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你知道怎么對(duì)刀嗎?對(duì)刀視頻詳解數(shù)控機(jī)床“對(duì)刀”原理解析及應(yīng)用
大家對(duì)數(shù)控機(jī)床中的“對(duì)刀”方法與操作早已“熟知”,然而,對(duì)其蘊(yùn)含的“對(duì)刀基本原理”卻很少有人“深究”,本人結(jié)合自己多年數(shù)控機(jī)床操作與維修的經(jīng)驗(yàn),你知道怎么對(duì)刀嗎?對(duì)刀儀視頻詳解數(shù)控機(jī)床“對(duì)刀”原理解析及應(yīng)用,100唯爾教育網(wǎng)小編就關(guān)于數(shù)控機(jī)床“對(duì)刀”的一些基本原理和應(yīng)用,和讀者作一些探討交流。
一、相關(guān)對(duì)刀的一些數(shù)控機(jī)床概念
在我們進(jìn)行闡述原理之前先介紹幾個(gè)基本概念術(shù)語(yǔ),這些都和“對(duì)刀”相關(guān),了解了這些概念之后,有助于我們對(duì)“對(duì)刀”原理更深層次的理解。
1.機(jī)床參考點(diǎn):機(jī)床中的一固定點(diǎn),是用來(lái)建立機(jī)床坐標(biāo)系的基準(zhǔn),由機(jī)床生產(chǎn)廠家確定,對(duì)于采用非記憶型編碼器的機(jī)床開(kāi)機(jī)后通常要執(zhí)行“回參考點(diǎn)”工作。
2.機(jī)床坐標(biāo)系:由機(jī)床生產(chǎn)廠家確定,對(duì)于“有擋塊”的非“絕對(duì)編碼器”的機(jī)床而言,通常是通過(guò)回“參考點(diǎn)”之后進(jìn)行確立,是機(jī)床確立自身部件的依據(jù),在加工的過(guò)程中,其他坐標(biāo)系都要通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部邏輯“換算關(guān)系”轉(zhuǎn)換成“機(jī)床坐標(biāo)系”,即機(jī)床坐標(biāo)系是數(shù)控系統(tǒng)唯一能夠“識(shí)別”的坐標(biāo)系。
3.機(jī)床原點(diǎn):即機(jī)床坐標(biāo)系的零點(diǎn),機(jī)床坐標(biāo)系建立之后“零點(diǎn)” ( 即“機(jī)床原點(diǎn)”) 隨之確立,它可以和機(jī)床參考點(diǎn)重合一致( 即機(jī)床原點(diǎn)與機(jī)床參考點(diǎn)是同一點(diǎn)) ,也可以不一致,一般是可以通過(guò)數(shù)控機(jī)床“系統(tǒng)參數(shù)”進(jìn)行設(shè)置確定。
4.工件坐標(biāo)系: 是由編程人員確定,是編程坐標(biāo)系,主要是考慮編程、加工及裝夾等方便而進(jìn)行設(shè)置,是編制程序時(shí)的基準(zhǔn)。
5.對(duì)刀點(diǎn)::進(jìn)行“對(duì)刀”操作時(shí)的參考基準(zhǔn)點(diǎn),是指程序起點(diǎn)處刀具刀位點(diǎn);通常是以刀具的加工切削點(diǎn)( 一般是以刀具的刀尖) 為基準(zhǔn),通過(guò)對(duì)“對(duì)刀點(diǎn)”的操作與識(shí)別,使數(shù)控系統(tǒng)建立起機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系之間的聯(lián)系。對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)置在零件、夾具上或機(jī)床上面,盡可能設(shè)在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上;
6.刀位點(diǎn):刀位點(diǎn)是刀具上的一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),刀位點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡即加工路線,也稱(chēng)編程軌跡。圓柱銑刀的刀位點(diǎn)是刀具中心線與刀具底面的交點(diǎn);球頭銑刀的刀位點(diǎn)是球頭的球心點(diǎn);車(chē)刀的刀位點(diǎn)是刀尖或刀尖圓弧中心;鉆頭的刀位點(diǎn)是鉆頭頂點(diǎn);立銑刀、端銑刀的刀位點(diǎn)是刀具軸線與刀具底面的交點(diǎn);球頭銑刀刀位點(diǎn)為球心;鏜刀、車(chē)刀刀位點(diǎn)為刀尖或刀尖圓弧中心;鉆頭是鉆尖或鉆頭底面中心;線切割的刀位點(diǎn)則是線電極的軸心與零件面的交點(diǎn)。
各類(lèi)數(shù)控機(jī)床的對(duì)刀方法是不完全一樣的。
7.換刀點(diǎn):則是指加工過(guò)程中需要換刀時(shí)刀具的相對(duì)位置點(diǎn)。也可以理解為換刀時(shí)的刀位點(diǎn)。換刀點(diǎn)往往設(shè)在工件的外部,以能順利換刀、不碰撞工件及其其它部件為準(zhǔn)。
