加工中心对刀方法（精选八篇）
加工中心对刀方法 篇1
数控加工中心刀具与工件坐标系的建立是数控加工中的重要内容之一, 建立正确的工件坐标系, 可以保证系统正常的执行程序, 避免发生各种机床的误动作, 造成刀具、机床损坏, 甚至可能伤害人员等重大事故。目前我们在教学和生产过程中都十分重视对刀的操作, 由于数控加工中心系统功能不同, 建立工件坐标系的具体方法也就有所不同, 但是基本原理相类似, 现笔者结合平时学习积累, 将各种常见的方法在此进行介绍、交流。
1 加工中心水平方向常用对刀
在加工中心操作过程中, 对刀的准确性将直接影响零件加工的精确度, 所以我们会十分重视对刀的操作, 并且会要求对刀方法与零件加工精度相适应。无论我们采用怎样的工具对刀, 结果都必须让机床的主轴轴线和端面的交点与对刀点重合, 并利用准确的对刀点在机床坐标系中的位置来确定工件坐标系水平方向 (X轴、Y轴) 在机床坐标系的位置。
1.1 采用试切法对刀
如果对刀精度要求不高, 为了方便操作, 可以在加工时直接利用使用中刀具试切对刀。这种方法比较简单, 然而会在工件表面留下痕迹, 而且对刀精度不高。因此, 为了避免损伤工件表面, 可在刀具和工件之间加入塞尺进行对刀, 但应减去塞尺的厚度。当然, 也可采用标准心轴和块规对刀。
1.2 采用杠杆百分表对刀
这种操作方法比较麻烦, 效率较低, 但对刀精度较高, 而且对于被测孔的精度要求也较高, 此方法最好使用于经过铰或镗加工的孔, 仅粗加工后的孔不宜采用此方法。
1.3 采用寻边器对刀
寻边器也称为电子感应器, 其操作过程与试切对刀法相似, 只是将刀具换成了寻边器, 移动距离是寻边器触头的半径, 因此这种方法简捷, 对刀精度较高。在使用寻边器时, 是人为目测定位, 随机误差较大, 需要重复操作几次来确定正确的位置, 其重复定位精度在2 m以内。在使用时应将寻边器夹持在主轴上, 使其轴线与主轴轴线重合, 再采用手动进给缓慢地将标准钢球与工件靠近, 在钢球与工件定位基准面接触的瞬间, 由机床、工件、寻边器组成的电路接通, 指示灯亮, 以此确定其基准定位的位置。
1.4 使用偏心轴对刀
偏心轴是采用离心力的原理来确定工件位置的, 主要用于确定工件坐标系及测量工件长度、孔径、槽宽等。在使用偏心轴时, 主轴转速不易过高, 一旦超过600 r/min时, 会受自身结构影响, 造成较大误差。定位基准面应有较好的表面粗糙度和直线度, 以确保定位精度。
2 加工中心Z向对刀
零件在加工过程中, 除了要进行X、Y方向的对刀, 还应考虑刀具在Z方向的对刀。刀具Z方向对刀与刀具在刀柄上的装夹长度及工件坐标系的Z向零点位置有关, 它确定了工件坐标系的零点在机床坐标系中的位置。其几种常用的对刀方法介绍如下。
2.1 机外对刀仪对刀
由于加工中心有刀库, 且能实现自动换刀, 因此需要测量所用各把刀具的基本尺寸, 加工中心通常采用机外对刀仪实现对刀, 有利于提高加工的质量。机外对刀仪对刀主要用于测量刀具的直径、长度、刀刃形状和刀角。对刀仪主要有以下3部分组成:刀柄定位机构、测头与测量机构、测量数据处理装置, 其结构如图1所示。
机外对刀操作过程如下:
(1) 将被测刀具与刀柄连接安装为一体;
(2) 将刀柄插入对刀仪上的刀柄夹持轴2, 并紧固;
(3) 打开光源发射器8, 观察刀刃在显示屏幕1上的投影;
(4) 通过快速移动单键按钮4和微调旋钮5或6, 可调整刀刃在显示屏幕1上的投影位置, 使刀具的刀尖对准显示屏幕1上的十字线中心;
(5) 测得X值, 即刀具直径, 该尺寸可用作刀具半径补偿;
(6) 测得Z值, 即刀具长度尺寸4, 该尺寸可用作刀具长度补偿;
(7) 将测得尺寸输入加工中心的刀具补偿页面;
(8) 将被测刀具从对刀仪上取下后, 即可装上加工中心使用。
2.2 机上对刀
这种方法不用事先测量每把刀具的长度, 而是将所有刀具放入刀库中后, 采用Z向设定器依次确定每把刀具在机床坐标系中的位置, 其主要有2种方法:一是将其中的一把刀具作为标准刀具, 再找出其他刀具与标准刀具的差值, 作为长度补偿值。二是将工件坐标系的Z值输为0, 调出刀库中的每把刀具, 通过Z向设定器确定每把刀具到工件坐标系Z向零点的距离, 直接将每把刀具到工件零点的距离值输入到对应的长度补偿值代码中, 正负号由程序中的G43或G44来确定。
2.3 机外刀具预调+机上对刀
“机外刀具预调+机上对刀”是先在机床外利用刀具预调仪精确测量每把在刀柄上装夹好的刀具的轴向和径向尺寸, 再确定好每把刀具的长度补偿值, 然后在机床上用其中最长或最短的一把刀具进行Z向对刀, 以确定工件坐标系。该方法对刀精度和效率高, 便于工艺文件的编写及生产组织。
3 加工中心几种对刀方法的比较
试切法对刀是利用铣刀与工件相接触产生的切屑或摩擦声找到工件坐标系原点的机床坐标值, 它适用于工件侧面要求不高的场合。对于模具或表面要求较高的工件, 须采用工具对刀, 通常选用偏心式寻边器或光电式寻边器进行X、Y轴零点的确定, 光电式寻边器比偏心式寻边器更适用于高精度的场合。不管是采用试切法对刀, 还是采用工具对刀法, 其大部分主要针对形状较规则的零件, 而有圆柱体或圆孔的零件不太适用, 它们应采用杠杆百分表对刀方法。
对Z轴零点进行对刀, 常采用刀具直接碰刀对刀和利用Z轴设定器对刀的方法。若不使用Z轴设定器, 而直接用基准刀具进行操作, 当刀具刀刃在工件表面切出一个圆圈时, 就破坏了工件表面精度要求。在对Z轴零点进行对刀, 为了保证工件表面质量, 常将浸有切削液的薄纸片粘在工件表面, 当刀具刀刃旋转试切时就会将薄纸片 (浸有切削液) 转飞, 起到保护作用。在设置Z轴零点时, 应把当前的机床坐标减去0.01~0.02 mm (薄纸片一般在0.01~0.02 mm) 。而对于刀尖较尖的刀具不可以采用直接碰刀对刀时, 必须使用Z轴设定器对刀。
使用塞尺的方法对刀具直接对刀, 刀具靠近工件时, 则应不旋转刀具, 建议使用塞尺在0.10~0.05 mm范围, 因为0.10 mm以上的各塞尺厚度相差值太大, 而0.05 mm以下的塞尺太软。塞尺的各个厚度有1 mm、0.50~0.10 mm (每个相差0.10 mm) 、0.10~0.05 mm (每个相差0.01 mm) 。
在加工过程中经常会出现某刀具折断或磨损, 而需要更换新的刀具或刃磨的现象。为了再次对刀准确, 必须确保基准刀的准确性, 若基准刀也参加切削, 在折断或磨损后将失去基准。因此, 通常采用的办法是基准刀不参加切削或用标准棒做基准刀。
4 结语
目前, 数控机床应用已得到一定程度的普及, 而高性能、高效率的加工中心也逐渐成为社会所需。越来越多的学校购买了数控机床, 开展了数控机床的教学。笔者通过近几年的加工中心实际应用和教学实践及摸索所积累的一些经验、体会, 介绍了加工中心操作中常用的对刀方法、技巧, 以及加工中心操作过程中需要注意的方面, 与大家一起交流, 以避免在加工中出现不必要的错误。
参考文献
[1]周晓宏.加工中心操作与编程培训教程[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2006
[2]钱逸秋.数控加工中心FANUC系统编程与操作实训[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2006
数控车床的对刀原理与有效方法分析 篇2
关键词：数控车床；对刀原理；有效方法；误差
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2015）08-0094-02
