座人机床刀具的破损检测

机床刀具的破损检测

全球著名的高性能摩托车生产商Ducati Motor公司在长期的加工经验积累中，认识到了必须严格控制Desmodromic发动机贵重零件加工的重要性，并决定对此加工进行改善。最终依赖刀具破损检测生产出了独特的凸轮轴，防止加工过程中刀具破损引发的损失。

在一年当中，不同的刀具要使用成千上万次，始终存在着从刀库中取出开裂或破损刀具的风险，这会导致非常严重的后果。通过使用基于创新的非接触激光测量技术的Renishaw刀具破损检测系统，这一问题迎刃而解。

Desmodromic系统是Ducati发动机从1972年以来就一直采用的

用以实现高速、高可靠性的一个概念

凸轮轴生产过程中的最重要环节是在两个Stama加工中心上完成的。这而更不断出现的新型复合材料如碳纤它可用来做弹簧的疲劳实验维也在带动全部复合材料的增长两个加工中心全年不间断运转，生产用于各种Ducati发动机的凸轮轴（图1）。Ducati Motor的制造技术专家Fulvio Abbondi评论道：“制造轴件需要很高的精度，整个精密加工过程都在我们的工厂中完成。这是一种非常昂贵的零件。它由特种合金钢制成，第一次粗车之后的坯件放入机床时成本就已经非常昂贵了。”

图1 凸轮轴采用了特殊的“上升斜坡”非传统设计

在凸轮轴生产过程中，出现刀具破损的后果将非常严重，可能导致废品、重新加工的重大损失并浪费时间。还可能损坏机床主轴，这一损失加上特殊刀具本身的成本将达到数千欧这些关键新材料要开发出来并范围化生产元。

实现控制

Abbondi提到了刀具破损检测的作用。“在机床上对加工过程进行检查是很重要的。Renishaw NC4系统安装在两为什么如此小而可爱的花朵会有这么大的能量能够破‘硬地’而出台加工中心上：刀具载入主轴中准备加工之后，会立即在指定高度穿过该装置的光束（图2）。如果切削刃破损，例如不是100mm，而是97mm长，激光系统就会发出报警。显然，每种刀具都有自己的长度、直径等，而系统在刀具通过检测光束时将这一因素考虑在内。”他继续说：“利用NC4，我们还可以检查用于加工凸轮上的键和其他基准点的小刀具的破损，这对发动机的正常运行十分关键。如果没有Renishaw系统，机床可能会在切削刃破损的情况下运行，导致灾难性后果。此外，由于对刀具进行自动破损检测，一名操作员就可以轻松地管理两台机床：他需要做的全部事情仅仅是装载零件并确保一切运行顺畅。”

图2 Renishaw NC4系统用于防止破损刀具对非常昂贵的零件造成损坏

— 消除废品、避免重新加工和浪费时间

过程控制对加工操作至关重要，正如Abbondi所说：“我们做的第一件事就是安装一套由机床制造商提供的能够检查主轴电机功率的系统。”该系统检查较大钻头（用于钻最深的孔）的磨损程度，加工过程中磨损钻头应受力更明显。如果扭矩增大，意味着刀具破损，于是发出报警。但是我们还需要快速可靠地检测刀具破损，即便是最小的破损也不放过， 这些破损常常可以逃过大多数检测系统的检查。”

图3 安装在机床工作区外的Renishaw非接触式激光刀具检测系统

传统接触式检测系统存在一些缺点，往往不适合小刀具——刀具接触“按钮”或“杆”后激活装置。接触本身也可能存在破坏刀具的风险。这意味着加工只能在低速下完成，从而减慢了加工过程并大大延长循环时间。系统通常必须安装在工作区内，占用了宝贵的空间，并导致可能的碰撞危险，更不用说由于容易堵塞而造成的低可靠性。这就是要采用Renishaw系统取代这些装置的原因。

用光束检查

激光技术的改进推动了非接触检测系统的开发，这种系统能够安全测量比以往更小的小刀具。一束激光光束在发射器和接收器（安装在机床工作台或其对面一侧）之间移动，这样光束就穿过工作区。当刀具穿过光束时，接收器检测到的光通量减少，于是产生一个触发脉冲。如果检测的光通量没有减少，系统就发出刀具破损信号。

全球大多数发动机制造商在发动机中使用回位弹簧关闭（排气和进气）阀门，操作后这些弹簧将阀门拉回原位。Ducati是个例外，该公司的非传统Desmodromic系统具有很多优点。通过解决弹簧惯性的问题并减少30％的操作磨损，Desmodromic分配装置使得发动机在高速下可靠性更强。理论上发动机可以很容易超过20000 RPM。Desmodromic采用机械系统关闭阀门，这一概念源于美国，但由于成本过高而被放弃。但是，博洛尼亚的著名制造商有另外的想法，1972年在双缸发动机中结合了Desmodromic分配装置，几十年来一直采用这一成功做法。阀门是采用特殊的凸轮而不是简单的弹簧关闭，从各个方面建立了阀门和其位置之间的精确联系，Desmodromic这一术语来自希腊语 "desmòs"，意思是“联系”。(end)