数控车床对刀的原理及方法

1一、数控车床对刀的原理:对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。在一定条件下，对刀的精度可以决定零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。仅仅知道对刀方法是不够的，还要知道数控系统的各种对刀设置方式，以及这些方式在加工程序中的调用方法，同时要知道各种对刀方式的优缺点、使用条件等。一般来说，数控加工零件的编程和加工是分开进行的。数控编程员根据零件的设计图纸，选定一个方便编程的工件坐标系，工件坐标系一般与零件的工艺基准或设计基准重合，在工件坐标系下进行零件加工程序的编制。对刀时，应使指刀位点与对刀点重合，所谓刀位点是指刀具的定位基准点，对于车刀来说，其刀位点是刀尖。对刀的目的是确定对刀点，在机床坐标系中的绝对坐标值，测量刀具的刀位偏差值。对刀点找正的准确度直接影响加工精度。在实际加工工件时，使用一把刀具一般不能满足工件的加工要求，通常要使用多把刀具进行加工。在使用多把车刀加工时，在换刀位置不变的情况下，换刀后刀尖点的几何位置将出现差异，这就要求不同的刀具在不同的起始位置开始加工时，都能保证程序正常运行。为了解决这个问题，机床数控系统配备了刀具几何位置补偿的功能，利用刀具几何位置补偿功能，只要事先把每把刀相对于某一预先选定的基准刀的位置偏差测量出来，输入到数控系统的刀具参数补正栏指定组号里，在加工程序中利用T指令，即可在刀具轨迹中自动补偿刀具位置偏差。刀具位置偏差的测量同样2也需通过对刀操作来实现。生产厂家在制造数控车床，必须建立位置测量、控制、显示的统一基准点，该基准点就是机床坐标系原点，也就是机床机械回零后所处的位置。数控机床所配置的伺服电机有绝对编码器和相对编码器两种，绝对编码器的开机不用回零，系统断电后记忆机床位置，机床零点由参数设定。相对编码器的开机必须回零，机床零点由机床位置传感器确定。编程员按工件坐标系中的坐标数据编制的刀具运行轨迹程序，必须在机床坐标系中加工，由于机床原点与工件原点存在X向偏移距离和Z向偏移距离，使得实际的刀尖位置与程序指令的位置有同样的偏移距离，因此，须将该距离测量出来并设置进数控系统，使系统据此调整刀具的运动轨迹，才能加工出符合零件图纸的工件。这个过程就是对刀，所谓对刀其实质就是测量工件原点与机床原点之间的偏移距离，设置工件原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标。二、对刀方法对刀的方法有很多种，按对刀的精度可分为粗略对刀和精确对刀；按是否采用对刀仪可分为手动对刀和自动对刀；按是否采用基准刀，又可分为绝对对刀和相对对刀等。但无论采用哪种对刀方式，都离不开试切对刀，试切对刀是最根本的对刀方法。1.数控车床试车对刀方法3图1（1）如图1，夹持工件，换需要对的刀具到刀架当前位。。图2（2）如图2，在手动操作方式下，启动主轴，用当前刀具在加工余量范围内试切工件外圆，车的长度必须能够方便测量，X轴不要移动，沿Z的正方向退出来，停主轴，测量所车的外圆尺寸Xa，如图3。图34（3）按“OFS/SET”键如图4，按刀偏如图5，将光标移到与刀具号相对应的位置后，输入“Xa”，如图6，按操作面板上的“刀具测量”，再按显示器下面的软键“测量”，在对应的刀补位上生成对应刀补值。图4注意：刀具补偿包括“磨损”和“形状”补偿两部分，刀偏分形状和磨损，刀尖的位置放在形状里，尺寸的调整和刀具的磨耗放在磨损里。两者之和构成车刀偏移量补偿参数。如图5显示。图55图6（4）如图7在手动方式下，再用该把刀去平工件端面，平完端面后，沿X正方向退出来，Z方向不动，停主轴，测量工件原点到工件端面的距离Lz。