数控加工中心常用对刀方法及其应用

1 引言 随着科学技术和社会生产的迅速发展 机械产品日趋复 杂 社会对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求 传统的普通机床逐渐被高精度高效率高自动化的数控机床所 代 替 数 控机床的 普 及 使 用 以 及 计 算 机 辅 助 设 计 和 制 造 C A D C A M 技术的迅速发展 大幅度地缩短了产品的制造周 期 提高了产品的加工质量和市场竞争力 因而具有广泛的发 展前景和显著的经济效益 而在数控加工中 对刀是很关键的 一步 对刀操作的不正确 将直接影响零件的加工质量 也可能 导致刀具与数控机床发生碰撞 造成不良后果 本文主要叙述 数控立式铣加工中心加工中常用的机内对刀方法 并与数控编 程有机的结合起来 2 数控加工中的对刀原理 工件在机床上定位装夹后 必须确定工件在机床上的正确 位置 以便与机床原有的坐标系联系起来 确定工件具体位置 的过程就是通过对刀来实现的 而这个过程的确定也就是在确 定工件的编程坐标系 即工件坐标系 编程加工都是参照这个 坐标系来进行的 在零件图纸上建立工件坐标系 使零件上的 所有几何元素都有确定的位置 而工件坐标系原点是以零件图 上的某一特征点为原点建立坐标系 使得编程坐标系与工件坐 标系重合 对刀操作实质包含三方面内容 第一方面是刀具上的刀位 点与对刀点重合 第二方面是编程原点与机床参考点之间建立 某种联系 第三方面是通过数控代码指令确定刀位点与工件坐 标系位置 其中刀位点是刀具上的一个基准点 车刀的刀位点 为刀尖 平头立铣刀的刀位点为端面中心 球头刀的刀位点通常 为球心 刀位点相对运动的轨迹就是编程轨迹 而对刀点就是 加工零件时 刀具上的刀位点相对于工件运动的起点 一般来 说 对刀点应选在工件坐标系的原点上 这样有利于保证对刀精 度 也可以将对刀点或对刀基准设在夹具定位元件上 这样有 利于零件的批量加工 在数控立式铣加工中心加工操作中 对刀的方法比较多 本文介绍常用的几种机内对刀操作方法 对刀过程流程图如 图1 图1对刀过程流程图 3 对刀方法及其特点 立式铣加工中心X Y方向对刀和Z方向对刀的方法以及 对刀仪器是不相同的 下面把它们区分开来进行描述 在实际对刀之前 要确保机床已经返回了机床参考点 机 床参考点是数控机床上的一个固定基准点 各坐标轴回零 这 样才能建立起机床坐标系 对刀以后才能将机床坐标系和编程 坐标系有机的结合起来 3 1X Y方向对刀 X Y方向机内对刀主要有寻边器对刀 试切法对刀和杠杆 百分表对刀等几种方法 图2机械寻边器图3 Z向测量仪 3 1 1寻边器对刀 寻边器对刀精度较高 操作简便 直观 应用广泛 采用寻 边器对刀要求定位基准面应有较好的表面粗糙度和直线度 确 保对刀精度 常用的寻边器有标准棒 结构简单 成本低 校正 精度不高 机械寻边器 要求主轴转速设定在5 0 0左右 精度 作者简介 丁海萍 1 9 7 9 南通职业大学助理教师 研究方向 数控机床应用与加工 数控加工中心常用对刀方法及其应用 丁海萍 顾剑锋 南通职业大学 江苏 南通2 2 6 0 0 7 摘要 阐述数控加工中心加工中常用的几种典型对刀的操作方法 对在对刀过程中功能模块进行描述比较 并对其在数 控编程和加工中的应用进行介绍 关键词 对刀 测量仪器 编程原点 工件坐标系 中图分类号 T P2 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 2 6 7 3 2 0 0 7 0 8 0 0 5 1 0 2 广西轻工业 G U A N G X IJ O U R N A LO FL I G H TI N D U S T R Y 2 0 0 7年8月 第8期 总第1 0 5期 机械与电气 5 1 高 无需维护 成本适中 和光电寻边器 主轴要求不转 精度 高 需维护 成本较高 等 在实际加工过程中考虑到成本和加 工精度问题一般选用机械寻边器来进行对刀找正 图2为机械 寻边器简图 当工件原点在工件中心时通常采用对称分中法进行对刀 