收稿日期：2015-06-26
作者简介：王旭（1985-），男，佛山市顺德区郑敬诒职业技术学校机械教研组教师，工学学士。研究方向：数控车削教育。（广东 佛山/528308） 一、数控车床概述
装备制造业是一个国家发展工业，进而促进经济发展和国防建设的基础性和战略性产业，是一个国家综合国力和科技水平的集中体现。所以，加快发展制造业对促进我国经济发展和加强国防建设具有重要意义。车床是现代加工制造业的最基本、最重要的生产工具，被称为工作母机。随着世界各国经济和科技的进步，大型、高端的数控车床已成为世界各国装备制造业的主要工具，在降低生产成本、提高产品质量，增强企业在同行业中的竞争力方面扮演着重要角色，其综合性能、数量是衡量一个国家的工业化水平和综合国力的重要标志之一。
代表目前车床制造业最高水平的高架桥式数控龙门移动五轴联动镗铣加工中心，是集计算机控制、高性能伺服驱动和高精密加工技术于一体的高档精密高效的自动化加工设备，其结构形式、受力情况、载荷工况以及静动态特性与普通车床不同，所以，要设计性能优良的五轴联动龙门加工中心，设计人员仅仅靠过去的类比法和经验设计是远远不够的，还必须借助现代设计手段和方法。
随着计算机硬件技术的发展和基础数值理论的逐渐完善，有限元设计分析软件也进一步发展，目前CAD/CAE技术在车床制造业得到了广泛的应用，并引领现代制造技术向更高层次的发展。目前，世界上数控装备工业发达的国家，普遍采用有限元建模技术、数值模拟技术、仿真技术以及优化技术进行产品的可靠性分析、静动态特性分析和结构优化，预测产品的整体性能，进而改进产品的设计，从而提高产品的性能，缩短研发周期，减少试验所需费用。
二、数控车床对刀原理及有效方法分析
车床的发展经历了从结构简单、功能单一到结构复杂化，功能多样化、智能化的历程，因此，对车床的研究包括了机械结构、电气，液压，热、材料、精度等方面。在结构研究方面，包括对整机及其主要零部件或结构如床身、立柱、横梁、主轴箱、主轴、龙门结构等静态特性、动态特性、优化、热特性以及热-结构耦合、零部件连接方法等方面，研究结构刚度，振型、振动、受力变形，受热变形以及热-结构复合因素对车床对刀加工精度的影响。未来时间里，高速化、高精度化、环保化、智能化、复合化无疑是数控车床对刀技术的发展趋势。
我国对数控车床的对刀加工技术研发起步较晚，原因是我国的工业基础比较薄弱，加上西方发达国家对我国施行高端车床技术封锁。但随着计算机技术的进步，商业有限元分析软件的引进，一些高校和研究院所也取得一些成果。国内对数控车床对刀方法的动态特性研究可按整机分析和部件分析两个方面归纳。通过对某车床主要部件的筋板布局方式进行了优化设计，得出为使车床整机在不同的工况状态下均具有良好的静/动态特性，车床主要部件筋板需要采用不同的筋板布局形式。通过静态凝聚法和子结构技术，缩减了整机计算模型，并保证了低阶频率的精度。此外，还有学者对数控车床整机进行动力学分析时，利用阻抗匹配法对其进行动力学模型，并进行了实验验证，很好地解决了针对某立式加工中心在设计阶段就能预测其整机的综合特性的问题，并将预测数据与实验数据进行了对比分析，实现了预期目标。
为确保创建的优化分析对刀模型的准确性和全面性，我国在对某数控加工车床进行优化分析时，考虑了导轨与龙门架之间的结合面这一影响因素，将实测的结合面的阻尼系数与弹性系数作为参数输入到了优化分析数学模型中，以与加工中心的实际情况更加接近。同时提出了从灵敏度的角度进行加工中心的优化分析，其理念就是找出加工中心的结构对其加工精度的误差影响最大的因素，也就是最灵敏方向，不仅减轻了对刀加工中心的重量，而且改善了加工中心的动态特性，取得了较好的对刀优化分析效果。
上海交通大学于1980年通过对车床对刀特性进行测定及分析研究，并展开一系列误差补偿研究，提出了“对刀敏感度”和“对刀耦合”概念，并采用有限元分析方法和模态分析方法分别从时域和频域两方面研究了主轴变形的动态特性，并对传感器在车床上的多维优化布置进行了探索。南京航空航天大学还通过对QLMT6300车床主轴箱变形规律的研究，并借助有限元软件得到了主轴箱稳态、瞬态受力场分布和主轴变形，为车床结构优化和误差补偿提供了理论依据。还有学者通过建立基于 RBF神经网络的组合预测模型对某一加工中心电主轴误差机理进行了分析研究，并通过实验验证了数控机床对刀模型预测的可靠性。
数控车床的对刀原理与有效方法分析综合以上国内外的研究现状可以看到，目前采用有限元方法对数控车床建立模型并对其进行静态、动态，热特性分析已成为研究数控车床对刀技术的最主要方法。但现有大量的研究主要集中在对车床整机或关键零件或结构进行单一的静态分析、动态特性分析、热特性分析和优化设计，对车床整机、关键零部件或结构的静动态特性及热-结构耦合的综合分析较少，且大部分的热特性研究都是在车床空转状态下进行。笔者认为运用 Pro/Engineer 软件建立主轴箱三维模型，Altair.HyperWorks 软件中的HyperMesh 模块进行几何处理、网格划分等有限元前处理，利用 ANSYS 有限元分析软件进行静/动热特性分析，利用 Altair.HyperWorks 软件中的 OptiStruct 模块进行拓扑优化设计，无疑是当前数控车床对刀操作中行之有效的方法。
三、结束语
本文对数控车床加工当中易致误差的原因进行分析研究，并从中总结出一些技术要点以及注意事项，通过在机械生产过程中进行实践应用，能够有效地降低误差，提高了加工的精度，使机械加工企业获得更高的经济效益。
参考文献：
[1]王爱玲，张吉堂，吴雁.现代数控原理及控制系统[M].北京：国防工业出版社，2002.
[2]刘建萍，郭建华.华中世纪星数控车床的几种精确对刀方法[J].CAD/CAM与制造业信息化，2005（21）.
[3]牧野洋，谢存禧，郑时雄.空间机构及机器人机构学[M].北京：机械工业出版社，1987.
加工中心对刀方法 篇3
对于数控机床而言,要实现零件的精确加工,需依靠程序代码实现对机床的控制,而程序代码可通过手工和自动两种方式获得。但不管采用哪种方式获得的程序代码,在加工之前都需要对刀操作[1,2]。因此对于加工人员而言,必须弄清楚机床坐标系和工件坐标系的关系,以及如何精确对刀,才能加工出高质量的零件[3]。本文在这方面总结了方法和经验,值得同行参考。
1 机床与工件坐标系关系分析
机床坐标系又称机械坐标系,是由机床生产厂家设定,用以确定工件、刀具等在机床中的位置。开机后,一般通过回零、回参考点操作使机床自动找到机床坐标系的原点,它是其他所有坐标系的参照系。
工件坐标系又称编程坐标系,目的是对工件定位;也是编程人员根据图纸设计,在图纸上建立的坐标系,用以确定零件轮廓上各基点的坐标值。
如何实现工件坐标系和机床坐标系转化,对于操作者而言就至关重要。本文通过对数控铣床和加工中心对刀方法的探讨,把工件坐标系下的各基点坐标转换到机床坐标系下进而建立两坐标系间的关系。在数控铣床或加工中心中通常使用G54、G55、G56、G57、G58、G59存放六个不同的工件零点;对刀时,把对刀值可以输入到任意一个预置的坐标系下,加工时可通过输入相应的坐标系,即可调用寄存器中存放的偏置量。
2 对刀方法
因数控铣床和加工中心涉及到X轴、Y轴和Z轴三个坐标轴,所以在对刀过程中需对X、Y和Z轴分别对刀(注意对刀时三个坐标轴不分先后)[4]。试切法对刀是实际中应用的最多的一种对刀方法[5,6]。下面以FANUC数控系统的数控铣床为例,介绍具体操作方法。
2.1 单边对刀法