图7（5）同（3）一样。按“OFS/SET”键，进入“形状”补偿设定界面，将光标移到与刀位号相对应的位置后，输入“Lz”，按操作面板上的“刀具测量”，再按显示器下面的软键“测量”，在对应的刀补位上生成准确的刀补值。（6）当前刀具对刀完毕好，换程序中需要用到的其他刀具，重复（1）到（5）过程，生成相应的刀补。6加工中心对刀对刀的实质是确定程序原点在机床坐标系中的位置。对刀存在误差，对刀误差在某种程度内是允许产生的，也是不可避免的，但却可以尽量减少。对刀的准确程度直接影响加工精度，因此，对刀方法一定要与零件加工精度要求相适应。当零件加工精度要求过高时可采用千分表。对刀时一般以机床主轴轴线与断面的交点为刀位点，即假设基准刀的刀长为0，其他刀的长度就是其刀补值，故无论采用哪种刀具对刀，结果都是机床主轴轴线与端面的交点与对刀点重合，利用机床的坐标显示确定对刀点在机床坐标系中的位置，从而确定工件坐标系在机床坐标系内的位置。再利用对刀仪确定其他刀的长度，就解决了工件坐标系确定问题和多刀加工时的刀补确定问题。2.对刀方法在数控加工中，对刀的基本方法有试切法、对刀仪对刀和自动对刀等。本文以数控铣床为例，介绍几种常用的对刀方法。2．1试切对刀法这种方法简单方便，但会在工件表面留下切削痕迹，且对刀精度较低。如图1所示，以对刀点在工件表面中心位置为例采用双边对刀方式。7图11)将工件通过夹具装在工作台上，装夹时，工件的四个侧面都应留出对刀的位置。2)启动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件左侧有一定安全距离的位置，然后降低速度移动至接近工件左侧。3)靠近工件时改用微调操作(一般用0．01mm)来靠近，让刀具慢慢接近工件左侧，使刀具恰好接触到工件左侧表面(观察，听切削声音、看切痕、看切屑，只要出现一种情况即表示刀具接触到工件)，再回退0．01mm。或者显示页面切换到相对坐标显示页面，将X坐标值清零。4)沿z正方向退刀，至工件表面以上，用同样方法接近工件右侧，记下此时相对坐标系中显示的坐标值，如－340．500。85)据此可得工件坐标系原点在机床坐标系中坐标值为-340.5/2=-170.25。然后向左移动机床到相对坐标显示为-170.25，此时主轴中心在工件坐标系X0的位置。6)在OFFSET页面，在相应的工件坐标页面G54-G59中输入X0，按软键测量，即可生成X的工件原点坐标值，此值与此时的机械坐标值一样。7）同理可测得Y工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。Z向对刀。1)将刀具快速移至工件上方。2)启动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件上表面有一定安全距离的位置，然后降低速度移动让刀具端面接近工件上表面。3)靠近工件时改用微调操作(一般用0．01mm)来靠近，让刀具端面慢慢接近工件表面(注意刀具特别是立铣刀时最好在工件边缘下刀，刀的端面接触工件表面的面积小于半圆，尽量不要使立铣刀的中心孔在工件表面下刀)，使刀具端面恰好碰到工件上表面，再将轴再抬高，记下此时机床坐标系中的z值，－140．400，则工件坐标系原点W在机床坐标系中的坐标值为－140．400。c)将测得的x，y，z值输入到机床工件坐标系存储地址G5*中(一般使用G54～G59代码存储对刀参数)。d)进入面板输入模式(MDI)，输入“G5*”，按启动键(在自动模式下)，运行G5*使其生效。e)检验对刀是否正确。92．2塞尺、标准芯棒、块规对刀法此法与试切对刀法相似，只是对刀时主轴不转动，在刀具和工件之间加人塞尺(或标准芯棒、块规)，以塞尺恰好不能自由抽动为准，注意计算坐标时这样应将塞尺的厚度减去。