數(shù)控機(jī)床對(duì)刀方法及誤差研究

1、數(shù)控機(jī)床對(duì)刀方法及誤差研究 摘 要:介紹了數(shù)控機(jī)床的各種誤差和對(duì)刀方法,詳細(xì)分析了數(shù)控機(jī)床的對(duì)刀誤差來(lái)源及相應(yīng)可采取的改善措施。通過(guò)研究這些問(wèn)題,對(duì)提高數(shù)控機(jī)床的加工精度提供了依據(jù)。 關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床;對(duì)刀點(diǎn);刀位點(diǎn);對(duì)刀 1 數(shù)控加工過(guò)程中產(chǎn)生的加工誤差 (1)編程誤差:主要是數(shù)控編程時(shí)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生的插補(bǔ)誤差,主要由于用直線段或圓弧段避近零件輪廓時(shí)產(chǎn)生的。這是影響零件加工精度的一個(gè)重要因素?？梢钥吭黾硬逖a(bǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)解決,但會(huì)增加編程工作量。 (2)刀尖圓弧誤差:在切削內(nèi)孔、外因或端面時(shí),刀尖圓弧不影響其尺寸、形狀,但在加工錐面或圓弧時(shí)受刀尖圓弧影響造成過(guò)切或少切。此誤差可通過(guò)測(cè)量刀尖圓弧半徑,采

2、用刀具半徑補(bǔ)償功能來(lái)消除誤差。 (3)測(cè)量誤差:主要是受量具測(cè)量精度以及測(cè)量者操作方法影響,導(dǎo)致的實(shí)測(cè)尺寸不準(zhǔn)確。此誤差可彌補(bǔ)。 (4)對(duì)刀誤差:此誤差主要產(chǎn)生在對(duì)刀過(guò)程中,刀具在移動(dòng)到起刀點(diǎn)位置時(shí)受操作系統(tǒng)的進(jìn)給修調(diào)比例值影響。解決辦法是合理選擇進(jìn)給修調(diào)比例,尤其是當(dāng)?shù)毒呖拷鸬饵c(diǎn)位置時(shí)采用最小擋進(jìn)給修調(diào)使刀具精確定位于起刀點(diǎn)位置。 (5)機(jī)床系統(tǒng)誤差:受機(jī)床本體影響產(chǎn)生的形位公差,此公差一般不可調(diào)整;伺服單元,驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的重復(fù)定位誤差,主要由系統(tǒng)受機(jī)床脈沖當(dāng)量大小、均勻度及傳動(dòng)路線影響;這些誤差量很小且穩(wěn)定,只有在精密加工時(shí)應(yīng)予以考慮。 2 對(duì)刀方法 數(shù)控加工的對(duì)刀,對(duì)其處理的好壞直接影

3、響到加工零件的精度,還會(huì)影響數(shù)控機(jī)床的操作。所謂對(duì)刀,就是在工件坐標(biāo)系中使刀具的刀位點(diǎn)位于起刀點(diǎn)(對(duì)刀點(diǎn))上,使其在數(shù)控程序的控制下,由此刀具所切削出的加工表面相對(duì)于定位基準(zhǔn)有正確的尺寸關(guān)系,從而保證零件的加工精度要求。在數(shù)控加工中,對(duì)刀的基本方法有試切法、對(duì)刀儀對(duì)刀、ATC對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀等。 2.1 試切法 根據(jù)數(shù)控機(jī)床所用的位置檢測(cè)裝置不同,試切法分為相對(duì)式和絕對(duì)式兩種。在相對(duì)式試切法對(duì)刀中,可采用三種方法:一是用量具(如鋼板尺等)直接測(cè)量,對(duì)準(zhǔn)對(duì)刀尺寸,這種對(duì)刀方法簡(jiǎn)便但不精確;二是通過(guò)刀位點(diǎn)與定位塊的工作面對(duì)齊后,移開(kāi)刀具至對(duì)刀尺寸,這種方法的對(duì)刀準(zhǔn)確度取決于刀位點(diǎn)與定位塊工作面對(duì)齊的

