数控车床对刀方法的分析

数控车床对刀方法的分析 题目: 数控车床对刀方法的分析 摘 要 对刀是数控加工中最基础的一个环节，本文阐述了有关对刀的几种方法，其中试切法对刀，是数控车床最基础的操作技能之一。这里介绍的绝对对刀法和相对对刀法具有非常普遍的通用性和代表性，在大多数数控车床系统中均有选用。只是有些系统在界面上表现的含混，而西门子802DT 系统在界面上表现的比较清楚而已。把对刀的机理搞清了，可以在机床操作中思路更加明确，效率更高，在拓展使用其他一些方法时，也更容易理解 关键词:手动试切法; 相对对刀; 绝对对刀; 目 录 1 对刀的原理分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1 概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2 对刀原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2 对刀的方法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.1 试切法对刀 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2 绝对对刀 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3 相对对刀 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 3 典型事例分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4 上述对刀方法的技巧 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 1 对刀的原理分析 1.1 概述 数控车床的对刀是数控车削加工前必须进行的一步工作，它直接关系到工件加工的可靠性和准确性。目前，许多数控系统的说明书中，对这项功能都有介绍，但大多只是操作方法和步骤的提示并不涉及其工作原理。这样不利于准确理解和掌握这些方法。以西门子802DT数控系统为例，以手动试切法为基础，对数控车床的相对对刀、绝对对刀进行了分析，并讨论其应用。 1.2 对刀原理 下面以西门子802DT系统中的对刀为例说明对刀的方法及步骤(在[测量刀具]-[手动测量]功能下): X向对刀:如图1.2-1所示，用所选刀具在加工余量范围内试切工件。试切 一段外圆后，径向不能退刀，可轴向移动，按[存储位置]键，界面中“存储位置”栏显示刀具当前的机床坐标值(注意在这之前要切换到机床坐标系)，然后测量车削后的直径，记录下来，输入到界面中的直径“”栏中，“距离”栏输入“0”，然后按[设置长度]键，系统自动计算出“长度1”栏里的值。这里的“长度1”栏里的值即为1号刀X向的偏移值。 图1.2-1 X向对刀界面图示 Z向对刀:如图1.2-2所示，按[长度2]键，然后将刀具沿+Z方向退回到工件端面余量处一点，径向切削到端面中点附近，轴向不能退刀，可径向移动，在“Z0栏”处输入“0”，选“ABS”,按[设置长度2]键系统自动计算出Z向的偏移值为。这里的“长度2”栏里的值即为Z向的偏移值。 图1.2-2 Z向对刀界面图示 由上叙的对刀引出一个问题，即如何确定工件坐标系和机床坐标系之间的关系,下面就根据所提出的问题进行具体的分析 如图1.2-3所示，理论上，工件坐标系原点()与机床坐标系原点(M)的距离X轴向为，Z轴为，即工件原点的机床坐标系为(-，-)。但由于编制程序时，工件坐标数据是以刀具(刀尖)的运动轨迹为基准。因此，在确定工件坐标系原点时必须以刀尖到达工件原点时刀架的坐标为基准。 图1.2-3对刀坐标系图示 假设刀具刀尖正好停在了工件右端面的中点处(即工件坐标系原点 ，这时刀架的机床坐标即刀位点为(，)。