如图1所示,工件坐标系建在毛坯的中间,假设毛坯尺寸为100X80X20,且毛坯的所有表面均已被加工,所选刀具尺寸为φ20,因对刀时刀具的投影为圆,所以在图1中均以φ20的圆作为刀具。
(1)X和Y轴对刀
X和Y轴对刀需要完成以下步骤:一是将工件通过夹具装在工作台上,装夹时,工件的四个侧面都应留出对刀的位置。二是使刀具以一定的转速旋转,借助手动或手摇方式移动工作台,使刀具靠近毛坯左面,移动主轴使刀具在Z方向下适量的深度,通过观察铁屑或听切削声音的方法判定刀具是否接触到毛坯左面,如图2所示。
当判定刀具接触到毛坯左面时,使刀具保持原位置不动,通过控制面板上的OFSSET按钮进入到G54-G59坐标系的界面,以G54坐标系为例,如图3所示。把光标定位到其对应的X,输入-(100/2+20/2)=-60,然后点击测量,此时X值对刀完成。如果刀具靠近毛坯的右面,此时应输入的数值为+60。同理通过控制刀具接触毛坯的前面或后面可实现Y轴方向的对刀。
(2)Z轴对刀
刀具旋转,控制工作台和主轴快速移动,让刀具移动到靠近工件上表面有一定安全距离的位置后,降低移动速度使刀具底面和工件上表面接触,此时,调出G54坐标系,如图4所示,把光标定位到Z输入0,点击测量下方对应的软键即可实现对Z轴的对刀。
此种对刀方法中,X轴和Y轴的对刀,刀具只需和毛坯的一面接触即可,但对刀时需要知道毛坯和刀具的尺寸,故适合规则毛坯的对刀。
2.2 双边对刀法
仍然以刚才的毛坯为例来讲述,因这种方法中Z轴对刀与单边对刀方法相同,重点分析X轴和Y轴对刀方法。
X轴和Y轴对刀需要3步操作:
(1)通过移动主轴和毛坯,使刀具碰到毛坯的左面,通过控制面板上的POS按钮进入相对坐标的界面,然后输入X,此时发现屏幕上的X坐标开始闪烁,按下屏幕下面对应的归零软键,此时,屏幕上的X值显示为0。
(2)沿Z正方向退刀,通过手动方式和手摇方式使刀具接触到毛坯的右面,查看并记住此时屏幕上X显示的数值(注意:在移动过程中Y轴方向保持不动)。
(3)调出G54坐标系,把光标定位到X,输入“1/2数值”并保留原正号或负号(如果是正号,符号可以省略),然后点击测量下方的软键完成X轴方向的对刀。
同理,通过控制刀具分别和毛坯的前面和后面接触实现对Y轴的对刀。
此种对刀方法中X轴和Y轴的对刀,刀具需和毛坯的左面和右面以及前面和后面均接触,但对刀时不需要考虑毛坯的尺寸和刀具的尺寸,故适合规则和不规则毛坯的对刀。
3 检验对刀结果
当采用任意一种试切法完成对刀后,为了防止对刀错误造成刀具和毛坯的浪费,建议可通过在MDI的方式下,输入“G54 G90 G00 XO Y0Z100.”指令进行对刀的检验,运行时,建议把倍率开关调到0的位置后,按循环起动键(在“自动”模式下),然后把倍率开关调整到较小的数值,使刀具以较慢的速度运行,执行完该指令后,观察刀具是否到达指定位置,以便检验对刀的正确性。
4 结束语
通过对数控铣床和加工中心对刀方法分析与探究帮助学生能够灵活的根据毛坯形状的不同选择合理的对刀方法,进而保证零件的加工精度。对刀在零件加工中是必不可少的环节,对刀的方法种类有很多,本文中介绍到的方法很实用也很简单,还有许多更精确、更方便的对刀方法等着去开发和研究。
摘要：在数控加工中对刀是相当重要的操作内容,其准确性、操作精度会对零件的加工精度带来巨大的影响。本文针对数控铣床的对刀方法进行了探讨,分析了在零件加工过程中相对比较简单和实用的对刀方法,对保证和提高零件加工精度有参考作用。
关键词：数控铣床,加工中心,对刀方法
参考文献
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探究数控加工中对刀的起源与应用 篇4
为解决这两个“硬伤”, 在数控加工中必须进行两方面的转换:一是转换系统的控制对象, 由刀架相关点变换至刀尖或刀刃, 进行刀具补偿;二是转换编程坐标系, 在机床坐标系上设立一个局部坐标系, 即工件坐标系, 以此编写加工程序。
要实现这两方面的转换, 获取刀架相关点与刀具的刀尖或刀刃间的几何数据和工件坐标系原点在机床坐标系中的位置 (或绝对坐标) 就成为关键, 而这必须通过对刀来完成。
1 对刀的原理和方法
1.1 对刀原理
在数控加工中, 刀具被赋予了三个特征点, 分别称为刀架相关点、刀位点和切削点, 它们各自具有机械控制意义、编程意义与加工意义。
刀架相关点也称刀具零点 (基准点) , 从机械控制意义上讲, 所谓寻找机床参考点、建立机床坐标系就是使刀架相关点与机床参考点相重合。
刀位点也称刀心, 是指确定刀具在机床上的几何位置的基准点, 编程时它代表刀具移动形成编程轨迹, 所有刀具的刀位点相对于刀架相关点的长度尺寸, 即为刀长, 它在两个坐标方向的分量 (X、Z) 称作刀偏量;各种刀具的刀位点位置是不同的:镗刀、车刀刀位点为刀尖 (或假想刀尖) , 钻头刀位点为钻尖, 端铣刀、平头立铣刀的刀位点为端面中心, 球头铣刀的刀位点为球心。
由于刀具总有一定的刀具半径或刀尖部分有一定的圆弧半径 (统称刀具半径) , 使得刀位点 (刀心) 偏移切削点一个刀具半径, 因而在零件加工过程中刀位点轨迹并非零件的实际轮廓, 必须偏移零件轮廓一个刀具半径。
综上所述, 在完成系统控制点转换 (即刀具补偿) 方面, 刀位点 (刀心) 的引入, 将此分解成两个基本的部分:与刀架相关点间的长度 (位置) 补偿、与切削点间的半径补偿。在刀具补偿实践中, 刀具长度 (位置) 补偿及其数据的测量、输入需要借助对刀操作。
对刀, 就是将刀具的刀位点放置在对刀点上, 确定工件原点在机床坐标中的位置或测量刀具的刀位偏移量的操作过程。对刀点是通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点 (加工往往就是从这点开始执行, 所以也称作“起刀点”) , 它与工件原点间的位置确定。对刀操作后, 能获得刀尖 (车刀或镗刀) 或刀心 (铣刀) 位于对刀点时刀架相关点的机床坐标值, 明确工件原点与刀尖之间在加工开始执行时的初始位置, 随后当刀位点按程序要求发生移动, 到达指定的工件坐标系位置时产生的位移, 便是刀架相关点产生的位移, 从而为系统内部对刀架相关点的插补运算提供了终点坐标。这就是定义的设置工件原点、建立工件坐标系!当然, 进行对刀操作的这把刀具, 它的长度补偿跟随完成, 我们将它定义为“标刀”时, 可以用来测量其他刀具的刀长相对于它的差值, 称作刀具偏置, 作为这些非标刀的刀具长度 (位置) 补偿。
由此可见, 在数控加工中, 对刀是一项必须的操作, 它将完成确立工件原点在机床坐标系中的位置、测量刀具的刀位偏差值两项任务。
1.2 工件坐标系的建立方法
数控系统建立工件坐标系的方法不同, 采用的对刀操作方式、数据的采集与输入内容也就有别。总结起来, 系统建立工件坐标系一般采用以下三类方式。
1.2.1 G92指令+标刀的机上对刀操作
通过定义工件原点与对刀点的相对位置, 用标刀的机上对刀来确定工件原点在机床坐标系中的位置。
1.2.2 G54—G59零点偏置指令+标刀的机上对刀操作
通过对刀操作, 找出工件原点在机床坐标系中的坐标值, 作为零点偏置值输入系统中, 执行G 5 4—G 5 9指令后, 建立起工件坐标系。
1.2.3 自动设置坐标系法
采用试切对刀在刀具的刀偏表中设定试切直径和试切长度, 选择需要的刀具, 当执行刀偏补偿时, 该刀以此值设定自己的加工坐标系, 由机床自动计算出选定坐标系的工件坐标系原点相对于该刀刀尖的距离, 由此确定工件原点在机床坐标系中的坐标值, 从而自动建立起工件坐标系。
注意:该方式下各刀具建立的坐标系均与工件坐标系重合!
