數(shù)控車床對刀方法的分析

PAGE20題目：數(shù)控車床對刀方法的分析

摘要對刀是數(shù)控加工中最基礎(chǔ)的一個環(huán)節(jié)，本文闡述了有關(guān)對刀的幾種方法，其中試切法對刀，是數(shù)控車床最基礎(chǔ)的操作技能之一。這里介紹的絕對對刀法和相對對刀法具有非常普遍的通用性和代表性，在大多數(shù)數(shù)控車床系統(tǒng)中均有選用。只是有些系統(tǒng)在界面上表現(xiàn)的含混，而西門子802DT系統(tǒng)在界面上表現(xiàn)的比較清楚而已。把對刀的機理搞清了，可以在機床操作中思路更加明確，效率更高，在拓展使用其他一些方法時，也更容易理解關(guān)鍵詞：手動試切法;相對對刀;絕對對刀;目錄1對刀的原理分析……………11.1概述………………………11.2對刀原理…………………12對刀的方法…………………62.1試切法對刀………………62.2絕對對刀…………………62.3相對對刀…………………73典型事例分析………………94上述對刀方法的技巧………12結(jié)論………………13參考文獻…………14致謝………………151對刀的原理分析1.1概述數(shù)控車床的對刀是數(shù)控車削加工前必須進行的一步工作，它直接關(guān)系到工件加工的可靠性和準確性。目前，許多數(shù)控系統(tǒng)的說明書中，對這項功能都有介紹，但大多只是操作方法和步驟的提示并不涉及其工作原理。這樣不利于準確理解和掌握這些方法。以西門子802DT數(shù)控系統(tǒng)為例，以手動試切法為基礎(chǔ)，對數(shù)控車床的相對對刀、絕對對刀進行了分析，并討論其應(yīng)用。1.2對刀原理下面以西門子802DT系統(tǒng)中的對刀為例說明對刀的方法及步驟（在[測量刀具]-[手動測量]功能下）：X向?qū)Φ叮喝鐖D1.2-1所示，用所選刀具在加工余量范圍內(nèi)試切工件。試切一段外圓后，徑向不能退刀，可軸向移動，按[存儲位置]鍵，界面中“存儲位置”欄顯示刀具當(dāng)前的機床坐標(biāo)值（注意在這之前要切換到機床坐標(biāo)系），然后測量車削后的直徑，記錄下來，輸入到界面中的直徑“”欄中，“距離”欄輸入“0”，然后按[設(shè)置長度]鍵，系統(tǒng)自動計算出“長度1”欄里的值。這里的“長度1圖1.2-1X向?qū)Φ督缑鎴D示Z向?qū)Φ叮喝鐖D1.2-2所示，按[長度2]鍵，然后將刀具沿+Z方向退回到工件端面余量處一點，徑向切削到端面中點附近，軸向不能退刀，可徑向移動，在“Z0欄”處輸入“0”，選“ABS”,按[設(shè)置長度2]鍵系統(tǒng)自動計算出Z向的偏移值為。這里的“長度2圖1.2-2Z向?qū)Φ督缑鎴D示由上敘的對刀引出一個問題，即如何確定工件坐標(biāo)系和機床坐標(biāo)系之間的關(guān)系？下面就根據(jù)所提出的問題進行具體的分析如圖1.2-3所示，理論上，工件坐標(biāo)系原點（）與機床坐標(biāo)系原點（M）的距離X軸向為，Z軸為，即工件原點的機床坐標(biāo)系為（-，-）。但由于編制程序時，工件坐標(biāo)數(shù)據(jù)是以刀具（刀尖）的運動軌跡為基準。因此，在確定工件坐標(biāo)系原點時必須以刀尖到達工件原點時刀架的坐標(biāo)為基準。圖1.2-3對刀坐標(biāo)系圖示假設(shè)刀具刀尖正好停在了工件右端面的中點處（即工件坐標(biāo)系原點)，這時刀架的機床坐標(biāo)即刀位點為（，）。換句話說，刀架停在（，）時，因為刀尖的位置正好是工件原點位置，則工件原點的機床坐標(biāo)值就是此時刀位點所對應(yīng)的機床坐標(biāo)值：（，）。顯然，從圖中可以得出，MB直線平行且等于直線AO。