數(shù)控車床前對(duì)刀原理及對(duì)刀方法
發(fā)布日期:2011-11-25 蘭生客服中心 瀏覽:2506
對(duì)刀是數(shù)控加工中的主要操作和重要技能。在一定條件下,對(duì)刀的精度可以決定零件的加工精度,同時(shí),對(duì)刀效率還直接影響數(shù)控加工效率。
僅僅知道對(duì)刀方法是不夠的,還要知道數(shù)控系統(tǒng)的各種對(duì)刀設(shè)置方式,以及這些方式在加工程序中的調(diào)用方法,同時(shí)要知道各種對(duì)刀方式的優(yōu)缺點(diǎn)、使用條件(下面的論述是以FANUC OiMate數(shù)控系統(tǒng)為例)等。 1 為什么要對(duì)刀
一般來說,零件的數(shù)控加工編程和上機(jī)床加工是分開進(jìn)行的。數(shù)控編程員根據(jù)零件的設(shè)計(jì)圖紙,選定一個(gè)方便編程的坐標(biāo)系及其原點(diǎn),我們稱之為程序坐標(biāo)系和程序原點(diǎn)。程序原點(diǎn)一般與零件的工藝基準(zhǔn)或設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合,因此又稱作工件原點(diǎn)。
數(shù)控車床通電后,須進(jìn)行回零(參考點(diǎn))操作,其目的是建立數(shù)控車床進(jìn)行位置測(cè)量、控制、顯示的統(tǒng)一基準(zhǔn),該點(diǎn)就是所謂的機(jī)床原點(diǎn),它的位置由機(jī)床位置傳感器決定。由于機(jī)床回零后,刀具(刀尖)的位置距離機(jī)床原點(diǎn)是固定不變的,因此,為便于對(duì)刀和加工,可將機(jī)床回零后刀尖的位置看作機(jī)床原點(diǎn)。
在圖1中,O是程序原點(diǎn),O'是機(jī)床回零后以刀尖位置為參照的機(jī)床原點(diǎn)。
編程員按程序坐標(biāo)系中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)編制刀具(刀尖)的運(yùn)行軌跡。由于刀尖的初始位置(機(jī)床原點(diǎn))與程序原點(diǎn)存在X向偏移距離和Z向偏移距離,使得實(shí)際的刀尖位置與程序指令的位置有同樣的偏移距離,因此,須將該距離測(cè)量出來并設(shè)置進(jìn)數(shù)控系統(tǒng),使系統(tǒng)據(jù)此調(diào)整刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡。
所謂對(duì)刀,其實(shí)質(zhì)就是側(cè)量程序原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的偏移距離并設(shè)置程序原點(diǎn)在以刀尖為參照的機(jī)床坐標(biāo)系里的坐標(biāo)。 2 試切對(duì)刀原理
對(duì)刀的方法有很多種,按對(duì)刀的精度可分為粗略對(duì)刀和精確對(duì)刀;按是否采用對(duì)刀儀可分為手動(dòng)對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀;按是否采用基準(zhǔn)刀,又可分為絕對(duì)對(duì)刀和相對(duì)對(duì)刀等。但無論采用哪種對(duì)刀方式,都離不開試切對(duì)刀,試切對(duì)刀是最根本的對(duì)刀方法。
以圖2為例,試切對(duì)刀步驟如下:
①在手動(dòng)操作方式下,用所選刀具在加工余量范圍內(nèi)試切工件外圓,記下此時(shí)顯示屏中的X坐標(biāo)值,記為Xa。(注意:數(shù)控車床顯示和編程的X坐標(biāo)一般為直徑值)。
②將刀具沿+Z方向退回到工件端面余量處一點(diǎn)(假定為α點(diǎn))切削端面,記錄此時(shí)顯示屏中的Z坐標(biāo)值,記為Za。
③測(cè)量試切后的工件外圓直徑,記為φ。
如果程序原點(diǎn)O設(shè)在工件端面(一般必須是已經(jīng)精加工完畢的端面)與回轉(zhuǎn)中心的交點(diǎn),則程序原點(diǎn)O在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為