1.3 对刀的方法
在数控加工中, 对刀的方法有试切法、对刀仪对刀、A T C对刀和自动对刀等。
1.3.1 试切方法对刀是以某把刀为基准 (作为标刀)
将毛坯先加工一刀, 测出工件尺寸, 间接算出对刀尺寸, 并以该刀的刀尖所在的端面、外圆母线的交点位置A为依据建立工件坐标系;这样, 当其他刀具转到加工位置时, 使每把刀具的刀尖与端面、外圆母线的交点A接触, 利用这一交点为基准, 计算出各把刀具的刀具偏置量。这种方法最简单, 所需辅助设备少, 但只能进行尖刀的对刀。由于试切法是采用“试切—测量—调整 (补偿) ”的对刀模式, 故占机时间较多, 效率较低, 因此被广泛用于经济型数控机床中。
1.3.2 对刀仪分为机内对刀仪和机外对刀仪两种
机内对刀仪对刀是用机床配备的机械对刀仪对刀, 对刀仪与刀具均直接安装在机床某一固定位置上, 对刀时将刀具与百分表测头接触, 得到两个方向的刀偏量。有的数控机床具有刀具探测功能, 则通过刀具触及一个位置已固定的固定触头, 可测量刀偏量。此方法比较多地用于数控车床中, 进行刀具的位置补偿。
机外对刀是指刀具在安装前事先在机外 (预调) 对刀仪上进行预调和测量出 (假想) 刀尖到刀架相关点之间在X向和Z向的实际尺寸值, 然后将所测数据输入到相应寄存器。机外对刀仪对刀必须通过刀夹再安装在刀架上, 连同刀架一起, 预先在机床外面校正好, 然后把刀装在机床上就可以使用。此方法目前主要用于镗铣类数控机床中, 比如加工中心等。
采用对刀仪对刀需添置对刀仪辅助设备, 成本较高但可节省机床的对刀时间, 提高了对刀精度, 一般用于精度要求较高的数控机床中。
1.3.3 ATC对刀
这是在机床上利用对刀显微镜自动地计算出车刀长度的简称, 也叫光学对刀仪对刀法。在车床主轴箱上固定一显微对刀镜支架, 上装显微镜 (对刀镜与支架不用时取下) , 对刀时, 用手动方式将刀尖移到对刀镜的视野内, 再用手动脉冲发生器微量移动, 使 (假想) 刀尖点与对刀镜内的中心点重合, 再将光标移到相应的刀具补偿号, 按“自动对刀 (计算) ”按钮, 则该刀在两个坐标方向的长度尺寸被自动计算出来并自动存入它的刀具补偿号中。
这种对刀方法, 由于操纵对刀镜以及对刀过程仍然是手动操作和目视, 故仍有一定的对刀误差。和对刀仪对刀相比, 只是装卸刀具要方便些。
1.3.4 自动对刀
自动对刀是利用C N C装置的刀具检测功能, 自动精确的测出刀具在两个坐标方向的长度, 自动修正补偿值, 并且不用停顿就直接加工工件。
与前面的对刀方法相比, 这种方法减少了对刀误差, 提高了对刀精度和对刀效率, 但需由刀检传感器和刀位点检测系统组成的自动对刀系统, 而且C N C系统必须具备刀具自动检测的辅助功能, 系统较复杂, 投入资金大, 一般用于高档数控机床中。
上述的几种对刀方法, 适用于不同类型和精度的数控机床, 针对性较强。对于各自适用的刀具, 除试切对刀法、机上对刀仪对刀法只能用于尖刀的对刀外, 其余几种方法都能对圆头刀具和尖刀进行对刀。
2 对刀的应用与处理
2.1 数控车床的对刀应用与处理
虽然数控车床的数控功能和操作较为简单, 但因刀具形式多样, 位置补偿数据 (即刀偏值) 不易获取, 所以其对刀是一项大有技巧的工作, 承担着建立工件坐标系、刀偏数据设置的任务, 且各类数控系统在符合对刀原理的基础上将对刀设置方法都进行了一定的演变。对刀的准确程度直接影响工件的加工精度。试切法对刀是数控车削加工的主要对刀方法。
(1) 用G92 XαZβ程序段设定工件坐标系, 试切对刀建立。其中 (α, β) 坐标值为对刀点的工件坐标位置。如图1所示, 对刀步骤如下。
(1) 回参考点操作, 建立机床坐标系。此时C R T将显示刀架相关点的当前机床坐标值。
(2) 试切测量。将车刀刀尖与工件外圆表面试切一刀, 然后保持X向不动, 沿Z向退刀, 测量试切直径D, 并记录C R T上显示的刀架相关点的X向的机床坐标值X t;用同样的方法将工件右端面试切一刀, 然后保持Z向不动, 沿X向退刀, 测量试切长度δ, 并记录C R T上显示的刀架相关点的Z向的机床坐标值Z。
(3) 计算坐标增量。根据试切直径D、试切长度δ、对刀点的工件坐标 (α, β) , 算出将刀尖移至对刀点上所需X轴坐标增量α-D与Z轴坐标增量β-δ。
(4) 对刀。根据算出的坐标增量, 移动刀具, 使C R T显示的刀架相关点机床坐标值增加相应的坐标增量, 即为 (X t+α-D, Zt+β-δ) , 这样就实现了将刀尖放在对刀点上。
确定刀具起刀点后就可调用程序加工了。当执行完G 9 2 XαZβ程序段后, 数控系统就将工件端面中心确定为工件原点。
(2) 从如上的对刀可以发现, 整个对刀过程中并未获知刀尖的机床坐标值, 而是确定了刀尖在起刀点 (对刀点) 时刀架相关点的初始机床坐标, 从此刀尖产生的每次位移就是刀架相关点的位移, 插补刀架相关点移动轨迹所需的终点机床坐标值通过矢量计算便能获得。
由此看来, 刀尖在工件坐标系中 (即程序中) 表达的轨迹与刀架相关点在机床坐标系中的插补轨迹间的转换, 在通过对刀完成的过程中并不需要明确刀具的刀长 (或刀尖的机床坐标值) 。也就意味着:对刀操作的标刀, 它的刀尖位置补偿已经完成;该刀的刀尖可以与刀架相关点视为同一点——经过对刀操作后的刀具, 其刀架相关点的机床坐标值可以被用于描述其刀尖的机床位置。
于是得出一个推论:当机床回零时, 整个刀架 (包括其上的刀具) 作为一理想点, 对刀时, 机床参考点被视为在刀尖上, 刀尖与工件原点的有向距离被认作“绝对刀偏”。
在此推论上, F A N U C、S I E M E N S、华中H N C-2 1 T等系统在对刀设置上均有演变, 使对刀操作及参数的输入更加简便。
下面详细描述华中世纪星H N C-2 1 T系统的具体作法。
(3) 手工方式设定工件原点;用所选的刀具试切零件的外圆和端面, 经过测量和计算得到零件端面中心点的机床坐标值。具体步骤如下。
(1) 安装好刀具后, 切换到手动状态。回参考点操作。
(2) 开始试切工件外圆, 记下此时C R T显示的X坐标值, 记为X 1。
(3) 保持X坐标不变, 刀具沿Z轴退刀, 主轴停止转动, 测量试切外圆的直径, 记为X2。
(4) C R T显示的X坐标值减去测量中读取的X值, 即X1-X2, 记为X。
(5) 用同样的方法试切工件右端面, 记下此时C R T显示的Z坐标值, 记为Z。
(6) (X, Z) 即为工件原点在机床坐标系中的坐标值, 分别将X、Z值填入到“刀偏表”中的“X偏置”和“Z偏置”栏中即完成了这把刀具的对刀工作。
(7) 调用零点偏置指令G 5 4, 建立工件坐标系。
(4) 自动设置坐标系:采用在刀偏表中设定的试切长度和试切直径, 选择需要的工件坐标系, 机床自动计算出工件端面中心点在机床坐标系中的坐标值。如图2所示, 具体步骤如下。
(1) 回参考点操作。按下M D I子菜单下的“刀偏表”功能按键。
(2) 用各刀具试切工件端面, 输入此时刀具在将设立的工件坐标系下的Z轴坐标值 (测量) 于“试切长度”栏;若工件原点设在工件右端面, 即输入Z=0。
(3) 用同一把刀试切工件外圆, 输入此时刀具在将设立的工件坐标系下的X轴坐标值 (测量直径值) 于“试切直径”栏。
(4) 系统源程序通过公式Z机=Z机-Z工, X机=X机-X工自动计算, 得到各刀的绝对刀偏值, 并自动输入到刀偏表中的“X偏置”和“Z偏置”栏中。
(5) 程序中调用各刀具的T指令, 执行刀偏补偿时, 各刀即建立起以此值设定的加工坐标系, 他们均与编程时的工件坐标系重合。
(5) 完成多把刀具对刀:车床的刀架上可以同时放置多把刀具, 加工前必须把所有刀具对好, 进行刀偏数据的测量和输入。一般有绝对刀偏法和相对刀偏法两种。下面详述相对刀偏法。
(1) 在点动方式下, 确定一把基准刀并基准刀对准工件试切对刀。
(2) 标刀试切端面后, X向退刀, C R T显示的Z轴坐标值记为Z1, 并将刀具的当前位置设为相对零点;标刀试切外圆, Z向退刀, C R T显示的X轴坐标值记为X1, 将刀具的当前位置设为相对零点。这样, 标刀在工件上已切出一个基准点A。