則MB的X軸分量=AO的X軸分量=刀架在B點的X坐標(biāo)絕對值。MB的Z軸分量=AO的Z軸分量=刀架在B點的Z坐標(biāo)絕對值。設(shè)刀架在機床原點時，刀尖A與工件原點O在X軸和Z軸的距離分別為：和，可以得出以下推論：（1）刀具相對于機床原點向負方向偏移和，刀尖正好到達工件原點，則刀具的幾何刀偏值為-和-；（2）工件原點相對于機床原點偏移-和-，即原點偏值為和；（3）工件原點的機床坐標(biāo)為（-，-）。通過假設(shè)，根據(jù)刀架的運動，明確了工件坐標(biāo)系和機床坐標(biāo)系的關(guān)系。但在實際中，不可能用目測的方法，就可以把刀尖正好對在工件右端面中點上，因此，只有通過試切的方法，并經(jīng)過計算，才能合理地確定工件原點。如圖1.2-4所示。以1號刀為例，當(dāng)?shù)都芡Ｔ跈C床原點時，機床坐標(biāo)為（0,0）。刀架向工件移動，進行工件外圓試切，圖中刀架在左位所示。此時刀尖正好與外圓接觸，顯然，刀架在X軸移動的距離a加上工件的半徑值，正好等于刀架在機床原點時，刀尖到工件原點在X軸上的距離，即:=a+(/2)。圖1.2-4刀架移動圖示考慮到刀具偏移和坐標(biāo)系統(tǒng)具有方向性，則為：=（-a)-(/2)。這里（-a)即為刀架在當(dāng)前位置的X軸坐標(biāo)。從新歸納，即為：刀具X軸的偏移=刀具當(dāng)前的X坐標(biāo)-工件的半徑。如果這里的機床坐標(biāo)系是半徑標(biāo)注法，比如X坐標(biāo)為（-90）測得的工件直徑為80mm，則為：刀具X的偏移=（-90）-40=-130mm。如果是直徑標(biāo)注法，比如X軸坐標(biāo)為-180，測得的工件直徑為80mm,則：刀具X軸的偏移=（-90-40=-130。如果是直徑標(biāo)注法，比如X坐標(biāo)為-180，測得的工件直徑為80mm，則：刀具的偏移=（-180）-80=-260mm。這是因為在直徑標(biāo)注法中，X軸的尺寸和數(shù)據(jù)均為實際值的兩倍，即在該坐標(biāo)系統(tǒng)中，工件的半徑取直徑的數(shù)值。刀具Z軸偏移量，等于試切工件端面時刀架Z軸坐標(biāo)的絕對值，考慮偏移的方向性。即為：刀具Z軸的偏移=刀具當(dāng)前的Z坐標(biāo)。以上機床坐標(biāo)系的原點在參考點上，工作區(qū)域內(nèi)的機床坐標(biāo)均為負值。如果機床坐標(biāo)系原點設(shè)在主軸與卡盤后端面的交點上，則機床坐標(biāo)均為正值，那么，上述計算公式中相關(guān)參數(shù)的符號就應(yīng)做出相應(yīng)的變化。例如，有一段加工程序：T1D1F0.2G0X0Z10這兩條指令的意思是：換1號刀，刀尖快速到達工件坐標(biāo)系的（X=0,Z=10)的位置。如圖1.2-5所示。一個工件毛坯已安裝到機床上，并且按工件圖紙標(biāo)注了相關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)。圖1.2-5工件毛坯加工坐標(biāo)系假設(shè)工件原點的機床坐標(biāo)為（-100。-200），則工件上其他點的機床坐標(biāo)，可以用工件原點的機床坐標(biāo)加上該點的工件坐標(biāo)計算（均按半徑標(biāo)注）。例如：A點的工件坐標(biāo)為：（25,0），則機床坐標(biāo)為：（X=-100+25=-75,Z=-200+0=-200)；B點的工件坐標(biāo)為：（25,-45），則機床坐標(biāo)為：（X=-100+25=-75,Z=-200-45=-245)；C點的工件坐標(biāo)為：（35，-68），則機床坐標(biāo)為：（X=-100+35=-65，Z=-200-68=-268）；依次類推，可以得到工件所有點的機床坐標(biāo)。