4、精度;三是將工件加工面先光一刀,測(cè)出工件尺寸,間接算出對(duì)刀尺寸,這種方法最為精確。在絕對(duì)式試切法對(duì)刀中,需采用基準(zhǔn)刀,然后以直接或間接的方法測(cè)出其他刀具的刀位點(diǎn)與基準(zhǔn)刀之間的偏差,作為其他刀具的設(shè)定刀補(bǔ)值。以上試切法,采用“試切測(cè)量調(diào)整(補(bǔ)償)”的對(duì)刀模式,故占用機(jī)床時(shí)間較多,效率較低,但由于方法簡(jiǎn)單,所需輔助設(shè)備少,因此廣泛被用經(jīng)濟(jì)型低檔數(shù)控機(jī)床中。 2.2 對(duì)刀儀對(duì)刀 對(duì)刀儀對(duì)刀分為機(jī)內(nèi)對(duì)刀儀對(duì)刀和機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀兩種。機(jī)內(nèi)對(duì)刀儀對(duì)刀是將刀具直接安裝在機(jī)床某一固定位置上(對(duì)車(chē)床,刀具直接安裝在刀架上或通過(guò)刀夾再安裝在刀架上),此方法比較多地用于車(chē)削類(lèi)數(shù)控機(jī)床中。而機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀必須通過(guò)刀夾再

5、安裝在刀架上(車(chē)床),連同刀夾一起,預(yù)先在機(jī)床外面校正好,然后把刀裝上機(jī)床就可以使用了,此方法目前主要用于鏜銑類(lèi)數(shù)控機(jī)床中,如加工中心等。采用對(duì)刀儀對(duì)刀需添置對(duì)刀儀輔助設(shè)備,成本較高,裝卸刀具費(fèi)力,但可節(jié)省機(jī)床的對(duì)刀時(shí)間,提高了對(duì)刀精度,一般用于精度要求較高的數(shù)控機(jī)床中。 2.3 ATC對(duì)刀 AIC對(duì)刀是在機(jī)床上利用對(duì)刀顯微鏡自動(dòng)計(jì)算出刀具長(zhǎng)度的方法。由于操縱對(duì)刀鏡以及對(duì)刀過(guò)程還是手動(dòng)操作和目視,故仍有一定的對(duì)刀誤差。與對(duì)刀儀對(duì)刀相比,只是裝卸刀具要方便輕松些。自動(dòng)對(duì)刀是利用CNC裝置的刀具檢測(cè)功能,自動(dòng)精確地測(cè)出刀具各個(gè)坐標(biāo)方向的長(zhǎng)度,自動(dòng)修正刀具補(bǔ)償值,并且不用停頓就直接加工工件。與前面的

6、對(duì)刀方法相比,這種方法減少了對(duì)刀誤差,提高了對(duì)刀精度和對(duì)刀效率,但需由刀檢傳感器和刀位點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)組成的自動(dòng)對(duì)刀系統(tǒng),而且CNC系統(tǒng)必須具備刀具自動(dòng)檢測(cè)的輔助功能,系統(tǒng)較復(fù)雜,投入資金大,一般用于高檔數(shù)控機(jī)床中。 2.4 自動(dòng)對(duì)刀 自動(dòng)對(duì)刀是利用CNC裝置的刀具檢測(cè)自動(dòng)修正刀具補(bǔ)償值功能,自動(dòng)精確地測(cè)出刀具各個(gè)坐標(biāo)方向的長(zhǎng)度,并且不用停頓就直接加工工件。自動(dòng)對(duì)刀亦稱刀尖檢口功能,如下圖1: 在加工中心上一次安裝工件后,需用刀庫(kù)中的多把刀具加工工件的多個(gè)表面。為提高對(duì)刀精度和對(duì)刀效率,一般采用機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀、ATC對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀等方法,其中機(jī)外對(duì)儀對(duì)刀一般廣泛用于中檔鏗銑類(lèi)加工中心上。在采用對(duì)刀儀