二、“對(duì)刀”概念及作用
1.對(duì)刀和對(duì)刀點(diǎn)
對(duì)刀是指操作員在啟動(dòng)數(shù)控程序之前,通過(guò)一定的測(cè)量手段,使刀位點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)重合??梢杂脤?duì)刀儀對(duì)刀,其操作比較簡(jiǎn)單,測(cè)量數(shù)據(jù)也比較準(zhǔn)確。還可以在數(shù)控機(jī)床上定位好夾具和安裝好零件之后,使用量塊、塞尺、千分表等,利用數(shù)控機(jī)床上的坐標(biāo)對(duì)刀。對(duì)于操作者來(lái)說(shuō),確定對(duì)刀點(diǎn)將是非常重要的,會(huì)直接影響零件的加工精度和程序控制的準(zhǔn)確性。在批生產(chǎn)過(guò)程中,更要考慮到對(duì)刀點(diǎn)的重復(fù)精度,操作者有必要加深對(duì)數(shù)控設(shè)備的了解,掌握更多的對(duì)刀技巧
編程人員采用的是“工件坐標(biāo)系”,而數(shù)控機(jī)床所能夠識(shí)別的是“機(jī)床坐標(biāo)系”,如何讓數(shù)控系統(tǒng)能夠“明知”用戶(hù)建立的工件坐標(biāo)系在“何處”,這就需要進(jìn)行“對(duì)刀”操作,即“確立工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置”,進(jìn)行“對(duì)刀”操作完畢之后,對(duì)刀點(diǎn)的移動(dòng)軌跡應(yīng)是編程人員指定工件坐標(biāo)系中規(guī)定的移動(dòng)路線軌跡。因此,“對(duì)刀”操作實(shí)際上是建立起了機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系之間的聯(lián)系,從而使它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。即
工件裝夾方式在機(jī)床確定后,通過(guò)確定工件原點(diǎn)來(lái)確定了工件坐標(biāo)系,加工程序中的各運(yùn)動(dòng)軸代碼控制刀具作相對(duì)位移。例如:某程序開(kāi)始第一個(gè)程序段為N0010 G90 G00 X100 Z20 ,是指刀具快速移動(dòng)到工件坐標(biāo)下 X=100mm Z=20mm處。究竟刀具從什么位置開(kāi)始移動(dòng)到上述位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開(kāi)始,必須確定刀具在工件坐標(biāo)系下開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的位置,這一位置即為程序執(zhí)行時(shí)刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),所以稱(chēng)程序起始點(diǎn)或起刀點(diǎn)。此起始點(diǎn)一般通過(guò)對(duì)刀來(lái)確定,所以,該點(diǎn)又稱(chēng)對(duì)刀點(diǎn)。
在編制程序時(shí),要正確選擇對(duì)刀點(diǎn)的位置。對(duì)刀點(diǎn)設(shè)置原則是:
1)便于數(shù)值處理和簡(jiǎn)化程序編制。
2)易于找正并在加工過(guò)程中便于檢查。
3)引起的加工誤差小。
對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)置在加工零件上,也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上,為了提高零件的加工精度,對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。例:以外圓或孔定位零件,可以取外圓或孔的中心與端面的交點(diǎn)作為對(duì)刀點(diǎn)。
實(shí)際操作機(jī)床時(shí),可通過(guò)手工對(duì)刀操作把刀具的刀位點(diǎn)放到對(duì)刀點(diǎn)上,即“刀位點(diǎn)”與“對(duì)刀點(diǎn)”的重合。所謂“刀位點(diǎn)”是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn),車(chē)刀的刀位點(diǎn)為刀尖或刀尖圓弧中心;平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點(diǎn);球頭銑刀是球頭的球心,鉆頭是鉆尖等。用手動(dòng)對(duì)刀操作,對(duì)刀精度較低,且效率低。而有些工廠采用光學(xué)對(duì)刀鏡、對(duì)刀儀、自動(dòng)對(duì)刀裝置等,以減少對(duì)刀時(shí)間,提高對(duì)刀精度。
