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    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    [原創(chuàng)內(nèi)容] 發(fā)布于:2019-04-19 16:21:27 閱讀:1727次 編輯:思誠市場部
    摘要:在零件的數(shù)控加工中,對刀操作是基本要領(lǐng)。而深入認(rèn)識對刀原理有助于編程加工的正確操作和相關(guān)參數(shù)的正確設(shè)置。本文以GSK980Tdb數(shù)控車床和Fanuc數(shù)控銑床為例,對控機(jī)床對刀原理作了理論上的探討和應(yīng)用舉例。

    1.問題的提出

    在一次校企合作培訓(xùn)中,該公司大多數(shù)數(shù)控學(xué)習(xí)者知道數(shù)控機(jī)床對刀操作,但對數(shù)控機(jī)床對刀原理不知其所以然,有時出現(xiàn)一些莫名其妙的錯誤,導(dǎo)致產(chǎn)品超差報廢。本文以數(shù)控車床和數(shù)控銑床為例,闡述有關(guān)數(shù)控機(jī)床對刀原理。

    (1)數(shù)控車床對刀原理。對刀的目的是確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的相互位置關(guān)系。工件裝夾在機(jī)床上后,工件(工件坐標(biāo)系)的位置在機(jī)床坐標(biāo)系中是具體的,這一具體的位置是通過對刀操作來確定的。

    因為刀位點的位置坐標(biāo)計算是以工件坐標(biāo)系(或編程坐標(biāo)系)的原點為參考來進(jìn)行計算的,而刀具的運(yùn)動是以機(jī)床坐標(biāo)系的原點為參考的,如果刀具要有明確的運(yùn)動,就必須知道刀具的刀位點運(yùn)動到給定的編程坐標(biāo)時,相對應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)是多少。換句話來說,工件裝夾在機(jī)床上后,工件坐標(biāo)系相當(dāng)于機(jī)床坐標(biāo)系的一個子坐標(biāo),只有確定兩個坐標(biāo)之間的偏置關(guān)系,才能完成兩個坐標(biāo)系之間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換(將刀位點在編程坐標(biāo)系里的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成機(jī)床坐標(biāo)系里面的坐標(biāo)),刀具才有明確的運(yùn)動,而這一偏置關(guān)系是通過對刀來實現(xiàn)的。

    以試切對刀為例,對GSK980Tdb數(shù)控車床對刀原理作一個簡單的介紹。

    如圖1所示,設(shè)刀具在X方向和Z方向的長度分別為a、b(相對于刀架中心,a、b不一定要有確定的數(shù)據(jù)),試切外圓后刀具直徑為φ,X方向零點偏置為x(負(fù)值);試切端面后,Z方向零點偏置為z(負(fù)值)。

    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    刀具運(yùn)動到編程坐標(biāo)系原點時的機(jī)床坐標(biāo)為(2x―φ,z)(這一坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)控制面板在刀補(bǔ)中通過輸入“Xφ”和“Zo”由數(shù)控系統(tǒng)自動計算獲得并儲存),而工件坐標(biāo)系原點在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置為(2x-φ-a,z-b)。

    設(shè)工件坐標(biāo)系(或編程坐標(biāo)系)中刀位點任意一點的編程坐標(biāo)為A(m,n),則將此點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)床坐標(biāo)系里面的坐標(biāo)為(2x-φ-a+m,z-b+n),而此時相應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)(刀架中心)為(2x-φ-a+m+a,z-b+n+b),即(2x-φ+m,z+n)(與刀具長度無關(guān)),此時刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動坐標(biāo)。

    所以對刀操作后,通過刀補(bǔ)的設(shè)定,便能確定任意刀具刀位點到達(dá)工件坐標(biāo)系原點時的機(jī)床坐標(biāo)(2x-φ,z),從而完成兩個坐標(biāo)系之間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換,并且確定相對應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo),此時刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動。

    (2)數(shù)控銑床對刀原理。數(shù)控銑床對刀原理和數(shù)控車床對刀原理相似,通過對刀確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的空間位置關(guān)系,并將對刀數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)的存儲位置。

    參考前述數(shù)控車床對刀原理可以看出,對刀操作的實質(zhì)是確定任意刀具刀位點到達(dá)工件坐標(biāo)系原點時的機(jī)床坐標(biāo),并記錄在機(jī)床里面,從而完成兩個坐標(biāo)系之間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換,并且確定相對應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo),此時刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動。下面以Fanuc數(shù)控銑床XK7145A兩種情況為例,將工件坐標(biāo)系的原點設(shè)置在長方體工件上表面的中心處(見圖2),簡要介紹其對刀基本原理。

    情景一:刀具裝上主軸對刀。先將機(jī)床參考點回零后,機(jī)床原點歸于正向極限位置。通過對刀后,機(jī)床坐標(biāo)顯示為(a,b,c),即各軸偏置量,如圖2a所示。刀長為L,如圖2b所示,則工件坐標(biāo)系原點在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置為(a,b,c-L)。

    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    設(shè)任意編程坐標(biāo)為A(m,n,o),則將此點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)床坐標(biāo)系里面的坐標(biāo)為(a+m,b+n,o+c-L),而此時相應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)(主軸端面中心)為(a+m,b+n,o+c-L +L),即(a+m,b+n,o+c)(與刀長無關(guān)),此時刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動坐標(biāo)。

    情景二:刀具不裝上主軸對刀(見圖3)。先將機(jī)床參考點回零后,機(jī)床原點歸于正向極限位置。通過對刀后,機(jī)床坐標(biāo)顯示為(a,b,c), 如圖3所示,即各軸偏置量,則工件坐標(biāo)系原點在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置為(a,b,c)。

