浅谈数控车削编程和加工中的

浅谈数控车削编程和加工中的“点”□时间：2008-4-1720:08:30访问量：162机械工程系姚立勇(副教授)在数控车削编程和加工中，有几个非常重要的点：原点、参考点、刀位点、起刀点、对刀点、基点和节点。为了便于理解和使用它们，有必要弄清它们的含义、作用和相互之间的关系。现将数控车床中上述各点之间的位置关系用图示表达如下：图1机床坐标系和工件坐标系图中Ojy、Ogy—分别为机床坐标系和工件坐标系的原点；Ojc、Odc—分别为机床参考点和刀具参考点；A、B—分别为对刀点和起刀点。一、原点数控机床的原点有两个：一个是机床原点，另一个是工件原点，也称为编程原点。1、机床原点机床原点是机床上设置的一个固定基准点。以机床原点为坐标原点建立的直角坐标系称为机床坐标系。它是机床固有的，是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。其坐标轴及方向按标准规定，其坐标原点的位置由各机床生产厂设定，一般情况下，不允许用户随意调整变动。例如，数控车床属于两轴联动机床，其机床坐标系是由一个Zj轴和一个Xj轴组成的直角坐标系，它的原点Ojy一般为主轴旋转中心线与卡盘定位面的交点，以主轴轴线作为Zj轴，刀具远离工件的方向为Zj轴的正方向；Xj轴位于水平面内且垂直于主轴轴线，刀具远离主轴轴线的方向为Xj轴的正方向（见图1所示）。机床坐标系的建立是在机床上电以后，通过手动回零操作来实现的。机床只有回零以后才能运行程序。所以，用户一定要养成机床一上电就回零的习惯。2、工件原点通常以工件图样上的设计基准点作为工件原点。以工件原点为坐标原点建立的直角坐标系，称为工件坐标系。工件原点Ogy是人为设定的。设定的依据是：既要符合图样尺寸的标注习惯，又要便于编程。例如，数控车削加工时，通常将工件原点选择在工件的右端面或左端面，也可以设在主轴轴线上任意一点处。工件坐标系的Zg轴一般与工件轴线重合，Xg轴随工件原点位置不同而异，但各轴的正方向与机床坐标系相同。FANUC系统数控车床中，可以利用G50XαZβ指令来建立工件坐标系，(α,β)值是起刀点B在工件坐标系中的坐标值，或利用零点偏置指令G54~G59设置工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。二、参考点数控机床有机床参考点与刀具参考点。1、机床参考点机床参考点是设置机床坐标系的一个基准点。在许多情况下，刀具是无法接近机床零点的，例如数控车床的机床零点一般设定在主轴旋转中心线与卡盘定位面的交点上，车刀就无法靠近它。因此，只有附设一个机床参考点来设定机床坐标系。机床参考点是机床上某一固定点，该点为刀具退到一个固定不变、接近正向极限位置的点，其固定位置可由机床各轴方向的机械挡块来确定，用户不能随意调整。2、刀具参考点刀具参考点为刀架上一个固定基准点，是机床参考点在刀架上的一个具体定标点。例如，数控车床通常将刀架中心Odck作为刀具参考点，数控系统就是通过控制刀具参考点的轨迹，来间接保证刀具刀位点的运动位置。当进行返回参考点的操作时，装在纵向和横向滑板上的行程开关碰到相应的挡块后，，向数控系统发出信号，由系统控制滑板停止运动，完成返回参考点的操作，此时刀具参考点和机床参考点重合，从而建立起机床坐标系，这一操作称为回零。在回零方式下，X轴、Z轴只能朝正方向即+X、+Z方向回零。如果未回零，机床就不能进行自动运行方式操作，且CRT上出现提示信息“X(Z)AXISNO-REF”。在自动运行方式下，在程序中通过G28指令返回参考点。三、刀位点所谓刀位点，是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点。对刀时要直接或间接地使对刀点与刀位点重合。数控机床的加工程序是针对刀具上的刀位点进行编制的。不同刀具的刀位点是不同的（图2中黑点即是刀位点）。平底立铣刀的刀位点是其轴线与底端面的交点，立式球头铣刀的刀位点是其球头的球心，而车刀、镗刀的刀位点是其刀尖，钻头的刀位点是其钻尖。平底立铣刀钻头球头铣刀车刀镗刀四、起刀点起刀点是程序开始运行时刀位点所处的位置。确定好工件原点以后，还必须确定程序中刀具的起始点位置，即刀位点的起始位置。FANUC系统数控车床中，用G50XαZβ指令来设定工件坐标系。