换句话说，刀架停在(，)时，因为刀尖的位置正好是工件原点位置，则工件原点的机床坐标值就是此时刀位点所对应的机床坐标值:(，)。 显然，从图中可以得出，MB直线平行且等于直线AO 。则MB的X轴分量 AO的X轴分量 刀架在B点的X坐标绝对值。MB的Z轴分量 AO 的Z轴分量 刀架在B点的Z坐标绝对值。 设刀架在机床原点时，刀尖A与工件原点O在X轴和Z轴的距离分别为:和，可以得出以下推论: (1)刀具相对于机床原点向负方向偏移和，刀尖正好到达工件原点，则刀具的几何刀偏值为-和-;(2)工件原点相对于机床原点偏移-和-，即原点偏值为和;(3)工件原点的机床坐标为(-，-)。通过假设，根据刀架的运动，明确了工件坐标系和机床坐标系的关系。 但在实际中，不可能用目测的方法，就可以把刀尖正好对在工件右端面中点上，因此，只有通过试切的方法，并经过计算，才能合理地确定工件原点。 如图1.2-4所示。以1号刀为例，当刀架停在机床原点时，机床坐标为(0,0)。刀架向工件移动，进行工件外圆试切，图中刀架在左位所示。此时刀尖正好与外圆接触，显然，刀架在X轴移动的距离a加上工件的半径值，正好等于刀架在机床原点时，刀尖到工件原点在X轴上的距离 ，即: a+ /2 。 图1.2-4刀架移动图示 考虑到刀具偏移和坐标系统具有方向性，则为: (-a - /2 。这里(-a 即为刀架在当前位置的X轴坐标。从新归纳，即为:刀具X轴的偏移 刀具当前的X坐标-工件的半径。 如果这里的机床坐标系是半径标注法，比如X坐标为(-90)测得的工件直径为80mm，则为:刀具X的偏移 (-90)-40 -130mm。如果是直径标注法，比如X轴坐标为-180，测得的工件直径为80mm, 则:刀具X轴的偏移 (-90-40 -130。如果是直径标注法，比如X坐标为-180，测得的工件直径为80mm，则:刀具的偏移 (-180)-80 -260mm。这是因为在直径标注法中，X轴的尺寸和数据均为实际值的两倍，即在该坐标系统中，工件的半径取直径的数值。 刀具Z轴偏移量，等于试切工件端面时刀架Z轴坐标的绝对值，考虑偏移的方向性。即为:刀具Z轴的偏移 刀具当前的Z坐标。 以上机床坐标系的原点在参考点上，工作区域内的机床坐标均为负值。如果机床坐标系原点设在主轴与卡盘后端面的交点上，则机床坐标均为正值，那么，上述计算公式中相关参数的符号就应做出相应的变化。 例如，有一段加工程序: ...... T1D1F0.2 G0 X0 Z10 ...... 这两条指令的意思是:换1号刀，刀尖快速到达工件坐标系的(X 0,Z 10 的位置。 如图1.2-5所示。一个工件毛坯已安装到机床上，并且按工件图纸标注了相关的尺寸和数据。 图1.2-5工件毛坯加工坐标系 假设工件原点的机床坐标为(-100。-200)，则工件上其他点的机床坐标，可以用工件原点的机床坐标加上该点的工件坐标计算(均按半径标注)。例如:A点的工件坐标为:(25,0)，则机床坐标为:(X -100+25 -75,Z -200+0 -200 ;B 点的工件坐标为:(25,-45)，则机床坐标为:(X -100+25 -75,Z -200-45 -245 ;C点的工件坐标为:(35，-68)，则机床坐标为:(X -100+35 -65，Z -200-68 -268);依次类推，可以得到工件所有点的机床坐标。 但是，工件夹紧到卡盘上时，系统是无法自动知道工件原点在机床上的什么位置，只有通过试切对刀操作，并且经过系统计算，才能确定工件坐标系的原点在机床坐标系中的地址。由此可见，所谓对刀，是将工件坐标系与机床坐标系相关联的一种操作。 2 对刀的方法 数控车床的对刀的方法很多，其中常用的对刀方法有以下三种: 2.1试切法对刀 试切对刀的基本原理是通过每一把刀具对同一工件进行试切削，分别测量出其切削部位的直径和轴向尺寸，来计算出各刀具刀尖在x轴和z轴的相对尺寸，从而确定各刀具的刀补量，由于试切法不需要任何辅助设备，所以被广泛地用于经济型数控机床。