(3) 选择所需刀具, 使刀架换刀。以“点动方式”及“步进方式”使该刀刀尖对准基准点, 此时C R T显示的X、Z值就是该刀与基准刀之间的偏置值ΔX、ΔZ。将该偏差值输入到相应刀具编号下的刀偏栏中, 回车即可。
(4) 为使非标刀的对刀更加准确, 上述操作中作出一些调整即可实现, 但花费的对刀时间长。具体的调整如下:
(5) 标刀试切退刀后, 记下C R T显示的X轴、Z轴坐标值 (X1、Z1) , 测量出试切直径、长度 (D1、L1) , 视作基准值。
(6) 选择所需刀具, 使刀架换刀。重复上述试切步骤, 得到 (X2、Z2、D2、L2) ,
(X3、Z3、D3、L3) , ……一系列的试切数据。
(7) 计算刀偏。若系统设置为直径编制, 则非标刀的刀偏量计算为
将该刀偏差值输入到相应刀具编号下的刀偏栏中, 回车即可。
2.2 数控铣床的对刀应用与处理
数控铣削加工的对刀比较简单, 它的对刀方法分为工件坐标系X、Y方向对刀和Z方向对刀两部分。
(1) 工件坐标系X、Y方向对刀, 即编程平面上的对刀。
(1) 对以孔定位的工件, 为提高加工精度, 应选孔中心作为对刀点, 采用杠杆百分表 (或千分表) 对刀或光电寻边器对刀方法, 使刀位点与对刀点重合, 再根据机床坐标系的显示, 输入工件坐标系的零偏值, 通过G 9 2或G 5 4设定, 以确定工件原点在机床坐标系中的位置。
(2) 对以外形定位的工件, 可以利用加工所用的刀具直接采用试切法对刀, 或采用寻边器对刀, 使刀位点与对刀点重合, 且获得工件坐标系的零偏值, 调用G 9 2或G 5 4指令, 建立工件坐标系
(2) 工件坐标系Z方向对刀, 即第三轴上的对刀。
通常Z方向工件原点设在工件的上表面, 其对刀主要考虑对刀工艺性, 以避免划伤工件表面。对刀方法主要有:对刀块对刀, Z轴设定器对刀, 机外刀具预调+机上对刀等, 其操作和设定简单, 这里不再赘述。
3 对刀事项与措施
(1) 对刀操作前, 必须执行各轴回机床参考点操作 (回零操作) , 建立机床坐标系。
(2) 用G 5 4设定工件原点时, 应在M D I方式下进行。
(3) 计算必须准确, 尤其在不对称工件铣削加工中, 应准确计算刀心坐标值。
(4) 对刀操作后, 在M D I方式输入参数时或G 9 2程序段被执行前, 刀具不能移动, 否则会使工件原点发生变动。
(5) 关于C R T的显示内容:在G 9 2程序段被执行前, C R T显示刀架相关点的机床坐标值 (或称作刀尖的机床坐标值) ;当G 9 2程序段被执行后, C R T则显示刀尖的工件坐标值。
4 结语
对刀, 确定工件坐标系与机床坐标系的位置关系, 使编程时不再考虑刀具的尺寸及工件的装夹位置, 使编程时的数值计算按工件坐标系中零件标注尺寸来确定, 从而简化了计算, 方便了编程。
数控加工中机床操作者选用的对刀方法, 取决于编程员在程序中采用何种方式建立工件坐标系;也是编程员根据现场情况、零件加工阶段, 与操作者的习惯相协调, 以便使整个对刀过程在确保零件加工质量的前提下操作简洁。
摘要：通过对数控系统轨迹控制及其转换的剖析, 探寻了数控加工中对刀的任务、原理与方法, 并从数学处理的角度, 探究不同的数控系统在对刀应用时对刀设置方法演变的合理性。
关键词：刀具补偿,刀架相关点,刀位点,对刀,工件原点
参考文献
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[3]晏初宏.数控机床[M].北京:机械工业出版社, 2002.
[4]李长江.数控机床编程与操作[M].北京:机械工业出版社, 2002.
[5]世纪星车床数控系统HNC-21/22T编程说明书.武汉:华中数控股份有限公司, 2002.
加工中心对刀方法 篇5
对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。数控机床在加工前，要进行对刀。对刀的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。
为实现对刀，加工过程中一般采用试切的方法，或者配备对刀仪对各刀具的切削刃进行测量来调整刀具，但对利用普通车床配备数控装置及其它装置改造而成的经济型数控车床，或面向数控教学的实验型数控车床，对刀仪的配置和使用是困难的。HNC-21T数控装置就一般采用试切的方法进行对刀。HNC-21T是华中数控公司(HNC)近年来推出的一种经济型、适合于教学单位的车床数控装置，具有结构简单，操作方便等特点。然而，通过指导学生数控实训发现，学生普遍有这种观点———“数控机床的操作并不难，难就难在对刀”。为了让学生们熟练掌握对刀这门重要的基本功，笔者在使用过程中不断思考、不断摸索，最终总结出了几种实用的对刀方法。
本文分析了数控车床对刀的原理，并以HNC-21T数控车床为例，介绍了几种常用的对刀方法。
2 数控车床的对刀原理
深入理解数控车床的对刀原理对于操作者保持清晰的对刀思路、熟练掌握对刀操作以及提出新的对刀方法都具有指导意义。对刀的目的是为了建立工件坐标系，直观的说法是，对刀是确定工件在机床工作台中的位置，实际上就是求对刀点在机床坐标系中的坐标。
2.1 机床坐标系和工件坐标系
数控机床坐标系———是指以机床原点为坐标原点所建立的坐标系。数控机床的机床原点在出厂之前已经调整好，一般不允许用户变动。其它坐标系的建立都以机床原点为基准。数控机床每次开机、断电、故障和图形模拟后都要进行一次手动“回零”的操作。“回零”后使刀架或工作台返回机床参考点，数控机床回到参考点后，机床坐标系才能回到正常的状态。数控车床的机床原点通常在卡盘前端面与主轴中心线的交点处[2]。
工件坐标系(又称编程坐标系)———是指以工件原点(或称编程原点)为坐标原点所建立的坐标系。工件原点或程序原点是人为设定的，在理论上可以是工件上或外面的任意一点，但如果选取不当，编程时坐标的计算将非常复杂。选取的程序原点应和零件的定位基准有一定的尺寸联系，这样才能确定机床坐标系和工件坐标系之间的关系。一般将程序原点选取在零件的设计基准或工艺基准上。数控车床通常将工件原点选在工件右端面与中心线的交点处[2]。
2.2 刀位点和对刀点
数控加工是数控机床通过NC程序控制刀具和工件的相对运动来完成的。编写NC程序是以工件坐标系或编程坐标系为基准，刀具加工工件是在机床坐标系下进行的。工件坐标系确立后，并未与机床坐标系发生任何联系，此时两者仍然相互独立，数控系统既不知道工件在机床中的位置，也不知道刀具在机床中的位置，即无法按所编程序正确加工，因此，加工之前还必须确定刀具刀位点与机床坐标原点之间的关系，这一过程就称为对刀。具体地说就是确定刀具的刀位点在工件坐标系中的起始位置，这个位置称为对刀点。
对刀点是刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“起刀点”或“程序起点”，往往也作为程序的终点。
对刀点的选择原则：(1)方便数学计算和简化编程;(2)容易找正对刀;(3)便于加工检查;(4)引起的加工误差小;(5)不要与机床、工件发生碰撞;(6)方便拆卸工件;(7)空行程不要太长。
要确定对刀点在工件坐标系中的起始位置，则需首先确定刀位点。
刀具的刀位点是指刀具在机床上的定位基准点。数控系统通过对刀具刀位点的控制，间接地控制每把刀刀尖的运动。对于不同的刀具，刀位点的选择不同，车刀是其刀尖。对刀的任务就是使对刀点和刀位点重合，即在工件坐标系中使刀具的刀位点位于起刀点上，以使在数控程序的控制下，由此刀具所切削出的加工表面相对于零件的不加工表面(定位基准)有正确的位置尺寸关系，从而保证零件的加工精度要求;同时，对于在车削加工过程中需使用多把刀具的工序，还应保证换刀后新刀具的刀位点与原刀具(标准刀具)的刀位点相重合(允许存在刀位点位置间的误差，但该误差应是可知的，以便用刀具补偿功能或其它方法来消除)。
工件坐标系、机床坐标系、对刀点及刀位点之间关系如图1所示：
3 常用对刀方法