因为主轴不需要转动切削，这种方法不会在工件表面留下痕迹，但对刀精度也不够高。2．3采用寻边器、偏心棒和轴设定器等具对刀法操作步骤与采用试切对刀法相似，只是将刀具换成寻边器或偏心棒。这是最常用的方法。效率高，能保证对刀精度。使用寻边器时必须小心，让其钢球部位与工件轻微接触，同时被加工工件必须是良导体，定位基准面有较好的表面粗糙度。z轴设定器一般用于转移(间接)对刀法。2．4转移(间接)对刀法加工一个工件常常需要用到不止一把刀，第二把刀的长度与第一把刀的装刀长度不一样，需要重新对零，但有时零点被加工掉，无法直接找回零点，或不容许破坏已加工好的表面，还有某些刀具或场合不好直接对刀，这时候可采用间接找零的方法。a)对第一把刀。1)对第一把刀的时仍然先用试切法、塞尺法等。记下此时工件原点的机床坐标z1。第一把刀加工完后，停转主轴。102)把对刀器放在机床工作台平整台面上(如虎钳大表面)。3)在手轮模式下，利用手摇移动工作台至适合位置，向下移动主轴，用刀的底端压对刀器的顶部，表盘指针转动，最好在一圈以内，记下此时轴设定器的示数并将相对坐标轴清零。4)确抬高主轴，取下第一把刀。b)对第二把刀。1)装上第二把刀。2)在手轮模式下，向下移动主轴，用刀的底端压对刀器的顶部，表盘指针转动，指针指向与第一把刀相同的示数A位置。3)记录此时轴相对坐标对应的数值z0(带正负号)。4)抬高主轴，移走对刀器。5)将原来第一把刀的G5*里的z1坐标数据加上z0(带正负号)，得到一个新的坐标。6)这个新的坐标就是要找的第二把刀对应的工件原点的机床实际坐标，将它输人到第二把刀的G5*工作坐标中，这样，就设定好第二把刀的零点。其余刀与第二把刀的对刀方法相同。注:如果几把刀使用同一G5*，则步骤5)，6)改为把z0存进二号刀的长度参数里，使用第二把刀加工时调用刀长补正G43H02即可。112．5顶尖对刀法a)x，y向对刀。1)将工件通过夹具装在机床工作台上，换上顶尖。2)快速移动工作台和主轴，让顶尖移动到近工件的上方，寻找工件画线的中心点，降低速度移动让顶尖接近它。3)改用微调操作，让顶尖慢慢接近工件画线的中心点，直到顶尖尖点对准工件画线的中心点，记下此时机床坐标系中的x，y坐标值。b)卸下顶尖，装上铣刀，用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到z轴坐标值。6百分表(或千分表)对刀法(一般用于圆形工件的对刀)1)x，y向对刀。将百分表的安装杆装在刀柄上，或将百分表的磁性座吸在主轴套筒上，移动工作台使主轴中心线(即刀具中心)大约移到工件中心，调节磁性座上伸缩杆的长度和角度，使百分表的触头接触工件的圆周面，(指针转动约0.1mm)用手慢慢转动主轴，使百分表的触头沿着工件的圆周面转动，观察百分表指针的便移情况，慢慢移动工作台的轴和轴，多次反复后，待转动主轴时百分表的指针基本在同一位置(表头转动一周时，其指针的跳动量在允许的对刀误差内，如0.02mm)，这时可认为主轴的中心就是轴和轴的原点。2)卸下百分表装上铣刀，用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到z轴坐标值。122．6专用对刀器对刀法传统对刀方法有安全性差(如塞尺对刀，硬碰硬刀尖易撞坏)占用机时多(如试切需反复切量几次)，人为带来的随机性误差大等缺点，已经适应不了数控加工的节奏，更不利于发挥数控机床的功能。用专用对刀器对刀有对刀精度高、效率高、安全性好等优点，把繁琐的靠经验保证的对刀工作简单化了，保证了数控机床的高效高精度特点的发挥，已成为数控加工机上解决刀具对刀不可或缺的一种专用工具。