经济型数控机床的对刀方法和技巧.doc

毕 业 论 文 课题名称: 经济型数控机床的对刀方法和技巧 系 别： 机械电子与信息工程系 专 业： 数控技术 班 级： 09 数控班 姓 名： 严 琼 学 号： 20090200430123 指导教师： 陈 震 摘要：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、使用条件从而熟练的掌握对刀技巧。 关键字：工件原点 道具补偿 对刀方法 刀位点 对刀技巧 数控车床前 言数控机床是数字控制机床（ Computer numerical controlmachine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。本文主要介绍经济型数控车床的对刀方法和对到技巧对刀是经济型数控车床的主要操作和重要技能，对刀的准确性是决定工件加工精度的重要因素。同时，对刀效率还直接影响数加工效率。深人理解数控车床的对刀原理对于操作者保持清晰的对刀思路、熟练掌握对刀操作以及提出新的对刀方法都具有指导意义。只有熟练的掌握了对刀方法才能发现更多技巧，从而提高效率。目 录第一章 什么是经济型数控车床 1、 数控车床的简介2、 普通数控车床到经济型数控车床的比较第二章 经济型数控车床的对刀方法1、 为什么要对刀及对刀的必要性2、 对刀原理分析及基础3、 对刀方法第三章 经济型数控车床的对刀技巧1 为什么要采用对刀技巧2、 对刀法与对刀技巧的结合 总结参考文献12第一章 什么是经济型数控车床1.1数控车床的简介数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。过去的数控机床经历了一个由单一向多元化转化的过程，数控机床的发展是整个世界经济、科技发展的重要体现。数控机床在未来工业的发展中占据着不可代替的作用。第一台数控机床的诞生1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。数控机床的现状：高速化高、精度化、功能复合化、控制智能化、体系开放化、驱动并联化、极端化(大型化和微型化)、极端化(大型化和微型化)、新型功能部件1.2 普通数控车床到经济型数控车床的比较普通数控车床：根据车削加工要求在结构上进行专门设计，配备通用数控系统而形成的数控车床。数控系统功能强自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即x轴和z轴。经济型数控车床：采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床。成本较低，自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。第二章 经济型数控车床的对刀方法1、1为什么要对刀及对刀的必要性 对刀是数控加工中心较为复杂的工艺准备工作之一，对刀的好与差直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度。通过对刀或者刀具预调，还可以同时测定其他各号刀的刀为偏差，有利于刀具补偿量。（1） 到位点 到位点是指在加工程序编制中用于表示刀具特征的点，也是刀和加工的基准点。（2） 对刀 对刀是数控加工中的主要操作。结合机床操作说明有关对刀方法和技巧，具有十分重要的意义。（3） 在加工程序执行前，调整每把5刀位点，使其尽量重合与某一理想基准点这一段过程称为对刀。对刀得目的是确定刀具和工件的相对位置，因为你每次安装的刀具位置和你设置的程序原点都可能有变化。所以一般在重新安装刀具和换产品以及停电以后都要求重新对刀。零件的数控加工编程和上机床加工是分开进行的。数控编程员根据零件的设计图纸，选定一个方便编程的坐标系及其原点，我们称之为程序坐标系和程序原点。程序原点一般与零件的工艺基准或设计基准重合，因此又称作工件原点。 数控车床通电后，须进行回零（参考点）操作，其目的是建立数控车床进行位置测量、控制、显示的统一基准，该点就是所谓的机床原点，它的位置由机床位置传感器决定。