间，基本上机械技术人员也知道如何使用。

单向数控刀具对刀机的技术原理非常简单，如下图所示。信号通过铜球和铜柱的打开和关闭传输，类似于开关。

单向数控刀具对刀机的原理很简单，但做起来并不容易。单向数控刀具对刀机的关键质量指标是稳定性、保护性、寿命和精度。一种测试方法涉及暴力测试，其中测试触发 50,000 个连续循环，以根据计数异常和重复定位的准确性评估质量。另一种方法是在 60° 冷却油中浸泡 48 小时。功能正常且电缆不硬化表示保护能力正常。

3D数控刀具在加工中心中的应用

3D数控对刀机和单向对刀机的区别在于，3D数控对刀机不仅可以测量刀具的长度，还可以测量刀具的直径。目前行业中的应用并不多。这与五向刀器比较贵有关。然而，自1990年以来，市场购买量显着增加。3D CNC刀具设置仪有电缆和无线模型，该行业主要应用有线模型。

车床数控刀具在车床和车铣复合中的应用

车床数控刀具对刀机具有很高的应用价值。许多客户表示有兴趣购买车床对刀机，但由于安装的复杂性和难度，他们往往放弃了这个想法。实施车床对刀机时面临的挑战主要集中在其支撑和安装过程中。这种复杂性源于支撑框架的设计和生产，缺乏标准化，并且因不同的车床型号而异。

安装支撑框架可能需要对车床底座进行改动，这对于寻求将车床对刀机集成到其操作中的最终客户来说是一个重大障碍。尽管存在这些挑战，车床制造商在车床对刀机的安装方面仍具有战略优势。通过集成自动刀具对刀器来增强机床的功能和性能，制造商可以追求一种经济高效的策略，只需最少的投资。

随着国内机床制造商逐渐引入车床对刀机，他们应该承认这种高性价比产品的商业意义。预计车床对刀机将很快迅速普及，并在行业中得到广泛应用。

四：机上测量应用软件

宏程序包软件

由于目前的数控系统功能强大，可以提供宏指令系统。以 SINUMERIK 880 CNC 系统为例。系统提供的参数编程和@代码使用户能够开发和编译各种固定循环程序（包括加工和测量循环程序等）。参数编程可以完成参数的定义、赋值、加法、减法、乘法和除法，而@代码可以完成函数运算、参数访问、参数比对、有条件和无条件程序跳转、逻辑判断和布尔运算、系统内存数据的输入输出、程序编辑等功能，完全可以满足用户编制测量定周期程序的需要。

探头或工具对接器制造商应根据实际需要准备一维或二维几何特征测量宏程序包。使用在线测量时，用户可以通过程序调用宏包中的标准指令，执行一维或部分二维在线测量。用户主要利用这种类型的测量进行自动对准、自动集中和一维测量。其**优势在于能够与处理程序集成，实现测量引导和加工自动化。目前，机床对刀仪的测量软件应用100%为宏程序，包括单向/五向/激光对刀仪。目前，98%以上的探头机上测量应用软件也是宏观程序。

UG插件式3D测量软件

UG Secondary 开发软件是开发人员利用 UG 的绘图读取和算法功能创建此插件软件的产品。这种软件开发并不难，任何有UG二次开发经验的人都可以做到。当然，与开发人员的水平相对应，软件在可操作性和功能上的差异还是很大的。

目前，国内机床探头厂家开发和使用该软件。国外探针品牌可能对二次开发缺乏兴趣。事实上，这个软件的性价比非常高。对于市场上绝大多数用户来说，该软件的功能可以满足要求，并具有价格实惠的优势。这种软件有两个主要缺点。一是客户必须拥有UG软件，这应该是很多客户最不喜欢的。2、部分测量功能，如4轴/5轴联动测量，无法实现。

独立的3D测量软件

1、独立的机上测量软件与三坐标测量软件非常相似。它是一款真正强大的三维机载测量软件。这类软件有1个。较强的CAD数据读取能力。能够读取各种数据格式的 3D CAD 模型数据。可以快速读取大数据模型。
2.智能离线编程功能，完整的仿真功能。
3、可模拟完整的机床环境和探针系统。
4.全面的检测能力。它包括各种几何特征检测、几何公差检测、自由曲面检测、边缘检测、截面检测、4轴和5轴联动检测等。

这种软件的开发是困难的。国外品牌探头自主研发使用测量软件。当然，价格比插件软件贵得多。只有国产探头品牌东方启度自主研发了在线测量软件。对于加工复杂曲面或4轴以上联动加工的机床用户来说，独立的测量软件是机床测量的首选应用。