如图1所示，(α,β)值是起刀点B在工件坐标系中的坐标值。程序开始时，通过手动移动刀具，使刀位点位于起刀点位置，这一过程称为对刀。在开始运行加工程序时，刀具的起始位置通常在起刀点位置上。在一般情况下，起刀点既是加工程序开始的起点，也是加工程序结束的终点。五、对刀点在数控加工过程中，刀位点的运动轨迹自始至终是要控制的。首先应确定工件原点，以建立准确的工件坐标系；其次，要考虑刀具的不同形状和尺寸对加工的影响，这些都要通过对刀来解决。所谓对刀就是确定工件在机床上的位置，即确定工件坐标系在机床坐标系中的位置。对刀的过程一般是从各坐标轴方向进行。选择对刀点的原则是：便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置，容易找正，加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可以设在工件、夹具或机床上，但必须与工件的定位基准有已知的准确关系，这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。当对刀精度要求较高时对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。在FANUC系统数控车床中采用试切对刀法进行对刀的步骤如下：在FANUC系统数控车床加工中，如果采用G50XαZβ指令设定工件坐标系，则在执行此程序段之前，必须先进行对刀，通过调整刀架的位置，将刀位点放在程序所要求的起刀点位置B(α,β)上。1、回零操作用回零方式进行回零操作，建立机床坐标系。此时，将显示刀架中心在机床坐标系中当前位置的坐标值。2、试切测量用MDI方式将工件外园表面纵向试切一刀得到圆柱面N，记下此时CRT上显示的机床坐标值Xjd，然后纵向退刀测量工件圆柱面N的直径D；再将工件右端横向试切一刀得到端面M，记下此时CRT上显示的机床坐标值Zjd，然后横向退刀测量工件试切后端面M至工件原点Ogy的距离（长度）L。3、进行计算根据机床坐标值（Xjd，Zjd）以及工件坐标系下对刀点A的坐标值（D，L）和起刀点B的坐标值(α,β)，计算出机床坐标系下起刀点的坐标值。公式如下：Xjq=Xjd+α-DZjq=Zjd+β-L式中Xjq，Zjq——起刀时刀架中心的机床坐标系坐标值；Xjd，Zjd——对刀时刀架中心的机床坐标系坐标值；α,β——起刀点B的工件坐标系坐标值；D，L——对刀点A的工件坐标系坐标值。4、进行对刀用手动方式移动刀架，使CRT上显示的机械坐标值为（Xjq，Zjq）为止。若执行程序段G50XαZβ，则CRT将会立即显示当前刀位点在工件坐标系中的坐标值(α,β)，即数控系统用新建立的工件坐标系取代了前面建立的机床坐标系。工件试切后的圆柱面N、右端面M在工件坐标平面上投影的交点A点称为对刀点，它在工件坐标系中的坐标值是（D,L）。六、基点工件的轮廓是由平面和曲面组成的。基点是指构成工件轮廓的不同几何要素的交点或切点。为了进行数控编程，数控机床一般都具有直线和圆弧插补功能，因此，对于有直线和圆弧组成的平面轮廓零件，编程时主要是求各其基点坐标。基点坐标计算的方法一般比较简单，可根据零件图样给定的尺寸，运用代数、三角、几何或解析几何的有关知识，直接求出数值。如图3所示，图样中的A、B、C、D、E、F、G、H、I九个点就是进行数控编程时需要求出其坐标值的基点。它们的坐标值分别为A（30，0）、B（50，-50）、C（36，-50）、D（36，-60）、E（60，-60）、F（60，-70）、G（35，-70）、H（25，-75）和I（25，-110），（注：采用直径编程）。图3数控编程中的基点七、节点只有直线和圆弧插补的数控机床无法直接加工出直线和圆弧以外的曲线，如渐开线，只能用直线和圆弧去逼近这些曲线。即将轮廓曲线按编程允许的误差分割成许多小段，再用这些直线和圆弧去逼近这些小段。逼近这些小段的直线和圆弧与轮廓曲线的交点或切点称为节点。编程时应该在保证精度的前提下，使节点数目尽可能少，以便使计算简单，程序段数目少。一般曲率半径大时用直线逼近，而曲率半径小时则用圆弧逼近较为合理。基点或节点坐标值可以利用绘图软件自动运算求出。由于本人水平所限，拙文定有不当之处，，恳请读者不吝赐教指正。(该文获学院2007年政教研论文评比一等奖)