试切法对刀按照“试切一测量一调整”的对刀模式，要较多地占用机床时间。 2.2绝对对刀法 绝对对刀法是以机床坐标系原点作为参考基准的，且把每个刀的刀偏值都可计算出来。 刀具经过这样的刀偏设置后，就可以直接在程序中调用，例如: M03 S800 F10 T1D1(例如:刀偏值为X:-130，Z:-395.833) .......... T2D1(例如:刀偏值为:X:-132，Z:-396.833,说明这个刀比1号刀短) ........ T3D1(例如:刀偏值为X:-129，Z:-394.833，说明这个刀比1号刀长) ........ M02 绝对对刀法容易理解，操作简单，而且各个刀具的偏移值互不关联，因而修改和调整方便，所以在实际加工中用的比较多。 2.3相对对刀法 提到相对对刀法就得提到原点偏置，原点偏置就是计算出工件坐标系的原点在机床坐标中的位置。它不是一个独立的概念，它是绝对对刀法产生结果的另一种应用。 为了计算其他相对于基准的偏移值，需要用其他刀具刀尖分别轻贴基准刀试切后的表面(外圆面和端面)，并记录下当前的X,Z坐标，然后分别减去基准刀的X轴和Y轴的原点偏移值，其结果即为该刀具相对于基准刀的偏移值。经过这样的设置后，就可以在程序中调用， 例如: G54(如偏置值为 X:-130 ,Z:-395.833 M03 S800 F100 T1D1 调用基准刀 (刀偏值为:X:0 , Z:0 ........ T2D1 调用2号非基准刀(刀偏值为 X: -2 , Z:-1,说明这个刀比基准刀短)........ T3D1 调用3号非基准刀(刀偏值为 X:+1 , Z+1,说明这个刀比基准刀长)........ M02 这种方式适用于批量生产且工件在卡盘上有固定装夹位置的加工。 3 典型事例分析(以手动试切对刀为例) 如图3-1所示工件 图3-1 刀架上装三把刀，1号刀为90?外圆偏刀，2号刀为切断刀，3号刀为外螺纹刀，以西门子802DT系统中的试切对刀的步骤如下(在[测量刀具]-[手动测量]功能下)。 X向对刀: (1)开启机床，释放“急停”按钮，按“回零”，再按“+X”和“+Z”，执行回参考点操作。 (2)如图3-2用所选刀具在加工余量范围内试切工件外圆(这里选用1号刀，1号刀沿，工件毛坯直径为80mm)试切一段外圆后，径向不能退刀，可轴向移动，按[存储位置]键，界面中“存储位置”栏显示刀具当前的机床坐标值(X:-90,100)(注意在这之前要切换到机床坐标系)， (3)按“主轴停止”停止主轴，然后测量试切部分的直径，测得直径为Φ79.8，输入到界面中的直径“”栏中，“距离”栏输入“0”，然后按[设置长度]键，系统自动计算出“长度1”栏里的值，为“-130”。这里的“长度1”栏里的值即为1 号刀X向的偏移值。如图3-3所示 图3-2 图3-3 Z向对刀: (1)如图3-4所示，按[长度2]键，然后将刀具沿+Z方向退回到工件端面余量处一点，径向切削到端面中点附近，轴向不能退刀，可径向移动， 图3-4 图3-5 (2)在“Z0栏”处输入“0”，选ABS",按[设置长度2]键，系统自动计算出Z向的偏移值为:-396.534。这里的“长度2”栏里的值即为Z向的偏移，值如图3-5所示。 2号刀的对刀步骤与1号刀类似，只不过不能切端面，具体如下: X向对刀: (1)按“刀位转换”将2号刀换到切削位置，如图3-6用所选刀具在加工余量范围内试切工件外圆(这里选用2号刀，2号刀沿，工件毛坯直径为80mm)试切一段外圆后，径向不能退刀，可轴向移动，如图3-6所示 图3-6 图3-7 2 按“主轴停止”停止主轴，然后测量试切部分的直径，测得直径为Φ71.63，输入到界面中的直径“”栏中，“距离”栏输入“0”，然后按[设置长度]键，系统自动计算出“长度1”栏里的值“-130.151”。这里的“长度1”栏里的值即为1 号刀X向的偏移值。