加工過(guò)程中需要換刀時(shí),應(yīng)規(guī)定換刀點(diǎn)。所謂“換刀點(diǎn)”是指刀架轉(zhuǎn)動(dòng)換刀時(shí)的位置,換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部,以換刀時(shí)不碰工件及其它部件為準(zhǔn)。
三、對(duì)刀原理
由以上論述得知,“對(duì)刀”的最終任務(wù)是: 確立工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置,即確立二者之間的關(guān)系。為了闡述方便,繪制了圖1 進(jìn)行說(shuō)明。
設(shè)定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系為如圖1所示,工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)( X',Z') 值為( Δa,Δb) ,則工件坐標(biāo)系中的任一點(diǎn)A ( X,Z) 轉(zhuǎn)換成機(jī)床坐標(biāo)系中的值為:工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值與原點(diǎn)偏移值的代數(shù)和,即
因此,如果能夠確定了工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的偏移值( Δa,Δb) ,則程序中工件坐標(biāo)系的值便可順利得轉(zhuǎn)換成機(jī)床坐標(biāo)系的值,能夠被數(shù)控系統(tǒng)所識(shí)別。所以,數(shù)控系統(tǒng)也正是事先通過(guò)“對(duì)刀”操作,獲取并記錄“工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的偏移值( Δa,Δb) ”,然后再根據(jù)式( 1) 計(jì)算出機(jī)床坐標(biāo)系的值,這正是“對(duì)刀原理”。
下面以華中世紀(jì)星數(shù)控車(chē)床為例,通過(guò)不同的“對(duì)刀方法”,分析數(shù)控系統(tǒng)是如何獲取偏移值( Δa,Δb) 進(jìn)行“對(duì)刀”的。
(1) 試切對(duì)刀。設(shè)工件坐標(biāo)系的建立如圖2 所示,X 軸在工件的右端面,Z 軸在主軸的中心線上,則“對(duì)刀”步驟為:
①Z 向?qū)Φ? 手動(dòng)模式→試切工件端面→Z 方向不動(dòng),沿X 方向退出→MDI F4→刀偏表F2,出現(xiàn)圖3 操作界面,按開(kāi)始鍵將光標(biāo)移至“試切長(zhǎng)度”→輸入Z 方向工件坐標(biāo)系的值( 因?yàn)榇藭r(shí)工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)建立在工件的右端面,Z 向坐標(biāo)值為0,即輸入0 即可; 如果不是在右端面,輸入相應(yīng)的坐標(biāo)值即可。) →按回車(chē)→系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出“Z 偏置”值( 工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的Z 向坐標(biāo)值) ,該刀Z 方向?qū)Φ锻戤叀?/span>
②X 向?qū)Φ? 試切外圓→X 方向不動(dòng),沿Z 方向退出→測(cè)量出工件直徑a ( 即X 向的工件坐標(biāo)系的值,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出半徑值) →MDI F4→刀偏表F2,出現(xiàn)圖3 操作界面,按開(kāi)始鍵將光標(biāo)移至“試切直徑”→輸入測(cè)量的直徑a→回車(chē)→系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出“X 偏置”值( 工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的X 向坐標(biāo)值) ,該刀X 方向?qū)Φ锻戤叀?/span>
“試切對(duì)刀”的操作過(guò)程原理是: 機(jī)床回參考點(diǎn)后,系統(tǒng)能夠自動(dòng)確立當(dāng)前“對(duì)刀點(diǎn)”A ( X,Z)的機(jī)床坐標(biāo)值→操作人員測(cè)量工件坐標(biāo)系的值( X,Z) 輸入數(shù)控系統(tǒng)→數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)二者的關(guān)系計(jì)算出偏移值( Δa,Δb) →確定工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置→建立起二者之間的聯(lián)系