华中世纪星教学型车削系统HNC-21T数控车床可采用两种方法建立工件坐标系，即G92和Txxxx指令：(1)定义工件零点与程序起刀点的相对位置来确定工件在机床参考点坐标系中的位置，即G92指令方式;(2)通过找出工件零点与机床参考点的相对距离，把这个相对距离作为零点偏置值输入到系统中，即直接将工件零点在机床坐标系中的坐标值设置到刀偏地址寄存器中，从而达到使工件在机床坐标系中有一个正确位置的目的，也就是TXXXX的方式。在HNC-21T数控车床实际加工应用中，TXXXX比G92使用起来更方便快捷，因而得到普遍的应用。
下面分别介绍由这两种指令建立工件坐标系的对刀方法。
对刀前的约定：以工件右端面中心为程序原点;工件毛坯直径为Φd;直径编程。
3.1 使用G92建立工件坐标系
其程序的一般形式为：
%####(程序名)
N1 G92 Xa Zb(设定对刀点，a、b分别为对刀点在工件坐标系中的X和Z坐标)
N2…
…
对刀操作步骤如下：
(1)在机床上装夹好工件、刀具后，开启机床，进入华中HNC-21T型车削数控系统;
(2)右旋“急停”按钮;
(3)选择“回零”功能，使机床回参考点，建立机床坐标系;
(4)在“手动”方式下，开启主轴正转，换上标准刀(1号外圆车刀);
(5)“点动”及“步进”功能移动刀具，使该刀刀尖接近工件直径与端面交点A处(见图2)，当刀尖将要接触直径时，将进给量调至最低，按“增量”键，选择增量倍率，以机床最小脉冲当量，点动逼近直径A处，并刚好切削为止。记录CRT上显示的A点机床坐标值XA、ZA。设对刀点P在工件坐标系下的坐标为(XP,ZP)，则P点在机床坐标系下的坐标为X'P=XO+XP=XA-Φd+XP,Z'P=XO+ZP=ZA+ZP;
(6)“MDI”下输入G53 G00 X'P Z'P后，按“Enter”键回车，然后在“自动”方式下，按“循环启动”(见图3)，此时系统执行程序G92 XPZP，刀具退到程序起点P处，该刀
的对刀过程完成。
3.2 使用TXXXX建立工件坐标系
其程序的一般形式为：
%####(程序名)
N1 TXXXX(建立工件坐标系)
N2…
…
对刀操作步骤如下：
(1)复上述G92对刀步骤中的(1)～(4)的操作过程;
(2)“点动”及“步进”功能移动刀具，使该刀刀尖接近工件直径与端面交点A处(如图2)，当刀尖将要接触直径时，将进给量调至最低，按“增量”键，选择增量倍率，以机床最小脉冲当量，点动逼近直径A处，并刚好切削为止。
(3)在主菜单下，按刀具补偿F4，选择其子菜单中的刀偏表F1，出现绝对刀偏表，如图4所示：
(4)刀偏表(如图4)中，选择相应的刀偏号，在其对应的试切直径栏内输入0，试切直径栏内输入φd;
(5)若程序中要用到其它刀具，则可移动刀架，远离工件，逐个手动选择相应刀具，并重复b～d项操作即可。输完值后，按“Enter”键回车，最后按F10返回程序。此时，对刀过程全部完成。具体操作步骤如图5[3]所示：
4 结束语
上述两种对刀方法，是笔者在深入理解对刀原理并结合华中世纪星HNC-21T车削系统特点的基础上进行的全面总结，所有方法均已通过实践验证。教学实践表明，这些方法简便、实用、有效，能满足数控车技能考证和工业生产的精度要求。文中的对刀方法，不仅适合教学型数控车床，也适合生产型数控车床，不仅适合于华中数控系统也适合于其他数控系统，具有一定的推广价值[1]。
摘要：本文论述了对刀在加工中的重要性,并以世纪星HNC-21T教学用数控车床为例,介绍了数控车床的对刀原理及几种常用的对刀方法,对实际生产加工有积极的意义。
关键词：数控车床,坐标系,对刀方法
参考文献
[1]刘建萍,郭建华.华中世纪星数控车床的几种精确对刀方法.CAD/CAM与制造业信息化,2005.
[2]陈光明,吴洪彬.数控车床的对刀原理及对刀方法.机床与液压.2002,3.
[3]数控车床编程与操作基础.武汉华中数控股份有限公司.2005,2.
浅析数控铣床对刀方法 篇6
数控铣床对刀的目的就是使用立铣刀或是分中棒、百分表等建立工件坐标系,并且让工件坐标系的原点与编写该工件的程序原点相重合,使加工出的零件在毛坯轮廓中而不会偏在一侧。
二、常见的对刀方法
数控铣床中对刀分为X、Y方向对刀和Z向对刀,根据使用工具不同,X、Y方向对刀方法常见的有试切对刀法、分中棒对刀法、光电寻边器对刀法和百分表对刀法;Z向对刀方法常见的有试切对刀法和Z轴设定器对刀法。
另外,根据对刀位置不同又可分为单边对刀法、间接对刀法和分中对刀法等。下面我们就常见的分中对刀法中试切对刀和百分表对刀进行具体分析。
三、试切法对刀
这种对刀方法比较方便简单,使用我们加工用的立铣刀就能够完成,但是容易在工件表面留下切削痕迹,并且精度不高。
(一)X、Y向对刀
1.在方形工件下方垫上平行垫铁夹紧在平口钳上,注意工件要高出钳口一定的距离,以防对刀时切刀平口钳的钳口。
2.在MDI状态在输入M03 S500,循环启动让主轴转动起来,使用手轮上倍率X100的功能转动手轮,让刀具移动到距离工件左侧较近的位置,然后使用X10功能让刀具慢慢靠近工件,当看到铁屑或听到切削声音时停止转动手轮,在相对坐标下让X轴显示归零。
3.然后让刀具沿Z方向向上移动到工件上方,使用手轮让刀具移动到工件右侧,然后慢慢让刀具靠近工件,当看到铁屑或听到切削声音时停止转动手轮,这时在POS状态下X轴显示一数值,如260.420。
4.计算260.420/2=130.210,打开offset中的坐标系界面,将光标移动到G54坐标系中(这个位置要和程序中相对应),输入X130.21,按测量键,这时X方向对刀完成。
5.将刀具移动到距离工件前侧较近的位置,然后使用手轮X10功能让刀具慢慢靠近工件,当看到铁屑或听到切削声音时停止转动手轮,在相对坐标下让Y轴显示归零。
6.然后让刀具沿Z方向向上移动到工件上方,使用手轮让刀具移动到工件后侧,然后慢慢让刀具靠近工件,当看到铁屑或听到切削声音时停止转动手轮,这时在POS状态下Y轴显示一数值,如282.20。
7.计算282.20/2=141.10,打开offset中的坐标系界面,将光标移动到G54坐标系中(这个位置要和程序中相对应),输入Y141.10,按测量键,这时Y方向对刀完成。
(二)Z向对刀
1.使用手轮中X100的倍率键把刀具移到工件上方,使用X10倍率键让刀具慢慢靠近工件,当看到铁屑或听到切削声音时停止转动手轮,此时将刀具向上移到0.1mm。
2.打开offset中的坐标系界面,将光标移动到G54坐标系中(这个位置要和程序中相对应),输入Z0,按测量键,这时Z方向对刀完成。
(三)正确性检测
在MDI状态下输入G90 G54 G00 X0 Y0,按循环启动键,刀具运动停止时,使用手轮将刀具向下移动,目测刀具是否处于毛坯中心,如果在中心对刀正确,否则回零重新对刀。
四、百分表对刀法
这种对刀方法主要用在工件精度要求比较高,防止反过来加工另一面时有接刀痕,但操作起来比较复杂。
(一)X、Y向对刀
1.通过连接杆把百分表安装在刀柄上,将刀柄装在主轴上,通过手轮将百分表移动到工件左侧,当百分表触头接触到工件边缘时,用手来回转动主轴,同时反方向移动百分表直至百分表表针不动为止,在POS界面下将X方向相对坐标数值归零。
2.将百分表移动工件右侧,当触头接触到工件边缘时,用手来回转动主轴,同时反方向移动百分表直至百分表表针不动为止,这时POS界面下X方向显示一数值,如234.20。
3.计算234.20/2=117.10,打开offset中的坐标系界面,将光标移动到G54坐标系中(这个位置要和程序中相对应),输入X117.10,按测量键,这时X方向对刀完成。
4.采用同样的方法完成Y方向的对刀。
(二)Z向对刀
在主轴上装上带有立铣刀的刀柄,将Z轴设定器放于工件上表面,移动刀具轻轻压下Z轴设定器,当指针对其0位置时停下,打开offset中的坐标系界面,将光标移动到G54坐标系中(这个位置要和程序中相对应),输入Z50.0,按测量键,这时Z方向对刀完成。也可以采用试切法、塞尺法对Z轴进行对刀。
五、结束语
以上是数控铣床常见的对刀方法,理解这些方法以后,在学习单边对刀方法,这样能够适用不同零件的加工。有些人加工中经常会撞刀,其主要的原因就是对刀不准确,所以要理解对刀时的工件坐标原点与编程坐标原点要重合,不可以想怎么做就怎么做,这样就可以在很大程度上避免撞刀。通过多练习,多验证就可以解决这一问题。
参考文献
[1]何贵显.FANUC 0i数控铣床/加工中心编程技巧与实例[M].机械工业出版社,2015.