其步骤如下 1 装夹工件 将机械寻边器装上主轴 2 在MD I 模式下输入S 5 0 0 M0 3并启动 使主轴转速为S 5 0 0 3 用 手 轮 方式 通过不断改变倍率使机械寻边器靠近工件X负向表 面 操作者左侧 测量记录X 1 同样运动机械寻边器至工件X 正向表面 操作者右侧 测量记录X 2 测量记录X值时 必需 到P O S 综合 机械坐标系中读取 4 采用同样的方 法分别在Y正向 远离操作者 负向 正对操作者 表面找正 记 录Y 1 Y 2 5 计算 X 1 X 2 2 Y 1 Y 2 2 分别将计算结果填 入O F F S E TS E T T I N G 坐标系 G 5 4的X和Y中 6 提升主轴 在MD I模式下运行 G 9 0 G 5 4 G 0 X 0 Y 0 检查找正 是否正确 当工件原点在工件某角 两棱边交接处 其步骤如下 1 如果四边均为精基准 或者要求被加工形状与工件毛坯有较高 的位置度要求 采用先对称分中 后平移原点的方法 2 只有 两个侧面为精基准时 采用单边推算法 3 1 2试切法对刀 试切法对刀方法简单 但会在工件上留下痕迹 对刀精度 较低 适用于零件粗加工时的对刀 其对刀方法与机械寻边器 相同 3 1 3杠杆百分表对刀 杠杆百分表的对刀精度较高 但是这种操作方法比较麻 烦 效率较低 适应于精加工孔 面 对刀 而在粗加工孔则不宜 使用 对刀方法为 用磁性表座将杠杆百分表吸在加工中心主 轴上 使表头靠近孔壁 或圆柱面 当表头旋转一周时 其指针 的跳动量在允许的对刀误差内 如0 0 2 此时可认为主轴的旋 转中心与被测孔中心重合 输入此时机械坐标系中X和Y的 坐标值到G 5 4中 3 2 Z方向对刀 考虑到对刀的工艺性 通常将工件的上表面作为工件坐标 系Z方向的原点 当零件的上表面比较粗糙不能用做对刀精基 准时 也有以虎钳或工作台为基准作为工件坐标系Z方向的原 点 然后在G 5 4或扩展坐标系中向上补正工件高度填入 Z方 向机内对刀主要有Z向测量仪对刀 对刀块对刀和试切法对刀 等几种方法 3 2 1 Z向测量仪对刀 Z向测量仪对刀精度较高 特别在铣削加工中心多把刀具 在机上对刀时 对刀效率较高 投资少 适合于单件零件加工 图3为Z向测量仪的简图 3 2 1 1加工中心单刀加工时Z向对刀 加工中心单刀加工 类似于数控铣床对刀不存在长度补偿 的问题 步骤如下 1 换上将用于加工的刀具 2 运动刀具到 工件正上方 用Z向测量仪测量工件与刀具之间的距离 记录 下当前机床 机械 坐标系的Z轴读数Z 3 将Z值扣除此时Z 向测量仪的高度 如5 0 0 3 m m 然后将测量值填入O F F S E T S E T T I N G 坐标系 G 5 4的Z项中 4 运行G 9 0G 5 4 G 0 X 0 Y 0 Z 1 0 0 检查找正是否正确 3 2 1 2加工中心多刀加工时Z向对刀和长度补偿方法一 1 X Y方向找正设定如前 将G 5 4中的X Y项输入偏置 值 Z项值置零 2 将用于加工的刀具T 1换上主轴 用Z向测量仪找正Z 向值 记录下当前机床坐标系Z项值Z 1 扣除Z向测量仪高度 后 填入长度补偿值H 1中 3 将刀具T 2装上主轴 用Z向测量仪找正读取Z 2 扣除 Z向测量仪高度后填入H 2 4 依次类推将所有刀具T i用Z向测量仪找正 将Z i扣 除Z向测量仪高度后填入H i 5 编程时 采用如下方法补偿 G 9 1 G 2 8 Z 0 T 1 M6 G 4 3 H 1 G 9 0 G 5 4 G 0 X 0 Y 0 Z 1 0 0 一号刀加工内容 G 9 1 G 2 8 Z 0 T 2 M6 G 4 3 H 2 G 9 0 G 5 4 G 0 0 X 0 Y 0 Z 1 0 0 二号刀加工内容 M5 M3 0 检查多刀找正结果 G 9 1 G 2 8 Z 0 T 1 M6 G 4 3 H 1 G 9 0 G 5 4 G 0 X 0 Y 0 Z 1 0 0 Z 5 M1 根据刀具数量 分别编写相应类似程序 段 3 2 1 