在程序加工過(guò)程中系統(tǒng)根據(jù)式(1) 將工件坐標(biāo)系的值換算成機(jī)床坐標(biāo)系的值。其中X'、Z' 為對(duì)刀點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)值,X測(cè)、Z測(cè)值為對(duì)刀過(guò)程中的測(cè)量( 工件坐標(biāo)系) 值,在測(cè)量過(guò)程中X測(cè)為直徑值的一半( 在直徑編程方式下輸入直徑值,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行取半) ,Z測(cè)為試切長(zhǎng)度。
(2) G92 指令建立。另外一種“對(duì)刀”方法是用指令G92,在程序中直接指定進(jìn)行建立,格式為G92 X----,Z----,即建立起的坐標(biāo)系使當(dāng)前“對(duì)刀點(diǎn)”的坐標(biāo)值為指令中指定的值,如圖4 所示: 當(dāng)?shù)毒摺皩?duì)刀點(diǎn)”走到A 點(diǎn)時(shí),用指令“G92 X60,Z50”是確定了當(dāng)前“對(duì)刀點(diǎn)”的坐標(biāo)值是工件坐標(biāo)系中X60、Z50 的位置,也就是分別距離當(dāng)前對(duì)刀點(diǎn)“逆向”X 向60、Z 向50 的位置為工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。假如當(dāng)前點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)系中的值為X' = 150,Z' = - 200,則工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的實(shí)際位置是X' = 90,Z' = - 250 ( 注: 為說(shuō)明方便,X 向假設(shè)為半徑編程方式,直徑編程時(shí)原理相同,數(shù)值直接乘以2 即可) 。
此種方法也是系統(tǒng)已知機(jī)床坐標(biāo)值,工件坐標(biāo)系的值由G92 程序指令中指定( 不像“試切對(duì)刀”需要進(jìn)行測(cè)量) ,根據(jù)式( 2) 系統(tǒng)很方便的計(jì)算出偏移值( Δa、Δb) ,完成“對(duì)刀”。
(3) 指定原點(diǎn)。第三種方法是: 用戶(hù)如果能夠確立工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系,則可以直接在“對(duì)刀”操作界面圖3 “X 偏置”、“Z 偏置”欄中輸入工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的偏移值,這實(shí)際上是直接“告知”了系統(tǒng)“工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置”,從而確立了二者之間的聯(lián)系。
四、數(shù)控對(duì)刀應(yīng)用意義
(1) 只要“對(duì)刀點(diǎn)”位置未改變( 即保證刀具裝夾方式未改變,暫不考慮刀具磨損) ,工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)位置未改變,多次重復(fù)加工時(shí)勿需重新“對(duì)刀”。
在實(shí)際批量生產(chǎn)中,刀具裝夾合適后,就不會(huì)隨意更換,如果不考慮刀具本身磨損,則可以保證“對(duì)刀點(diǎn)”不變,所以唯一可能改變的是工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)位置。在數(shù)控車(chē)床中,建立的工件坐標(biāo)系Z 軸一般與主軸中心重合( 臥式車(chē)床) ,其精度可用三爪卡盤(pán)準(zhǔn)確定位進(jìn)行保證,所以工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)X 向不會(huì)改變,而可能改變的是Z向,因?yàn)橥瑯邮菍⒐ぜ鴺?biāo)系的原點(diǎn)建立在工件的“右端面”,但由于工件裝夾時(shí)毛坯料伸出的長(zhǎng)短不一致,可能導(dǎo)致“原點(diǎn)偏移”,此時(shí)如果不重新“對(duì)刀”則會(huì)造成多次加工的工件不一致。因此,為了保證Z 向“伸出材料長(zhǎng)度”一致,避免“重新對(duì)刀”,通常的做法是: 首先,裝夾毛坯件時(shí)采用“樣板”粗定位( 即裝夾時(shí)用“樣板”作基準(zhǔn),或用專(zhuān)用夾具定位) ; 其次,在程序中加入“平整端面”的語(yǔ)句行,進(jìn)行精確定位,以消除Z 向由于裝夾時(shí)帶來(lái)的“粗大誤差”。下面是常用的模板指令程序代碼:
(2) 用G92 建立的坐標(biāo)系,多次重復(fù)運(yùn)行時(shí)要防止“原點(diǎn)”可能“跑偏”。在實(shí)際程序加工過(guò)程中,由于G92 建立的坐標(biāo)系是以刀具“當(dāng)前點(diǎn)”為前提,“逆向反推”指令中指定的距離后得到工件坐標(biāo)系的零點(diǎn),所以,雖是同一條指令,但刀具“當(dāng)前點(diǎn)”位置不同,最終的工件坐標(biāo)系建立的原點(diǎn)也不同,這就要求同一程序反復(fù)使用時(shí)注意它們的“起刀點(diǎn)”位置要相同,否則,工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)位置會(huì)“跑偏”,如果不重新進(jìn)行“對(duì)刀”操作,輕則加工出的零件精度不一致,零件尺寸錯(cuò)誤產(chǎn)生“廢品”,重則產(chǎn)生“撞刀”,釀成事故,所以,在實(shí)際程序加工過(guò)程中,在程序結(jié)束前務(wù)必將“刀具”停留在建立工件坐標(biāo)系“起始”的位置處。
(3) 采用直接輸入工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的方法時(shí)要特別“慎重”。第三種“對(duì)刀”方法實(shí)際上已知二者的關(guān)系時(shí)才會(huì)用到,它一般是在“首件試切”前,為了驗(yàn)證“走刀路線軌跡”,確保刀具不會(huì)“撞到工件”的安全情況下,而又略去進(jìn)行“試切對(duì)刀”,然后采用“外加偏移”方法的繁瑣,所以通常是先手動(dòng)進(jìn)給軸至安全距離,然后記錄下“機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)值”進(jìn)行輸入,此種方法更多的是用在“調(diào)試程序”階段,在“空走刀”的情況下驗(yàn)證其“軌跡”,由于此種方法往往在程序中設(shè)定進(jìn)給速度很快,甚至在機(jī)床操作面板中設(shè)置“空運(yùn)行”按鈕有效,所以輸入時(shí)一定要確保: “指令最大運(yùn)行范圍值”在實(shí)際運(yùn)行中處于“絕對(duì)安全范圍”內(nèi),否則會(huì)因設(shè)置不當(dāng)造成“撞刀”,甚至引發(fā)人身安全事故,對(duì)于初學(xué)者此種方法要“慎用”。
五、結(jié)語(yǔ)
由以上論述得知,數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程中各坐標(biāo)系的建立與轉(zhuǎn)換的相互關(guān)系為: 機(jī)床開(kāi)機(jī)→回參考點(diǎn)→確立機(jī)床原點(diǎn)→確立機(jī)床坐標(biāo)系; 編程人員→確立工件坐標(biāo)系→對(duì)“對(duì)刀點(diǎn)”進(jìn)行“對(duì)刀”操作→確立工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置→數(shù)控系統(tǒng)在零件加工過(guò)程中把工件坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成機(jī)床坐標(biāo)系。因此, “對(duì)刀”操作是數(shù)控加工過(guò)程中重要的一環(huán)。
“對(duì)刀”方法雖然形式多樣,但最終的目標(biāo)只有一個(gè): 確立工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的偏移值。“試切”對(duì)刀和“G92 程序指令”的方法是告知系統(tǒng)當(dāng)前的工件坐標(biāo)系的值,讓系統(tǒng)“反推”出“偏移值”,只不過(guò)“試切”對(duì)刀的方法是通過(guò)操作人員的測(cè)量,而后者是直接在程序中指定; “直接輸入”的方法則是直接告知系統(tǒng)工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的信息。
本文中雖是以“華中數(shù)控”系統(tǒng)車(chē)床為例,但原理同樣適用于其他廠家的數(shù)控系統(tǒng),不同廠家生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)其“對(duì)刀”方法與步驟雖“略有不同”,但總體“大同小異”,其基本原理是“相通”的; 而對(duì)于銑床與加工中心,只不過(guò)是增加了第三或第四軸,所以,本文所講得“對(duì)刀原理”具有普遍的意義。
對(duì)“對(duì)刀原理”的深刻理解有助于我們更好的進(jìn)行“對(duì)刀”操作,了解數(shù)控機(jī)床中坐標(biāo)系的確立過(guò)程與零件加工、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件位置的精確定位原理,從而更加靈活的對(duì)機(jī)床進(jìn)行操作及運(yùn)用編程指令進(jìn)行程序編制,更好的發(fā)揮機(jī)床的生產(chǎn)效率。
作者:華北機(jī)電學(xué)校 焦連岷
原文刊發(fā)于:《金屬加工(冷加工)》2014年第9期59頁(yè),金屬加工版權(quán)所有
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