数控车床试切对刀方法探析 篇7
一般来说，零件的数控加工编程和上机床加工是分开进行的。数控编程员根据零件图，确定一个编程坐标系及其原点，即程序原点。程序原点一般与零件的工艺基准或设计基准重合，因此又称作工件原点。数控车床通电且回零(参考点)操作后，即建立了机床坐标系，此时刀架所在该点就是所谓的机床原点。因为刀具(刀尖)的位置距离机床原点是固定不变的，为了便于对刀和加工，可将机床回零后刀尖的位置看作机床原点。编程员按程序坐标系中的坐标数据编制刀具(刀尖)的运行轨迹。由于刀尖的初始位置(机床原点)与程序原点存在X向和Z向的偏移距离，使得实际的刀尖轨迹与程序轨迹的位置有同样的偏移距离，因此，须将该距离测量出来并输入数控系统，使系统据此调整刀尖的运动轨迹。
所谓对刀，其实质就是确定工件坐标系的程序原点在机床坐标系中的坐标。在数控车床操作中，对刀的方法比较多，笔者通过数控车工实习教学、技能考证培训与加工实践的经验，现就数控车床试切对刀方法予以小结，供大家参考。
（二）试切法对刀
1. 使用绝对型刀具位置补偿方式对刀
数控系统通过对刀可以直接获得每把刀具的刀位点相对于工件编程坐标原点的机床绝对坐标，并将此坐标直接输入数控系统的刀具位置存储单元中，在程序中调用带有刀具位置补偿号的刀具功能指令后，即建立起工件的编程坐标系。对刀步骤如下：
(1)使数控车床返回机床参考点(即回零)。
(2)在系统主菜单下按F4键，系统切换到刀具补偿菜单界面。
(3)在刀具补偿菜单界面下按F1键，系统切换到绝对刀偏表界面。
(4)用“手轮”方式车削工件右端面。
(5)沿+X方向退刀，并停止主轴转动(不能移动Z方向轴)。
(6)在绝对刀偏表界面中移动光标至#0001号刀的试切长度处，输入数值0，并按ENTER键。
(7)用“手轮”方式车削工件外圆。
(8)沿+Z方向退刀，并停止主轴转动(不能移动X方向轴)。
(9)测量车削后工件外径如：29.80。
(10)在绝对刀偏表界面中移动光标至#0001号刀的试切直径处，输入数值29.80，并按ENTER键。
至此对刀完成，这种方法对刀，加工前无须将刀具放在一个特定点上，且程序中并无G50、G54等指令。
2. 使用G92指令对刀（注:FANUC0i系统用G50)
在对刀时，我们可以通过设置刀具起点相对工件坐标系的坐标值来设定工件坐标系，对刀的目的就是将刀具的刀位点移至刀具起点位置，这样，通过该点就可以间接确定出工件的编程坐标系原点的位置。对刀步骤如下：
(1)使数控车床返回机床参考点(即回零)。
(2)清零原有刀具偏置值。
(3)用“手轮”方式车削工件右端面和工件外圆。
(4)使刀具退到工件右端面和外圆母线的交点的位置。
(5)让刀尖向Z轴正向退αmm。
(6)停止主轴转动。
(7)用游标卡尺测量工件外径尺寸d。
(8)让刀尖向X轴正向退b-d。
(9)则刀尖现在的位置就为程序中G92规定的位置。要求其程序形式为：
O****(程序号)
N10 G92 XαZb
N20……
至此，对刀工作完成，可以调出程序加工工件了。但此种方法对刀仅适用一把刀具加工工件，且加工前必须将刀具的刀位点放在指定的位置上。
3. 使用G54～G59指令对刀
此种对刀方法是使用数控车床提供的存储器零点偏置模式建立坐标系，它是将测量出的工件坐标系原点现对于机床坐标系原点的偏置值输入系统零点偏置存储单元中，从而得到刀具当前刀位点的工件编程坐标。对刀步骤如下：
(1)使数控车床返回机床参考点(即回零)。
(2)清零原有刀具偏置值。
(3)用“手轮”方式车削工件右端面。
(4)沿+X方向退刀，并停止主轴转动(不能移动Z方向轴)。
(5)把当前该把刀的机床坐标系下的Z方向坐标值，输入到G54零点偏置存储单元上的Z方向坐标上。
(6)用“手轮”方式车削工件外圆。
(7)沿+Z方向上退刀，并停止主轴转动(不能移动X方向轴)。
(8)用游标卡尺测量工件外径尺寸d。
(9)读取当前该把刀的机床坐标下的X方向坐标值，并把X-d后的坐标值输入G54零点偏置存储单元中的X坐标上。用同样的方法，可以把第2刀、第3刀……，对应值输入G54～G59零点偏置存储单元中。
要求程序形式为：
O****(程序号)
N10 T0101(调用1号刀)
N20 G54 X Z M03 S800(调用工件坐标系)
……
NχχT0202(调用2号刀)
NχχG55 X Z M03 S800(调用工件坐标系)
……
此种方法对刀适用于多刀具加工，且加工前无须将刀具停在一特定点上。注意:可用G53指令注销G54～G59工件坐标系。
（三）刀具补偿值的输入和修改
无论是哪种对刀方法，都存在一定的误差。当试切后发现工件尺寸与图纸尺寸不符时，或者刀具因磨损而产生偏差时，根据零件实测尺寸与图纸尺寸的偏差可在绝对刀偏表中进行刀偏补偿。例如测得工件外圆尺寸偏大0.5mm，可在刀偏量修改状态下，将该刀具的X方向刀偏量改为-0.5mm(半径编程时为-0.25mm)。
（四）结束语
对刀在数控加工中非常重要，在实际加工中应根据不同的加工要求和编程方法进行恰当的选用。T指令对刀是利用的是它建立的工件坐标系的原点在机床坐标系的位置不变的原理，且与刀具的当前位置无关。利用G54～G59和T指令对刀时，应注意在建立工件坐标系之前，首先机床需回一次参考点。G92指令是根据起刀点来设定工件坐标系的，用G92对刀时，应注意加工前使刀具回到起刀点。利用G54～G59设定工件坐标系，一旦刀偏值被输入，其值一直有效。上述对刀方法，是笔者在深入理解对刀原理并结合华中世纪星车削系统和FANUC0i系统的特点的基础上进行的小结，其方法均已通过实践验证。教学实践表明，这些方法简便、实用、有效，能满足数控车技能考证的要求。文中的对刀思路，不仅适合教学型数控车床，也适合生产型数控车床。
参考文献
[1]顾京.数控编程与操作[M].北京:高等教育版社, 2006.