如图3-7所示 Z向对刀: 如图3-8所示，按[长度2]键，然后将刀具沿+Z方向退回到工件端面余量处一点，径向轻轻贴触端面，轴向不能退刀，可径向移动， 图3-8 图3-9 (2)在“Z0栏”处输入“0”，选ABS",按[设置长度2]键，系统自动计算 出Z向的偏移值为:-472.559。这里的“长度2”栏里的值即为Z向的偏移，值如图3-9所示。 3号刀对刀的方法和1号刀、2号刀一样这里不再赘述。 实际加工中，不可能用目测的方法，就可以把刀尖正好对在工件右端面中点上，因此，只有通过试切的方法，并经过计算，才能合理地确定工件原点。 4 上述对刀方法的技巧 (1)试切法对刀用的坯件材料宜选用易切削材料。 (2)试切件的测量精度是影响对刀精度的主要因素，应根据工件的精度要求选择量具并选择相适应的测量方法。 (3)模拟定值时，刀具与工件接触时只能有微量切屑，也可以在坯件上涂上显示剂或粉笔灰观察刀具与工件的接触情况。 (4)编制程序和工件加工前，在选择采用绝对对刀还是相对对刀法时，思路一定要清晰，一个工件程序最好只选择一种对刀方法。 (5)在使用G54功能进行零点偏置前，一定要将“基准偏置”清零，否则得出的G54偏置值会出错。 (6)不能用G54原点偏置后又进行绝对对刀。以1号刀为例，1号刀刀偏值先清零，用G54偏置，偏置结果为(-130，-395.833 。如果这时又重复计算了1号刀刀偏，刀偏值为(-130，-395.833)，显然，这种双重偏置计算得出的工件原点远远超出了机床的有效坐标区域，是非常错误的。 结 论 本论文简述的对刀过程是数控加工中的一个很关键的的步骤，对于操作者来说对刀操作是难点问题，一般操作工只是记下操作步骤不能真正做到在理论上充 分理解，而试切法对刀又是操作者必须掌握的，只要掌握了基本的试切对刀法，就会融汇贯通掌握了绝对对刀和相对对刀的方法。 参考文献: [ 1 ] 夏宝林(经济型数控车床的试切法对刀策略[J ](现代制造工程，2 0 0 4 1 0 :1 0 ― 1 1 ; [ 2 ] 杨 毅(数控加工的工艺设计[ J ]_I_机械工程师，2 0 0 1 ，2 2 :2 4 ― 2 6 ( [ 3 ] 龙永莲(数控车床对刀操作时容易出现的问题及操作注意事项 [J ](机床与液压，2 0 0 8 1 0 :2 9 4 ― 2 9 5 ( [ 4 ] 王建胜( 数控车床对刀分析与应用[ J ](组合机床与自动化加工技术，2004 4 :95 ― 96 ( [ 5 ] 王建平，黄登红(数控加工中的对刀方法[J ](工具技术(2005 2 :73 ― 75 ( [ 6 ] 耿国卿，刘永海(数控车床编程与应用[M]北京:化学出版社， 2007( [ 7 ] 关颖(FANUC系统数控车床培训 教程 人力资源管理pdf成真迷上我教程下载西门子数控教程protel99se入门教程fi6130z安装使用教程 [M](北京:化学工业出版社，2007( [ 8 ] 朱丽芬(数控加工工艺编程与操作 国产数控系统车床分册 [M](北京:中国劳动社会保障出版社，2008( 致 谢 在这篇论文即将完成之际，我感慨甚多。首先我要感谢 导师，是在她的精心指导之下，这篇论文才能在规定的时间内完成，而且在写作过程中，也是通过 他耐心的审阅，才能在很短的时间内让我及时的纠正写作论文中的错误之处，在此我要对您说一声:“导师，您辛苦了～” 同时我也要感谢我的辅导员和同学们，是你们陪伴着我走过了三年的求学之路。在我奋斗的时候，是你们陪伴着我;在我受挫的时候，是你们鼓励着我;在我寻思放弃的时候，也是你们让我体会了“不抛弃，不放弃”的精神。是的，也是因为你们的帮助，使得我成就了今天，也正是有了你们，才让我大学的时光过得特别的灿烂。 当然也要感谢我的父母，我的朋友，还有我自己。感谢的人太多太多，寥寥片语不能完全表达我内心对你们谢意。希望大家可以像朝阳一样，去灿烂每一片我们即将踏入的土地，愿我们可以在未来的路上去散发我们自己的光辉。谢谢～ 1