但是，工件夾緊到卡盤上時，系統(tǒng)是無法自動知道工件原點在機床上的什么位置，只有通過試切對刀操作，并且經(jīng)過系統(tǒng)計算，才能確定工件坐標(biāo)系的原點在機床坐標(biāo)系中的地址。由此可見，所謂對刀，是將工件坐標(biāo)系與機床坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)的一種操作。2對刀的方法數(shù)控車床的對刀的方法很多，其中常用的對刀方法有以下三種：2.1試切法對刀試切對刀的基本原理是通過每一把刀具對同一工件進行試切削，分別測量出其切削部位的直徑和軸向尺寸，來計算出各刀具刀尖在x軸和z軸的相對尺寸，從而確定各刀具的刀補量，由于試切法不需要任何輔助設(shè)備，所以被廣泛地用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。試切法對刀按照“試切一測量一調(diào)整”的對刀模式，要較多地占用機床時間。2.2絕對對刀法絕對對刀法是以機床坐標(biāo)系原點作為參考基準的，且把每個刀的刀偏值都可計算出來。刀具經(jīng)過這樣的刀偏設(shè)置后，就可以直接在程序中調(diào)用，例如：M03S800F10T1D1（例如：刀偏值為X：-130，Z：-395.833）T2D1（例如：刀偏值為：X：-132，Z:-396.833,說明這個刀比1號刀短）T3D1（例如：刀偏值為X：-129，Z：-394.833，說明這個刀比1號刀長）M02絕對對刀法容易理解，操作簡單，而且各個刀具的偏移值互不關(guān)聯(lián)，因而修改和調(diào)整方便，所以在實際加工中用的比較多。2.3相對對刀法提到相對對刀法就得提到原點偏置，原點偏置就是計算出工件坐標(biāo)系的原點在機床坐標(biāo)中的位置。它不是一個獨立的概念，它是絕對對刀法產(chǎn)生結(jié)果的另一種應(yīng)用。為了計算其他相對于基準的偏移值，需要用其他刀具刀尖分別輕貼基準刀試切后的表面（外圓面和端面），并記錄下當(dāng)前的X,Z坐標(biāo)，然后分別減去基準刀的X軸和Y軸的原點偏移值，其結(jié)果即為該刀具相對于基準刀的偏移值。經(jīng)過這樣的設(shè)置后，就可以在程序中調(diào)用，例如：G54（如偏置值為X:-130,Z:-395.833)M03S800F100T1D1調(diào)用基準刀（刀偏值為：X:0,Z:0)T2D1調(diào)用2號非基準刀（刀偏值為X:-2,Z:-1,說明這個刀比基準刀短）T3D1調(diào)用3號非基準刀（刀偏值為X:+1,Z+1,說明這個刀比基準刀長）M02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。3典型事例分析（以手動試切對刀為例）如圖3-1所示工件圖3-1刀架上裝三把刀，1號刀為90°外圓偏刀，2號刀為切斷刀，3號刀為外螺紋刀，以西門子802DT系統(tǒng)中的試切對刀的步驟如下（在[測量刀具]-[手動測量]功能下）。X向?qū)Φ叮海?）開啟機床，釋放“急停”按鈕，按“回零”，再按“+X”和“+Z”，執(zhí)行回參考點操作。（2）如圖3-2用所選刀具在加工余量范圍內(nèi)試切工件外圓（這里選用1號刀，1號刀沿，工件毛坯直徑為80mm）試切一段外圓后，徑向不能退刀，可軸向移動，按[存儲位置]鍵，界面中“存儲位置”欄顯示刀具當(dāng)前的機床坐標(biāo)值（X：-90,100）（注意在這之前要切換到機床坐標(biāo)系），（3）按“主軸停止”停止主軸，然后測量試切部分的直徑，測得直徑為Φ79.8，輸入到界面中的直徑“”欄中，“距離”欄輸入“0”，然后按[設(shè)置長度]鍵，系統(tǒng)自動計算出“長度1”欄里的值，為“-130”。