由于机床回零后，刀具（刀尖）的位置距离机床原点是固定不变的，因此，为便于对刀和加工，可将机床回零后刀尖的位置看作机床原点。 在图1中，O是程序原点，O是机床回零后以刀尖位置为参照的机床原点。编程员按程序坐标系中的坐标数据编制刀具（刀尖）的运行轨迹。由于刀尖的初始位置（机床原点）与程序原点存在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，使系统据此调整刀尖的运动轨迹。所谓对刀，其实质就是侧量程序原点与机床原点之间的偏移距离并设置程序原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标。2、2 对刀原理分析及基础1建立工件坐标系对刀的实质就是确定随编程而变化的工件坐标系的程序原点在唯一的机床坐标系中的位置，即建立工件坐标系。工件坐标系(又称为编程坐标系)，是指以工件原点(或称编程原点)为坐标原点所建立的坐标系。工件原点可以是工件上任意点，但为了编程，方便数值计算，一般数控车床编程原点选工件右端面与主轴回转中心线交点作为工件的坐标原点，数控编程时应首先确定工件坐标系。参考点(又称程序起点)，是刀具刀位点(图1中车刀的刀位点为刀尖A点)相对工件原的位置，即刀具相对于工件运动的起始点 。工件坐标系的建立实际上是确定刀参考点相对于工件原点的坐标值的过程。2、建立刀具补偿在编程时，一般以其中一把刀具为基准，并以该刀具的刀位点为依据来建立工件坐标系。这样，当其它刀位转到加工位置时，该刀刀位点与基准刀刀位点会有偏差，原设定的工件坐标系对这些刀具就不适用。此外，每把刀具在加工过程中都有不同程度的磨损。因此，应对偏移量AX、AZ进行补偿，使刀尖由当前位置移至基准刀刀尖位置。当刀具磨损后或工件尺寸有误差时，只要修改每把刀具相应存储器中的数值即可。例如某工件加工后外圆直径比要求的尺寸大(或小)了002m，则可以用U一002(或U002)修改相应存储器中的数值。当长度方向尺寸有偏差时，修改方法类同。刀具的补偿功能是由程序中提供的T代码实现的。T代码由字母T和其后的四位数字所组成，其中前两位数字为刀具补偿号。刀具补偿号实际上是刀具补偿寄存器的地址号，可以是0l一05中任意一个数，刀具补偿号为o0时，表示不进行补偿或取消刀具补偿。刀具补偿功能必须在一个程序段的执行过程中完成，而且程序段内必须有G00或G01指令才能生效。如G01X30Z240 T0103表示调用1号刀具，调用3号刀具补偿 J3、 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。1、试切对刀 数控机床的对刀方法很多，但是试切对刀法是最基本地对刀法。 以图2为例，试切对刀步骤如下： 在手动操作方式下，用所选刀具在加工余量范围内试切工件外圆，然后向Z正方向退刀后，用卡尺或者千分尺测量试切过的工件直径，并记下记为Xa。然后 输入刀补中的测量画面相对应的刀具号中（注意：应该输入X：1000*Xa） 将刀具沿Z方向退回到工件端面余量处一点（假定为点）切削端面，同上在刀补中的测量画面相对应的刀具号中输入Z:0此为程序原点O设在工件端面 2、程序原点（工件原点）的设置方式 在KND数控系统中，有以下几种设置程序原点的方式：设置刀具偏移量补偿；用G50设置刀具起点. 程序原点设置是对刀不可缺少的组成部分。每种设置方法有不同的编程使用方式、不同的应用条件和不同的工作效率。各种设置方式可以组合使用。 （1）设置刀具偏移量补偿车床的刀具补偿包括刀具的“刀补”补偿参数和“测量”补偿参数，两者之和构成车刀偏移量补偿参数。试切对刀获得的偏移一般设置在“测量”补偿参数中。 试切对刀并设置刀偏步骤如下： 用外圆车刀试车-外圆，沿Z轴退出并保持X坐标不变。 测量外圆直径，记为。 