Xo=Xa-φ(1)
Zo=Za
注意:公式中的坐標(biāo)值均為負(fù)值。將Xo、Zo設(shè)置 進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)即完成對(duì)刀設(shè)置。3 程序原點(diǎn)(工件原點(diǎn))的設(shè)置方式
在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中,有以下幾種設(shè)置程序原點(diǎn)的方式:①設(shè)置刀具偏移量補(bǔ)償;②用G50設(shè)置刀具起點(diǎn);③用G54~G59設(shè)置程序原點(diǎn);④用“工件移”設(shè)置程序原點(diǎn)。
程序原點(diǎn)設(shè)置是對(duì)刀不可缺少的組成部分。每種設(shè)置方法有不同的編程使用方式、不同的應(yīng)用條件和不同的工作效率。各種設(shè)置方式可以組合使用。
(1)設(shè)置刀具偏移量補(bǔ)償車床的刀具補(bǔ)償包括刀具的“磨損量”補(bǔ)償參數(shù)和“形狀”補(bǔ)償參數(shù),兩者之和構(gòu)成車刀偏移量補(bǔ)償參數(shù)。試切對(duì)刀獲得的偏移一般設(shè)置在“形狀”補(bǔ)償參數(shù)中。
試切對(duì)刀并設(shè)置刀偏步驟如下: ①用外圓車刀試車-外圓,沿+Z軸退出并保持X坐標(biāo)不變。
②測(cè)量外圓直徑,記為φ。
③按“OFSET SET”(偏移設(shè)置)鍵→進(jìn)入“形狀”補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定界面→將光標(biāo)移到與刀位號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置后,輸人Xφ(注意:此處的φ代表直徑值,而不是一符號(hào),以下同),按“測(cè)量”鍵,系統(tǒng)自動(dòng)按公式(1)計(jì)算出X方向刀具偏移量(如圖3所示)。
注意:也可在對(duì)應(yīng)位置處直接輸人經(jīng)計(jì)算或從顯示屏得到的數(shù)值,按“輸人”鍵設(shè)置。④用外圓車刀試車工件端面,沿+X軸退出并保持Z坐標(biāo)不變。
⑤按“OFSET SET”鍵→進(jìn)人“形狀”補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定界面→將光標(biāo)移到與刀位號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置后,輸人Zo,按“測(cè)量”鍵,系統(tǒng)自動(dòng)按公式(1)計(jì)算出Z方向刀具偏移量。同樣也可以自行“輸入”偏移量。
⑥設(shè)置的刀具偏移量在數(shù)控程序中用T代碼調(diào)用。
這種方式具有易懂、操作簡單、編程與對(duì)刀可以完全分開進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),在各種組合設(shè)置方式中都會(huì)用到刀偏設(shè)置,因此在對(duì)刀中應(yīng)用最為普遍。
(2)用G50設(shè)置刀具起點(diǎn)
①用外圓車刀試車一段外圓,沿+Z軸退至端面余量內(nèi)的一點(diǎn)(假定為a點(diǎn))。
②測(cè)量外圓直徑,記為φ。
③選擇“MDI”(手動(dòng)指令輸入)模式,輸人GO1 U一φF0. 3,切端面到中心(程序原點(diǎn))。
④選擇“MDI”模式,輸人G50 X0 ZO,按“啟動(dòng)”按鈕。把刀尖當(dāng)前位置設(shè)為機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(0,0),此時(shí)程序原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)重合。
⑤選擇“MDI”模式,輸入GO X150 2200,使刀尖移動(dòng)到起刀點(diǎn)。該點(diǎn)為刀具離開工件、便于換刀的任意位置,此處假設(shè)為b點(diǎn),坐標(biāo)為(1.50、200)。