這里的“長度1”欄里的值即為1號刀X向的偏移值。如圖3-3所示圖3-2圖3-3Z向?qū)Φ叮海?）如圖3-4所示，按[長度2]鍵，然后將刀具沿+Z方向退回到工件端面余量處一點，徑向切削到端面中點附近，軸向不能退刀，可徑向移動，圖3-4圖3-5（2）在“Z0欄”處輸入“0”，選ABS",按[設(shè)置長度2]鍵，系統(tǒng)自動計算出Z向的偏移值為：-396.534。這里的“長度2”欄里的值即為Z向的偏移，值如圖3-5所示。2號刀的對刀步驟與1號刀類似，只不過不能切端面，具體如下：X向?qū)Φ叮海?）按“刀位轉(zhuǎn)換”將2號刀換到切削位置，如圖3-6用所選刀具在加工余量范圍內(nèi)試切工件外圓（這里選用2號刀，2號刀沿，工件毛坯直徑為80mm）試切一段外圓后，徑向不能退刀，可軸向移動，如圖3-6所示圖3-6圖3-7(2)按“主軸停止”停止主軸，然后測量試切部分的直徑，測得直徑為Φ71.63，輸入到界面中的直徑“”欄中，“距離”欄輸入“0”，然后按[設(shè)置長度]鍵，系統(tǒng)自動計算出“長度1”欄里的值“-130.151”。這里的“長度Z向?qū)Φ叮喝鐖D3-8所示，按[長度2]鍵，然后將刀具沿+Z方向退回到工件端面余量處一點，徑向輕輕貼觸端面，軸向不能退刀，可徑向移動，圖3-8圖3-9（2）在“Z0欄”處輸入“0”，選ABS",按[設(shè)置長度2]鍵，系統(tǒng)自動計算出Z向的偏移值為：-472.559。這里的“長度2”欄里的值即為Z向的偏移，值如圖3-9所示。3號刀對刀的方法和1號刀、2號刀一樣這里不再贅述。實際加工中，不可能用目測的方法，就可以把刀尖正好對在工件右端面中點上，因此，只有通過試切的方法，并經(jīng)過計算，才能合理地確定工件原點。4上述對刀方法的技巧（1）試切法對刀用的坯件材料宜選用易切削材料。（2）試切件的測量精度是影響對刀精度的主要因素，應(yīng)根據(jù)工件的精度要求選擇量具并選擇相適應(yīng)的測量方法。（3）模擬定值時，刀具與工件接觸時只能有微量切屑，也可以在坯件上涂上顯示劑或粉筆灰觀察刀具與工件的接觸情況。（4）編制程序和工件加工前，在選擇采用絕對對刀還是相對對刀法時，思路一定要清晰，一個工件程序最好只選擇一種對刀方法。（5）在使用G54功能進行零點偏置前，一定要將“基準偏置”清零，否則得出的G54偏置值會出錯。（6）不能用G54原點偏置后又進行絕對對刀。以1號刀為例，1號刀刀偏值先清零，用G54偏置，偏置結(jié)果為（-130，-395.833)。如果這時又重復(fù)計算了1號刀刀偏，刀偏值為（-130，-395.833），顯然，這種雙重偏置計算得出的工件原點遠遠超出了機床的有效坐標(biāo)區(qū)域，是非常錯誤的。結(jié)論本論文簡述的對刀過程是數(shù)控加工中的一個很關(guān)鍵的的步驟，對于操作者來說對刀操作是難點問題，一般操作工只是記下操作步驟不能真正做到在理論上充分理解，而試切法對刀又是操作者必須掌握的，只要掌握了基本的試切對刀法，就會融匯貫通掌握了絕對對刀和相對對刀的方法。參考文獻：[1]夏寶林．經(jīng)濟型數(shù)控車床的試切法對刀策略[J]．現(xiàn)代制造工程，2004(10)：10—11；[2]楊毅．?dāng)?shù)控加工的工藝設(shè)計[J]_I_機械工程師，2001，2(2)：24—26．[3]龍永蓮．?dāng)?shù)控車床對刀操作時容易出現(xiàn)的問題及操作注意事項[J]．機床與液壓，2008(10)：