按“OFSET SET”（刀补画面设置）键进入“测量”补偿参数设定界面将光标移到与刀位号相对应的位置后(如：T01，一号刀具)，输人X1000（注意：此处的代表直径值，而不是符号，以下同） O100；N10 T0101；N20 G00 X；N30 M30；将刀具移到安全位置（变动X向），进行X向的复查，录入右边程序（O100）后执行，再手动方式，主轴转起，沿Z轴移动刀具，观察刀具是否切到工件，如切到很少或刀具与工件以摩擦方式通过，则设置正确！用外圆车刀试车工件端面，沿X轴退出并保持Z坐标不变。 按“OFSET SET”（刀补画面设置）键进人“测量”补偿参数设定界面将光标移到与刀位号相对应的位置后，输人Zo。 O200；N10 T0101；N20 G00 Z0；N30 M30；将刀具移到安全位置（变动Z向），进行Z向的复查，录入右边程序（O200）后执行，再手动方式，主轴转起沿X轴移动刀具，观察刀具是否切到工件，如切到很少或刀具与工件以摩擦方式通过，则设置正确O300；N10 T0101；N20 M03 S600；N30 G00 X100Z100；N40 G01 X0Z2F500；N50 G04 X5；N60 G00X100Z100；N70 M30； 设置的刀具偏移量在数控程序中用T代码调用。 最后再调用右面边程序（O300）进行综合原点复查： 检查刀尖是否在我们与图纸上的原点一样！ 这种方式具有易懂、操作简单、编程与对刀可以完全分开进行等优点。同时，在各种组合设置方式中都会用到刀偏设置，因此在对刀中应用最为普遍。 （2）用G50设置刀具起点 （复查原点方式同上） 用外圆车刀试车一段外圆，沿Z轴退至端面余量内的一点（假定为a点）。 测量外圆直径，记为。 选择“MDI”（录入）模式，输人G50 X。按“启动”按钮切端面到中心（程序原点）。 选择“MDI”（录入）模式，输入G50Z0，按“启动”按钮。 加工程序的开头G50 后面不能跟任何X，Z值，在另起一行录入G00 X100 Z150，这样刀具就会以G00速度快速移到离我们刚设置的原点的X100 Z150位置上！这就是我们所说的刀具起刀点！ 注意：运行程序前要先将基准刀移到设定的位置。 在用G50设置刀具的起点时，一般要将该刀的刀偏值设为零。 此方式的缺点是起刀点位置要在加工程序中设置，且操作较为复杂。但它提供了用手工精确调整起刀点的操作方式，有的人对此比较喜欢。此种方式就是相当于把我们的机械坐标系平移了一样！平移到了我们的工件坐标系里！ 当我们进行回零后，就又得重新对刀和设置！ 3、多刀对刀相关知识介绍 KND数控系统多刀对刀的组合设置方式有：绝对对刀；基准刀G50相对刀偏。（1）绝对对刀所谓绝对对刀即是用每把刀在加工余量范围内进行试切对刀，将得到的偏移值设置在相应刀号的偏置补偿中。这种方式思路清晰，操作简单，各个偏移值不互相关联，因而调整起来也相对简单，所以在实际加工中得到广泛应用。 （2）相对对刀所谓相对对刀即是选定一把基准刀，用基准刀进行试切对刀，将基准刀的偏移用G50,将基准刀的刀偏补偿设为零，而将其它刀具相对于基准刀的偏移值设置在各自的刀偏补偿中。 5总结：此仅仅针对北京KND数控系统的原点的有关设置的相关介绍2. 基准刀具对刀方法(1)选工件右端面与主轴回转中心线交点0为工件坐标原点，设参考点为A(x ，z )，如图1所示。(2)选用一把90。外圆车刀作为基准刀具，手动状态下，把刀具移至接近工件右端面处，按下主轴正转按钮，改用手摇脉冲方式，车工件端面，然后按下Fv7(坐标)键，把外部现在值中的z值清零。(3)用同样方法车外圆，把外部现在值中x值清零(4)测量试切外圆的直径为d，摇动手轮使外部现在值中的x为x 一d，Z为z ，这样，当前点A即为换刀点，也就是参考点。3、 使用绝对型刀具位置补偿方式对刀数控系统通过对刀可以直接获得每把刀具的刀位点相对于工件编程坐标原点的机床绝对坐标，并将此坐标直接输入到数控系统的刀具位置存储单元中，在程序中调用带有刀具位置补偿号的刀具功能指令后，即建立起工件的编程坐标系。对刀步骤如下： （1）使数控机床返回机床参考点。（2）用“手轮”方式车削工件右端面。（3）沿+X方向退刀，并停下主轴（不要在+Z方向上移动刀架）。（4）选择数控车床操作面板中的“刀补”键或是“OFFSET”键，在相对应的刀号上输入Z=0。（5）用“手轮”方式车削工件外圆。