7、對(duì)刀時(shí),一般先選擇基準(zhǔn)芯棒對(duì)準(zhǔn)好工件表面,以確定工件坐標(biāo)原點(diǎn),然后選擇某一個(gè)方便對(duì)刀的面,采用動(dòng)態(tài)(刀轉(zhuǎn))對(duì)刀方式。 3 加工誤差的原因及采取的措施 概括起來(lái),產(chǎn)生對(duì)刀誤差的原因有: (1)當(dāng)用試切法對(duì)刀時(shí),對(duì)刀誤差主要來(lái)源于試切工件之后的測(cè)量誤差和操作過(guò)程中目測(cè)產(chǎn)生的誤差。 (2)當(dāng)使用對(duì)刀儀、對(duì)刀鏡對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀時(shí),誤差主要未源于儀器的制造、安裝和測(cè)量誤差,另外使用儀器的技巧欠佳也會(huì)造成誤差。 (3)測(cè)量刀具時(shí)是在靜態(tài)下進(jìn)行的,而加工過(guò)程是動(dòng)態(tài)的,同時(shí)要受到切削力和振動(dòng)外力的影響,使得加工出來(lái)的尺寸和預(yù)調(diào)尺寸不一致。此項(xiàng)誤差的大小決定于刀具的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)剛度。 (4)在對(duì)刀過(guò)程中,大多時(shí)候要

8、執(zhí)行“機(jī)床回參考點(diǎn)”的操作,在此過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移而導(dǎo)致回零誤差,從而產(chǎn)生對(duì)刀誤差。 (5)機(jī)床內(nèi)部都有測(cè)量裝置,最小度量單位的大小也與誤差有關(guān)。一般說(shuō)來(lái),最小度量單位大的測(cè)裝置其誤差就大,最小度量單位小的測(cè)量裝置其誤差就小。 減小對(duì)刀誤差的主要措施有: (1)當(dāng)用試切法對(duì)刀時(shí),操作要細(xì)心。對(duì)刀后還要根據(jù)刀具所加工零件的實(shí)際尺寸和編程尺寸之間的誤差來(lái)修正刀具補(bǔ)償值,還要考慮機(jī)床重復(fù)定位精度對(duì)對(duì)刀精度的影響以及刀位點(diǎn)的安裝高度對(duì)對(duì)刀精度的影響。 (2)當(dāng)使用儀器對(duì)刀時(shí),要注意儀器的制造、安裝和測(cè)量精度。要掌握使用儀器的正確方法。 (3)選擇刀具時(shí)要注意刀具的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)剛度。 (4)定期檢查

9、數(shù)控機(jī)床零點(diǎn)漂移情況,注意及時(shí)調(diào)整機(jī)床。 通過(guò)采用試切法與近似定值法法對(duì)零件進(jìn)行加工,每種方法均加工五個(gè)零件。分別測(cè)量其軸向尺寸與其中一個(gè)徑向尺寸(10),求尺寸偏差絕對(duì)值的平均值,平均值大的那一組工件說(shuō)明其對(duì)刀誤差較大。 如果零件的軸向尺寸精度要求高的話,不要用手動(dòng)測(cè)量的試切對(duì)刀,因?yàn)闇y(cè)量時(shí)的人為誤差難以避免,可用系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量的那種試切對(duì)刀方法,不過(guò)也要看系統(tǒng)測(cè)量精度是否與需要保證的尺寸精度。如果零件的徑向尺寸要求較高,盡量不要用近似定值法對(duì)刀,此對(duì)刀方法很難保證刀剪準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)工件旋轉(zhuǎn)中心。不過(guò)這種方法對(duì)刀零件的軸向尺寸不會(huì)有太大的誤差,因?yàn)閷?duì)刀時(shí)的軸向尺寸是系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量的,避免了人為誤差的介入。 參考文獻(xiàn) 1陳國(guó)平.數(shù)控機(jī)床加工的對(duì)刀技巧J.機(jī)床與液壓,20