3加工中心多刀加工时Z向对刀和长度补偿方法二 1 事先在刀具测量仪上测量并记录刀具 连刀柄 长度 h 1 h 2 h 3 2 找正时将上述刀具选择其一T i 装上主轴 通常选择端 铣刀 3 移动Z向位置 用Z向测量仪找正Z向值 记录当前机 床坐标系中的Z向读数Z 1 4 将Z 1扣除Z向测量仪高度 再扣除T i的长度h i 将计 算结果填入G 5 4的Z项中 5 将各刀长度h 1 h 2 h 3 分别填入机床长度补偿存 储器H 1 H 2 H 3中 6 编程方法及刀具长度补偿调用格式同前述 多刀加工方法一简便 无需购买额外设备 但当加工程序 刀具较多时 稍显麻烦 每次更换零件需要多次重复对刀 多刀 加工方法一的工件坐标系原点为工件中心正上方 当长度补偿 取消后相对安全 多刀加工方法二工件坐标系原点位于工件上 下转第8页 5 2 由表2得知 鱼腥草在温度为8 0 9 0 的条件下烫漂 4 mi n 鱼腥草罐头产品色泽品质保持较好 2 2不同护色剂对产品质量的影响 烫漂后 采用不同护色剂对鱼腥草浸泡6 0mi n进行护色 包装后 保温处理7天 研究不同的护色剂处理对软包装鱼腥 草罐头制品品质的影响 见表3 表3不同的护色剂处理对制品品质的影响 由表3可知使用不同护色剂对鱼腥草进行处理时 0 5 柠檬酸 0 2 食盐的护色效果最好 2 3填充液配方对产品品质的影响 别称取2 0 0 g新鲜鱼腥草在8 0 9 0 水中烫漂4 mi n 护 色 硬化处理后 注入不同配方的填充液后封口 于1 0 0 下 杀菌l 0 mi n 冷却后在37 2 下保温7天 研究不同罐装液 配方对软包装鱼腥草罐头制品品质的影响 结果见表4 表4不同填充液配方对产品品质的影响 表3结果显示 软罐头色泽随汤汁中柠檬酸浓度的增加 其色泽变化不大 随食盐浓度增加 鱼腥草的色泽有一定的改善 这可能是 氧在其中的溶解度随盐浓度的增加而降低 从而到起辅助护色 作用的原因 因此 从制品加工 保藏品质综合考虑 选择 0 0 5 柠檬酸结合5 0 食盐作汤汁为好 2 4不同的真空度对鱼腥草品质的影响 分别称取2 0 0 g新鲜鱼腥草在8 0 9 0 水中烫漂4 mi n 护色 硬化处理后 注入填充液后采用不同的真空度封口 于 1 0 0 下杀菌l 0 mi n 冷却后在37 2 下保温7天 研究不 同封口真空度对软包装鱼腥草罐头制品品质的影响 结果见表5 表5不同封口真空度品质的影响 由表4可知选用真空度是0 0 8MP a以上 包装效果良 好 3产品质量要求 3 1感观要求 产品呈浅黄色 具有鱼腥草特有的滋味 3 2理化指标 符合罐头食品理化标准 3 3微生物指标 符合罐头食品微生物检测标准 4结论 在8 0 9 0 的条件下热烫4 mi n 利用0 5 柠檬酸和 0 2 食盐混合溶液进行护色 加入0 0 5 的柠檬酸和5 0 的 食盐混合溶液作为填充液 封口真空度为0 0 8MP a以上 制 出的软包装鱼腥草罐头品质较好 参考文献 1 张俭 伍建军 贤进 鱼腥草与人体健康 J 生物学教学 2 0 0 5 8 2 周贻谋 鱼腥草的功效和用法 J 老年人 2 0 0 5 8 表面与主轴底端紧贴时的位置 当长度补偿取消后存在潜在危 险 3 2 2采用对刀块对刀 为了避免损伤已加工的工件表面 在刀具和工件之间采用 标准芯轴和块规对刀 其对刀过程类似Z向测量仪对刀 完全 凭经验手感使对刀块与工件表面轻微接触 计算时应将对刀块 的厚度扣除 可见对刀精度不够高 3 2 3试切法对刀 采用试切法对刀方法简单 但会在工件上留下痕迹 且对 刀精度较低 适用于零件粗加工时对刀操作 其对刀方法与Z 向测量仪相同 4 注意事项及解决措施 1 对刀操作以前 必须先执行机床回参考点操作 否则出 现危险 2 计算必须准确 3 用G 5 4设定工件坐标系 应在MD I方式下进行 4 使用对刀程序 可以防止由于对刀不准确等原因出现 危险 5 结束语 本文阐述了数控加工中心加工中对刀方法在数控程序编 程中的应用 机床操作者采用何种方式对刀取决于编程人员根 据现场情况 零件加工阶段和