（6）沿+ Z方向上退刀，并停下主轴（不要在+ X方向上移动刀架）。（7）测量车削后的外圆直径d。（8）选择数控车床操作面板中的“刀补”键或是“OFFSET”键，在相对应的刀号上输入X=d。采用该种方法对刀，加工前无须将刀具放在一个特定点上，而且程序中并无G50、G54等指令。4、 使用相对补偿法对刀此种对刀方法是先确定一把刀作基准（标准）刀，并设定一个对刀基准点，把基准刀的刀补值设为零，然后使每把刀的刀尖与这一基准点接触，利用这一点为基准，测出各把刀与基准刀的X、Z轴的偏置值X、Z，如图2所示。这样就得出每把刀的刀偏量，并把此值输入到数控系统当中。此种方法操作简便易行。采用该种方法对刀，加工前也无须将刀具放在一个特定点上，而且程序中也无G50、G54等指令。5、 对刀仪自动对刀现在很多车床上都装备了对刀仪，使用对刀仪对刀可免去测量时产生的误差，大大提高对刀精度。由于使用对刀仪可以自动计算各把刀的刀长与刀宽的差值，并将其存入系统中，在加工另外的零件的时候就只需要对标准刀，这样就大大节约了时间。需要注意的是使用对刀仪对刀一般都设有标准刀具，在对刀的时候先对标准刀。下面以采用FANUC 0T 系统的日本WASINO LJ-10MC 车削中心为例介绍对刀仪工作原理及使用方法。刀尖随刀架向已设定好位置的对刀仪位置检测点移动并与之接触，直到内部电路接通发出电信号(通常我们可以听到嘀嘀声并且有指示灯显示)。在2#刀尖接触到a 点时将刀具所在点的X 坐标存入到所示G02 的X 中，将刀尖接触到b 点时刀具所在点的Z 坐标存入到G02 的Z中。其他刀具的对刀按照相同的方法操作。事实上，在上一步的操作中只对好了X 的零点以及该刀具相对于标准刀在X 方向与Z 方向的差值，在更换工件加工时再对Z 零点即可。由于对刀仪在机械坐标系中的位置总是一定的，所以在更换工件后，只需要用标准刀对Z 坐标原点就可以了。操作时提起Z 轴功能测量按钮“Z-axis shift measure”，CRT 出现所示的界面手动移动刀架的X、Z 轴，使标准刀具接近工件Z 向的右端面，试切工件端面，按下“POSITIONRECORDER”按钮，系统会自动记录刀具切削点在工件坐标系中Z 向的位置，并将其他刀具与标准刀在Z 方向的差值与这个值相加从而得到相应刀具的Z 原点，其数值显示在WORK SHIFT 工作画面上q q贴于 中6、 其它刀具砖刀方法(1)外圆刀具对刀方法基准外圆刀具对好刀后，换其它刀具，使该刀具恰好切削基准刀试切的右端面，把外部现在值的z值输入该刀的刀补号中。再使该刀恰好切削基准刀试切的外圆，把外部现在值的x值输入该刀的刀补号中。(2)内圆车削刀具对刀方法基准外圆刀具对好刀后，换内圆车削刀具，使该刀具恰好切削基准刀试切的右端面，把外部现在值的z值输入该刀的刀补号中。再使该刀具车削已粗加工的内圆，测量内圆直径为d，此时，泫刀具的外部现在值为x，则该刀具的长度补偿为x=X。+(dd。)。7、 刀具更换时的对刀方法技巧1需要更换其它任一把刀具时，用该刀具恰好切削基准刀试切的右端面，此时外部现在值中的z值即为z向长度补偿值，试切任一外圆时，外部现在值为x：测得的直径为d。，则该刀具的x向长度补偿值为X=X +(dd )，另外，刀具磨损时，也可以采用此方法设置刀具的补偿值。8、 基准刀更换时的对刀方法需要更换基准刀时，用该刀具恰好切削基准刀试切的右端面，此时外部现在值中的z值即为z向长度补偿值，试切任一外圆时，外部现在值为 ，测得的直径为d ，则该刀具的x向长度补偿值为X=x3+(dd3)。第三章 对刀技巧3、1为什么要采用对刀技巧社会的发展的惊人迫使了我们这个行业的进步，在对刀过程中提高速度，效率，提高产量成了最佳的生产目标。所以我们要采用对刀技巧。3、2对刀法与对刀技巧的结合（1）刀具偏置补偿( 刀具偏置数据的测量和输入方法)对刀方式在应用的时候不是千篇一律的, 要针对不同的情况采用不同的对刀方式, 这样才能在技术经济的评估上收到好的效果。