    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    設(shè)任意編程坐標(biāo)為A(m,n,o),設(shè)刀長為L,則將此點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)床坐標(biāo)系里面的坐標(biāo)為(a+m,b+n,o+c),而此時相應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)(主軸端面中心)為(a+m,b+n,o+c+L)(與刀長無有關(guān)),此時刀具有明確的機(jī)床運(yùn)動坐標(biāo)。

    此種情況對刀必須知道刀具長度L,其長度一般通過機(jī)外對刀儀對刀測量獲得。

    2.數(shù)控銑床對刀應(yīng)用示例

    現(xiàn)僅對數(shù)控銑床對刀應(yīng)用操作作一個示例介紹。

    (1)對刀操作基本條件。①尋邊器,完成水平方向的對刀(見圖4)。②Z軸設(shè)定器,完成高度方向的對刀(見圖5)。

    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    (2)對刀操作基本步驟。①將尋邊器上、下部分人為稍偏心,裝于主軸。②選擇“MDI”操作方式,輸入“M03 S600”啟動主軸正轉(zhuǎn)。③通過“手輪”(或“手動”)模式使刀具靠近工件。④Y方向?qū)Φ?。⑤X方向?qū)Φ丁"轟方向?qū)Φ?。⑦檢驗對刀的正確性。

    Y方向?qū)Φ叮和ㄟ^調(diào)節(jié)手輪使尋邊器與工件一側(cè)面與刀具接觸,當(dāng)?shù)毒呓咏ぜr,注意調(diào)整手輪的步距,選擇“×10”檔,當(dāng)尋邊器上下部分由偏心運(yùn)動轉(zhuǎn)為同軸運(yùn)動時,其狀態(tài)由抖動變?yōu)榻旗o止?fàn)顟B(tài),如圖6所示,此時認(rèn)為已找到該側(cè)面;按下“POS”鍵、軟鍵“相對”或“綜合”,輸入Y,按“歸零”軟鍵,如圖7所示;操縱主軸使尋邊器向上抬起,使之離開工件上表面一定距離,通過操作手輪使尋邊器與工件另一側(cè)面接觸,找正判別方法與上述相同,如圖8所示;記下CRT上顯示的“現(xiàn)在位置(相對坐標(biāo))”下的Y值,計算出Y1=Y/2;操作手輪,Z軸抬刀,再沿Y方向移動工作臺至CRT上顯示的“現(xiàn)在位置(相對坐標(biāo))”下的Y值為Y1的位置,如圖9所示;在G54(注意:必須與加工程序中的選擇工件坐標(biāo)系指令一致)下設(shè)置Y值;按MDI鍵盤上的“OFFSET SETTING”鍵,按“坐標(biāo)系”軟鍵,進(jìn)入坐標(biāo)系參數(shù)設(shè)定界面(見圖10、圖11),用方位鍵“↓”將光標(biāo)移至G54坐標(biāo)參數(shù)設(shè)定區(qū),將光標(biāo)移至Y的坐標(biāo),輸入Y0, 按“測量”軟鍵。

    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    X方向?qū)Φ叮篨方向?qū)Φ兜牟僮鬟^程類似于Y方向的對刀過程,不再贅述。

    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    Z方向?qū)Φ叮孩僦鬏S不轉(zhuǎn),將Z軸設(shè)定器置于工件上表面,如圖12所示。②操作手輪,使刀具與軸設(shè)定器心軸的上表面剛好接觸,燈亮(見圖13)即停止刀具Z向運(yùn)動。③在G54下設(shè)置Z值:按MDI鍵盤上的“OFFSET SETTING”鍵,按“坐標(biāo)系”軟鍵,進(jìn)入坐標(biāo)系參數(shù)設(shè)定界面,用方位鍵↓將光標(biāo)移至G54坐標(biāo)參數(shù)設(shè)定區(qū),將光標(biāo)移至Z的坐標(biāo),輸入(Z0- Z軸設(shè)定器的高度值),按“測量”軟鍵。

    數(shù)控機(jī)床對刀原理與應(yīng)用探討

    如果沒有Z軸設(shè)定器的情況下,可以采取試切工件上表面的方法,即讓刀具轉(zhuǎn)動,在工件上表面輕輕刮起一層切屑為找正標(biāo)準(zhǔn),再輸入Z0即可)。

    檢驗對刀的正確性:①X、Y坐標(biāo)檢驗:操作手輪使刀具在Z方向離開工件上表面一定的距離;選擇MDI模式;按下PROG鍵;輸入“G54  G00  X0  Y0 ;”;按下“循環(huán)啟動”按鈕,觀察刀具是否到達(dá)(X0,Y0),到達(dá)設(shè)定位置,說明對刀正確,否則錯誤。②Z坐標(biāo)檢驗:操作手輪使工件遠(yuǎn)離機(jī)床主軸軸線。選擇MDI模式;按下PROG鍵;輸入“G54 G01 Z0 F300 ;”;按下“循環(huán)啟動”按鈕,注意觀察刀具下降的過程,如果刀位點到達(dá)設(shè)定的Z0位置后停下來,說明對刀正確,如果刀具端面超過工作上表面而未停止,立即按下“急?!卑粹o。

    3.結(jié)語

    通過以上內(nèi)容的探討,使操作者對數(shù)控機(jī)床對刀操作有一個深刻的認(rèn)識,使操作者在設(shè)置刀補(bǔ)和靈活處理尺寸公差時有據(jù)可依,從而避免了尺寸超差,保障了公司產(chǎn)品質(zhì)量。

    (本文刊登于《金屬加工(冷加工)》雜志2015年第23期,作者單位:廣東理工職業(yè)學(xué)院,中山金屬制品有限公司  )

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