⑥加工程序的開頭必須是G50 X150 2200,即把刀尖所在位置設(shè)為機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)(150,200)。此時(shí)刀尖的程序坐標(biāo)(150,200)與刀尖的機(jī)床坐標(biāo)(150,200)在同一位置,程序原點(diǎn)仍與機(jī)床原點(diǎn)重合。
⑦當(dāng)用G50 X150 2200設(shè)置刀具起點(diǎn)坐標(biāo)時(shí),基準(zhǔn)刀程序起點(diǎn)位置和終點(diǎn)位置必須相同,即在程序結(jié)束前,需用指令GO X150 2200使基準(zhǔn)刀具回到同一點(diǎn),才能保證重復(fù)加工不亂刀。
⑧若用第二參考點(diǎn)G30,并在數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)里將第二參考點(diǎn)設(shè)為起刀點(diǎn)位置,能保證重復(fù)加工不亂刀,此時(shí)程序開頭為:G30 UO WO; G50 X150 Z200。
⑨若不用上述③、④、⑤步驟中的GO1 U~φF0.3、G50 XO ZO.GO X150 2200指令來獲得起刀點(diǎn)位置,也可用下述公式計(jì)算指定起刀點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系(顯示屏)中的坐標(biāo):
Xb=Xa-φ+150(2)
Zb=Za+200
然后用點(diǎn)動(dòng)或脈沖操作,使刀尖移動(dòng)到(Xb,Zb)位置。
注意:運(yùn)行程序前要先將基準(zhǔn)刀移到設(shè)定的位置。
在用G50設(shè)置刀具的起點(diǎn)時(shí),一般要將該刀的刀偏值設(shè)為零。
此方式的缺點(diǎn)是起刀點(diǎn)位置要在加工程序中設(shè)置,且操作較為復(fù)雜。但它提供了用手工精確調(diào)整起刀點(diǎn)的操作方式,有的人對(duì)此比較喜歡。
(3)用G54~G59設(shè)置程序原點(diǎn)
①試切和測(cè)量步驟同前述一樣。
②按“OFSET SET”鍵,進(jìn)人“坐標(biāo)系”設(shè)置,移動(dòng)光標(biāo)到相應(yīng)位置,輸入程序原點(diǎn)的坐標(biāo)值,按“測(cè)量”或“輸入”鍵進(jìn)行設(shè)置。如圖4所示。
③在加工程序里調(diào)用,例如:G55 X100 Z5...。G54為默認(rèn)調(diào)用。
注意:若設(shè)置和使用了刀偏補(bǔ)償,最好將G54~G59的各個(gè)參數(shù)設(shè)為0,以免重復(fù)出錯(cuò)。對(duì)于多刀加工,可將基準(zhǔn)刀的偏移值設(shè)置在G54~G59的其中之一,將基準(zhǔn)刀的刀偏補(bǔ)償設(shè)為零,而將其它刀的刀偏補(bǔ)償設(shè)為其相對(duì)于基準(zhǔn)刀的偏移量。
這種方式適用于批量生產(chǎn)且工件在卡盤上有固定裝夾位置的加工。銑削加工用得較多。
執(zhí)行G54~G59指令相當(dāng)于將機(jī)床原點(diǎn)移到程序原點(diǎn)。
(4)用“工件移”設(shè)置程序原點(diǎn)
①通過試切工件外圓、端面,測(cè)量直徑,根據(jù)公式(1)計(jì)算出程序原點(diǎn)(工件原點(diǎn))的X坐標(biāo),記錄顯示屏顯示的原點(diǎn)Z坐標(biāo)。
②按“OFSET SET”鍵,進(jìn)入“工件移”設(shè)置,將光標(biāo)移到對(duì)應(yīng)位置,分別輸入得到的X. Z坐標(biāo)值,按機(jī)床MDI鍵盤上的“INPUT”鍵進(jìn)行設(shè)置。如圖5所示。
③使X、Z軸回機(jī)床原點(diǎn)(參考點(diǎn)),建立程序原點(diǎn)坐標(biāo)。