飞阳F0数控铣床常用对刀方法 篇8
关键词：沈阳机床集团,飞阳系统,加工中心对刀方法,数控铣床对刀方法
飞阳数控系统是沈阳机床集团自主研发成功的数控系统,其具有界面精美,操作简便,多任务处理等优点,本文针对飞阳F0系统,较系统地讲述了数控铣床(加工中心)常见对刀方法的使用及其优缺点。
所谓的对刀就是通过刀具或对刀仪器确定工件坐标系原点(程序原点)在机床坐标系中的位置,并将对刀数据输入到相应的存储位置的一系列操作过程。对刀是数控加工中一项极其重要的内容,对刀的准确性将直接影响零件的加工精度。对刀方法一定要同零件加工精度要求相适应。
1 对刀前的准备工作
(1)工件的定位与装夹
在数控铣床上常用的夹具有平口钳、分度头、三爪自定心卡盘和平台夹具等,经济型数控铣床装夹时一般选用平口钳装夹工件。使用时把平口钳尽量固定在铣床工作台面中心上,然后根据工件的高度情况,在平口钳钳口内放入形状合适和表面质量较好的垫铁,然后放入工件,拧紧平口钳。
(2)对刀点的确定
对刀点是工件在机床上定位装夹后,用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点。对刀点可选在工件上或装夹定位元件上,但对刀点与工件坐标点必须有准确、合理、简单的位置对应关系,方便计算工件坐标系的原点在机床上的位置。一般来说,对刀点最好能与工件坐标系的原点重合。
2 数控铣床的常用对刀方法
对刀操作分为X、Y向对刀和Z向对刀。对刀的准确程度将直接影响加工精度。对刀方法一定要同零件加工精度要求相适应。
根据使用的对刀工具的不同,常用的对刀方法分为以下几种:(1)试切对刀法;(2)塞尺、标准芯棒和块规对刀法;(3)采用寻边器、偏心棒等工具对刀法;(4)百分表(或千分表)对刀法;(5)顶尖对刀法;(6)专用对刀器对刀法。
另外根据选择对刀点位置和数据计算方法的不同,又可分为单边对刀、双边分中对刀、转移(间接)对刀等。
2.1 试切对刀法
这种方法简单方便,但会在工件表面留下切削痕迹,且对刀精度较低。这种方法常用在毛坯件和一些对尺寸要求较低的工件的对刀。以对刀点(此处与工件坐标系原点重合)在工件表面中心位置为例(采用双边分中对刀方式)。
(1)X、Y向对刀
1)将工件通过夹具装在工作台上,装夹时,工件的四个侧面都应留出可铣削的位置。
2)起动主轴中速旋转,快速移动工作台和主轴,让刀具快速移动到靠近工件一侧有一定安全距离的位置,做好试切的准备,对X坐标则靠近工件左侧或右侧,Y坐标则靠近工件的前侧或后侧。
3)此时将使用手轮操作,把手轮移动倍率降低到0.01mm,转动手轮让刀具慢慢接近工件侧面,使刀具恰好接触到工件侧面表面(观察,听切削声音、看切痕、看切屑,只要出现其中一种情况即表示刀具接触到工件),再回退0.01mm。然后在机床操作面板上面按下“设置”——“原点设置”,在对应的坐标后面输入0,然后按下回车(注意:坐标系代号不得为O0坐标系)。此处有一小细节需注意,在把X/Y坐标设为0的同时,还需要把此处的Z坐标也设为0,目的是为了在另一侧碰边时,能够保证刀具在相同的Z高度试切。
4)沿Z正方向退刀,至工件表面以上,然后移动刀具到工件另一侧,降下刀具至Z0高度,用同样方法接触试切工件另一侧,记下此时机床坐标系中显示的坐标值,如X-125.4。
5)据此可得工件坐标系原点在机床坐标系中坐标值为-125.4/2=-62.7处。移动刀具至X-62.7处,然后在机床面板“原点设置”的界面内,在X坐标右面输入0,然后按回车。此时,工件坐标系X坐标设置完成。
6)相同方法可测得工件坐标系原点在机床坐标系中的Y坐标值。
(2)Z向对刀
1)将刀具快速移至工件上方。
2)起动主轴中速旋转,快速移动工作台和主轴,让刀具快速移动到靠近工件上表面有一定安全距离的位置,做好试切的准备。
3)此时将使用手轮操作,把手轮移动倍率降低到0.01mm,转动手轮让刀具慢慢接近工件表面,注意刀具特别是立铣刀时最好在工件边缘下刀,刀的端面接触工件表面的面积小于半圆,尽量不要使立铣刀的中心孔在工件表面下刀,使刀具端面恰好碰到工件上表面,再将Z轴再抬高0.01mm,然后在机床面板“原点设置”的界面内,在Z坐标右面输入0,然后按回车。此时,工件坐标系Z坐标设置完成。
(3)起动生效
在机床操作面板上面按下“执行”——“执行块”,输入G55O1,按下回车,此时坐标系O1生效。
(4)检验
检验对刀是否正确,这一步是非常关键的。
2.2 塞尺、标准芯棒、块规对刀法
此法与试切对刀法相似,只是对刀时主轴不转动,在刀具和工件之间加入塞尺(或标准芯棒、块规),以塞尺恰好不能自由抽动为准,注意计算坐标时这样应将塞尺的厚度减去。因为主轴不需要转动切削,这种方法不会在工件表面留下痕迹,但对刀精度也不够高。这种方法常用在半精加工和一些对尺寸要求较低的工件的对刀。
(1)塞尺对刀
1)将刀具快速移至工件侧面或上方。
2)此时将使用手轮操作,把手轮移动倍率降低到0.01mm,转动手轮让刀具慢慢接近工件表面。与此同时把塞尺置于工件与刀具之间并来回拖动,直到塞尺恰好不能自由拖动为止,记录此时刀具位置。用相同方法找出几个侧面和顶面的刀具坐标,然后参照试切法算出各轴原点,输入机床设置完成(注意计算坐标时应将塞尺的厚度减去)。
(2)标准芯棒、块规对刀
由于标准芯棒、块规硬度较高,当刀尖压上标准芯棒、块规时,容易造成刀具刀尖损坏,故操作步骤与塞尺略有区别。
1)将刀具快速移至工件侧面或上方。
2)此时将使用手轮操作,把手轮移动倍率降低到0.01mm,转动手轮让刀具慢慢接近工件表面。此时标准芯棒或块规不能停留工件与刀具之间,而是在工件与刀具之间来回通过,如图1所示,直到标准芯棒或块规被刀尖挡住而不能通过,如图2所示。此时将坐标轴往回移动0.01mm,记录此时刀具位置。用相同方法找出各侧面和顶面的刀具坐标,然后参照试切法算出各轴原点,输入机床设置完成(注意计算坐标时应将塞尺的厚度减去)。
2.3 采用寻边器、偏心棒等工具对刀法
操作步骤与采用试切对刀法相似,只是将刀具换成寻边器或偏心棒。
这是最常用的方法,效率高,能保证对刀精度,不会在工件表面留下痕迹。由于寻边器的钢球、偏心棒的接触端都只能向水平方向移动,所以一般只用于X、Y坐标对刀,Z坐标对刀要结合其他方法设置。这种方法常用在半精加工、精加工和一些对尺寸要求较高的工件的对刀。
(1)寻边器对刀
寻边器最主要的两个部分分别是底部钢球和指示灯。对刀时,主轴停止,移动寻边器接触工件,当钢球接触到工件表面时,指示灯会亮起,由此可以找出各方向的参考点坐标。使用寻边器时必须小心,让其钢球部位与工件轻微接触,同时被加工工件必须是良导体,定位基准面有较好的表面粗糙度。
(2)偏心棒对刀
偏心棒主要由夹持端和接触端组成,两部分之间用弹簧连接。使用偏心棒时,必须启动机床主轴以低速旋转,当偏心棒旋转起来后,可观察到偏心棒的接触端与夹持端有明显的偏心现象,如图3所示。移动偏心棒接触工件,偏心棒的接触端与夹持端的偏心现象会趋于平缓,直到两端的旋转中心重合,即偏心现象消失,如图4所示。可把此时刀具位置视为一参考点,由此可以找出各方向的参考点坐标。通过计算得出各轴原点,输入机床设置完成。
2.4 百分表(或千分表)对刀法
该方法使用百分表(或千分表)作为接触工件确定参考点的工具,这种方法精度较高,一般用于精加工和对尺寸精度要求较高的工件,常用于二次装夹和圆形工件的对刀。
(1)普通工件X、Y向对刀
1)把百分表固定在刀柄上。
2)移动百分表接触工件侧面(注意百分表行程),用手转动主轴找出百分表读数最大值,记录下百分表读数并把此处作为一坐标参考点。
3)用同样方法移动百分表接触工件另一侧,转动百分表以确定百分表读数最大值与刚才记录相同。
4)由此可以找出各方向的参考点坐标。通过计算得出各轴原点,输入机床设置完成。
(2)圆形工件X、Y向对刀
1)把百分表固定在刀柄上。
2)移动工作台使主轴中心线(即刀具中心)大约移到工件中心,调节磁性座上伸缩杆的长度和角度,使百分表的触头接触工件的圆周面,用手慢慢转动主轴,使百分表的触头沿着工件的圆周面转动,观察百分表指针的偏移情况,慢慢移动工作台的X轴和Y轴,多次反复后,待转动主轴时百分表的指针基本在同一位置(表头转动一周时,其指针的跳动量在允许的对刀误差内),这时可认为主轴的中心就是X轴和Y轴的原点。
(3)Z向对刀
卸下百分表装上铣刀,用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到Z轴坐标值。
2.5 顶尖对刀法
用肉眼观察,把顶尖尖点移动到与参考点重合。此方法精度受人为因素影响较大,精度较低。
2.6 专用对刀器对刀法
传统对刀方法有安全性差(如塞尺对刀,硬碰硬刀尖易撞坏)、占用机时多(如试切需反复切量几次)及人为带来的随机性误差大等缺点,已经适应不了数控加工的节奏,非常不利于发挥数控机床的功能。用专用对刀器对刀有对刀精度高、效率高、安全性好等优点,把繁琐的靠经验保证的对刀工作简单化了,保证了数控机床的高效高精度特点的发挥,已成为数控加工机上解决刀具对刀不可或缺的一种专用工具。由于加工任务不同,专用对刀器也千差万别,在这里就不再展开了,读者可在具体的工作中根据不同的需要设计不同的对刀器,来满足各自的加工需求。
3 结束语