例如, 数控车床加工, 若加工一些精度要求不太高的零件, 应采用一种对刀精度相对低的对刀方式, 这样速度快, 加工效率高, 当然这是在保证零件加工精度的条件下; 而对于精度要求中等的零件加工, 我们采用的是另一种对刀方式;而对于精度要求高的零件加工, 我们就采用对刀精度高的对刀方式。下面以数控车床HCNC- 1 型为例, 说明刀偏数据的测量和输入方法。刀偏数据的测量和输入方法, 我们常用的有三种:( 1) 系统在手动方式下, 首先确定一把基准刀并用基准刀对准工件的一基准点, 如A点, 见图1按F7! X轴清零, 则屏幕上显示的X轴坐标清零; 按F9! Z轴清零, 则屏幕上显的Z轴坐标清。2采用点动方式使基准刀退出;3选择刀号, 在控制面板上按“ 刀架开/ 停”, 使架换刀。以“点动 ”及步进方式, 使该刀刀尖对准基准点A, 这时屏幕显示的x、z 值就是该刀与基准之间的偏置值。将该偏置值输入到相应刀编号下面的参数输入处, 回车即可。( 2) 方法二1选定基准刀, 车端面一刀, 沿X轴退出, 计下屏幕上显示的Z轴坐标值, 记为z1。2车外圆一刀, 沿Z轴退出, 记下屏幕上显示的X轴坐标值, 记为x1。3将基准刀回到点( x1, z1) ( 方法是: 先使用 “工作方式”中的点动方式走大距离, 然后使用 “工作方式” 中的步进和“ 进给倍率” 来移动、调整到点x1, z1) 。4按F7“ X轴清零”, 则屏幕上显示的X轴坐标清零; 按F9“Z轴清零”, 则屏幕上显示的Z轴坐标清零。5采用点动方式使基准刀退出。6选择刀号, 在控制面板上按“刀架开/停”, 使刀架换刀。以“点动方式”及“ 步进方式”, 使该刀刀尖对准原x1, z1 所在点, 这时屏幕显示的x、z 值就是该刀与基准刀之间的偏置值。将该偏置值输入到相应刀具编号下面的参数输入处, 回车即可。( 3) 方法三1系统在点动方式下, 用基准刀切削工件外径;2点动方式使刀具沿Z轴离开工件, 使主轴停转,测量被车表面外径大小, 记录D1 。并记下屏幕上显示的X轴坐标显示值, 记为x1。3用基准刀切削工件端面, 点动方式使刀具沿X轴离开工件, 使主轴停转, 测量被车端面与某一基准面之间的距离, 记录L1。并记下屏幕上显示的Z轴坐标显示值, 记为z1。注: x1、D1、z1可视为基准值。4退刀, 选择所需的刀号, 在控制面板上按“ 刀架开/ 停”, 使刀架换刀。重复步骤1、2、3、4得到x2、D2、L2、x3、D3、L3、x4、D4、L4( 若刀架装四把的刀话) 。选择刀号, 在控制面板上按“ 刀架开/ 停”, 使刀架换刀。以“点动方式”, 使该刀刀尖对准该基准点A,这时屏幕显示的x、z值就是该刀与基准刀之间的偏置值。5计算刀偏。若系统设置为直径编程, 且1#刀为基准刀, 则刀的刀偏量计算为, 若系统设置为半径编程, 则,刀的刀偏量计算方法与此相同。将计算得到的偏置值输入到相应刀具编号下面的参数输入处, 回车即可。分析: 上面列举了三种方法。第一种方法的基准刀在对准基准点时, 采用的是直接观察的方式。一般说在对准基准点前, 也是外径、端面各车一刀, 但并不精确回基准点A。基准刀对基准点A和后续刀对基准点A都存在误差。第二种方法的基准刀在对准基准点A时, 很明显, 采用的是准确定位的方式。即, 基准刀对A点是准确的, 但后续刀对准基准点A点时,由于采用的是直接观察的方式, 还是存在对刀误差。第三种方法的基准刀在对准基准点A时, 采用的是与第二种方法相同的即准确定位的方式。后续刀对基准点A点时, 采用的是精确方法。但误差还是有的, 主要是测量误差, 即测量D1、D2、L2、D3、L3、D4、L4 时所引起的误差等。无疑, 第一种方法花的时间最少, 第三种方法花的时间最长, 最麻烦, 但两者的对刀精度的差异是明显的, 第三种方式的精度是最高的。2 对( 起) 刀点的确定方法对刀点为刀具相对于工件运动的起点, 用来确定机床坐标系( 刀具安装在机床主轴或工作台上) 与工件坐标系( 一般为编程坐标系) 之间的关系。在华中HCNC- 型铣削系统中, 对刀点一般通过G92X* *Y*Z*设置, X( Y、Z) 后的数据为对刀点在工件坐标系中的坐标值, 如(G92 X70 Y