“工件移”設(shè)置亦相當(dāng)于將機(jī)床原點(diǎn)移到程序原點(diǎn)(工件原點(diǎn))。對(duì)于單刀加工,如果設(shè)置了“工件移”,最好將其刀偏補(bǔ)償設(shè)為0,以防重復(fù)出錯(cuò);對(duì)于多刀加工,“工件移”中的數(shù)值為基準(zhǔn)刀的偏移值,將其它刀具相對(duì)于基準(zhǔn)刀的偏移值設(shè)置在相應(yīng)的刀偏補(bǔ)償中。4 多刀對(duì)刀
FANUC數(shù)控系統(tǒng)多刀對(duì)刀的組合設(shè)置方式有:①絕對(duì)對(duì)刀;②基準(zhǔn)刀G50+相對(duì)刀偏;③基準(zhǔn)刀“工件移”+相對(duì)刀偏;④基準(zhǔn)刀G54~G59+相對(duì)刀偏。
(1)絕對(duì)對(duì)刀所謂絕對(duì)對(duì)刀即是用每把刀在加工余量范圍內(nèi)進(jìn)行試切對(duì)刀,將得到的偏移值設(shè)置在相應(yīng)刀號(hào)的偏置補(bǔ)償中。這種方式思路清晰,操作簡單,各個(gè)偏移值不互相關(guān)聯(lián),因而調(diào)整起來也相對(duì)簡單,所以在實(shí)際加工中得到廣泛應(yīng)用。
(2)相對(duì)對(duì)刀所謂相對(duì)對(duì)刀即是選定一把基準(zhǔn)刀,用基準(zhǔn)刀進(jìn)行試切對(duì)刀,將基準(zhǔn)刀的偏移用G50,“工件移”或G54~G59來設(shè)置,將基準(zhǔn)刀的刀偏補(bǔ)償設(shè)為零,而將其它刀具相對(duì)于基準(zhǔn)刀的偏移值設(shè)置在各自的刀偏補(bǔ)償中。
下面以圖2所示為例,介紹如何獲得其它刀相對(duì)基準(zhǔn)刀的刀偏值。
①當(dāng)用基準(zhǔn)刀試切完外圓,沿Z軸退到a點(diǎn)時(shí),按顯示器下方的“相對(duì)”軟鍵,使顯示屏顯示機(jī)床運(yùn)動(dòng)的相對(duì)坐標(biāo)。
②選擇“MDI”方式,按"SHIFT"換檔鍵,按"XU"選擇U,這時(shí)U坐標(biāo)在閃爍,按“ORIGIN”置零,如圖6所示。同樣將w坐標(biāo)置零。
③換其它刀,將刀尖對(duì)準(zhǔn)a點(diǎn),顯示屏上的U坐標(biāo)、W坐標(biāo)即為該刀相對(duì)于基準(zhǔn)刀的刀偏值。此外,還可用對(duì)刃儀測(cè)定相對(duì)刀偏值。5 精確對(duì)刀
從理論上說,上述通過試切、測(cè)量、計(jì)算;得到的對(duì)刀數(shù)據(jù)應(yīng)是準(zhǔn)確的,但實(shí)際上由于機(jī)床的定位精度、重復(fù)精度、操作方式等多種因素的影響,使得手動(dòng)試切對(duì)刀的對(duì)刃精度是有限的,因此還須精確對(duì)刀。
所謂精確對(duì)刀,就是在零件加工余量范圍內(nèi)設(shè)計(jì)簡單的自動(dòng)試切程序,通過“自動(dòng)試切→測(cè)量→誤差補(bǔ)償”的思路,反復(fù)修調(diào)偏移量、或基準(zhǔn)刀的程序起點(diǎn)位置和非基準(zhǔn)刀的力偏置,使程序加工指令值與實(shí)際測(cè)量值的誤差達(dá)到精度要求。由于保證基準(zhǔn)刀程序起點(diǎn)處于精確位置是得到準(zhǔn)確的非基準(zhǔn)刀刀偏置的前提,因此一般修正了前者后再修正后者。
精確對(duì)刀偏移量的修正公式為:
記:δ=理論值(程序指令值)-實(shí)際值(測(cè)量值),則
xo2=xo1 +δx(3)
Zo2=Zo1-δZ
注意:δ值有正負(fù)號(hào)。
例如:用指令試切一直徑40、長度為50的圓柱,如果測(cè)得的直徑和長度分別為040.25和49.85,則該刀具在X、Z向的偏移坐標(biāo)分別要加上-0.25和-0.15,當(dāng)然也可以保持原刀偏值不變,而將誤差加到磨損欄。6 結(jié)束語
筆者設(shè)計(jì)了一段多刀加工程序,在FANUC Oi數(shù)控車削系統(tǒng)上驗(yàn)證了上述幾種組合對(duì)刀設(shè)置方式,取得了相同的效果。對(duì)其它數(shù)控系統(tǒng)也具有一定推廣價(jià)值。
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