4種加工中心對刀方案設(shè)計-絕無僅有(共6頁)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 6．8 加工中心Z向?qū)Φ斗桨冈O(shè)計 6．8．1機(jī)床、刀具、工件的位置點及Z向?qū)Φ秵栴} 圖6-8-1 立式加中心回零時的Z向高度各點 執(zhí)行加工程序控制機(jī)床對工件加工前，一個重要的前提是在機(jī)床的坐標(biāo)系里，明確機(jī)床、工件和刀具所組成的加工系統(tǒng)中相互位置，以便數(shù)控系統(tǒng)掌握足夠的信息，正確地理解人的加工意圖，從而代替人準(zhǔn)確地控制加工運動。 如圖6-8-1，以某立式加中心機(jī)床為例，該機(jī)床設(shè)計機(jī)床參考點R與機(jī)床零點M重合，各軸回正向極限時找到機(jī)床零點，回零時，位于主軸孔端面中心的刀具參考點F亦與R、M重合，且刀具參考點與刀位點同在回轉(zhuǎn)主軸中心線上，那么，刀位點

2、X、Y向的位置與刀具參考點重合，但Z向位置不重合，可見，回零操作不能讓CNC直接測量到刀位點的Z向位置。因此，機(jī)床零點、工件零點、刀位點在Z向（刀長方向）位置需要用別的方法來確定。 6．8．2 機(jī)床、刀具、工件在Z方向相對位置值及寄存 1．加工系統(tǒng)中Z向相對位置尺寸 圖6-8-2加工中心回零后，Z向四個尺寸 如圖6-8-2所示，某立式加工中心機(jī)床中，回零后，主軸端面中心（刀具參考點）正位于機(jī)床原點位置，這是Z軸正向行程的限位開關(guān)位置，也是所有加工中心實現(xiàn)自動換刀所在的位置。此時，切削刀具、工件上表面以及工件高度在Z軸方向的位置關(guān)系如圖2所示，Z軸方向共有a、b、c、d、e五個尺寸。

3、 尺寸a——回零時，主軸端面中心到工作臺的最大距離，是機(jī)床生產(chǎn)廠家確定已知值，也是b、c、d三個尺寸的總和。 尺寸b——主軸端面中心和刀位點之間的距離。對于標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)控刀具，可通過機(jī)外對刀儀精確測量得到這一尺寸。 尺寸c——刀具刀位點到工件零點 (ZWO)之間的距離。在刀具裝上主軸和工件定位裝夾后，通過機(jī)內(nèi)對刀測量得到，反映刀具與工件間的最大Z向相對位置值。 尺寸d——工件相對工作臺的高度(工作臺上表面和工件ZWO之間的距離)。在工件定位裝夾后，操作工可通過手動操作機(jī)床測量得到的。 尺寸e——工件ZWO相對機(jī)床零點的高度距離，a=d+e，在工件定位裝夾后，操作工可通過手動操作機(jī)床測量得

4、到的。 2．Z向相對位置尺寸的寄存 圖6-8-2中所示的五個尺寸，它們通常是已知的給定尺寸或可通過測量獲得，在機(jī)床的精密調(diào)試中起相當(dāng)關(guān)鍵的作用。加工前，調(diào)整測量機(jī)床、工件和刀具在加工系統(tǒng)中Z向相對位置尺寸后，還需“告知”數(shù)控系統(tǒng)它們的位置關(guān)系， “告知”方法一般有如下方式： 1、在程序中用位置寄存器指令“告知”，如：把加工前刀具刀位點相對工件 Z0的位置值用格式為：“G92 Zγ”指令存儲到位置寄存器。 2、把測量到的某些Z向相對位置尺寸手動輸入于工件偏置寄存器，如，把機(jī)床零點與工件零點Z向間的尺寸存儲于工件偏置寄存器G54下的Z～，用來調(diào)整機(jī)床零點的參考位置和程序零點參考位置間的Z向

5、關(guān)系。 3、把測量到的某些Z向相對位置尺寸用MDI方式存儲于刀具長度補(bǔ)償寄存器，用來調(diào)整刀位點Z向高度位置。在程序中，刀具的刀具長度補(bǔ)償用“HXX”表示，XX是某刀具的刀具長度補(bǔ)償編號；操作工相應(yīng)地在刀具長度補(bǔ)償寄存器的HXX號下輸入測量長度補(bǔ)償值。 這些Z向相對位置尺寸如何定義、以何種名義存儲、存儲于何處，關(guān)系到Z向?qū)Φ斗桨傅脑O(shè)計。 下面將列舉加工中心的種種Z向?qū)Φ斗桨覆⒎治鲋? 6．8．3 基于機(jī)外對刀的Z向方案（方案1） 圖6-8-3機(jī)外對刀的補(bǔ)償、偏置方案 如圖6-8-3所示，這是一種最直接地以刀位點到刀具參考點的Z向刀長作為刀具長度補(bǔ)償值，并把坐標(biāo)系的零點高度偏置到

6、工件零點高度的對刀方案。刀具長度補(bǔ)償值絕對值就是圖6-8-2中的尺寸b，Z向工件偏置值可最簡單地設(shè)成工件零點在機(jī)床坐標(biāo)系中的Z值——圖6-8-2中的e尺寸。 這種方法的Z向確定刀具與工件位置關(guān)系的對刀原理是： 1、在保證刀具Z向補(bǔ)償運動不超程的前提下，設(shè)定如圖6-8-3所示的Z向工件偏置值，使用工件偏置(G54～G59)，并要求在與程序選定的工件偏置指令如（G54）相應(yīng)的工件偏置寄存器的位置（G54）下填寫設(shè)定的Z向工件偏置值。 2、刀長（刀位點到刀具參考點的Z向距離）作為刀具長度補(bǔ)償值并輸入數(shù)控系統(tǒng)。 操作人員對所用的各把刀具編號；填寫刀具的調(diào)整單；將按刀號把刀具放置到刀庫的相應(yīng)的刀

7、位；使用數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤顯示刀補(bǔ)畫面；為各把刀選適當(dāng)?shù)钠锰?，并將各刀具長度作為補(bǔ)償值登記到刀具長度補(bǔ)償寄存器中相應(yīng)位置。 若程序中的刀具補(bǔ)償指令為G43，刀長作為補(bǔ)償值應(yīng)是一個正值，每個補(bǔ)償值都應(yīng)以H偏置值的形式輸入到刀具長度偏置顯示屏上。例如，設(shè)置刀具長度的偏置值為120㎜，該刀具的偏置號為“H05”，操作人員在偏置顯示屏上的“05”號下輸入測量長度“120”。 圖6-8-3中，可用箭頭方向來判斷刀長補(bǔ)償值和零點偏置值的正、負(fù)，箭頭方向指正向為正值，箭頭方向指負(fù)向為負(fù)值。 當(dāng)CNC機(jī)床執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)時，所有切削刀具均可放置在刀具預(yù)調(diào)儀上測量，當(dāng)加工另一不同的工件時，刀具補(bǔ)償值也不必在機(jī)床

8、上重新進(jìn)行檢測，這是因為刀位點到刀具基準(zhǔn)點的Z向距離作為刀具長度補(bǔ)償值是固定不變的。 因此，這一對刀方案顯示的明顯優(yōu)越是：減少了對刀過程中的占用機(jī)床的非生產(chǎn)時間。當(dāng)數(shù)控設(shè)備臺數(shù)較多的情況，利用一臺刀具預(yù)調(diào)儀為多臺數(shù)控機(jī)床對刀服務(wù)，是比較經(jīng)濟(jì)合理的。 機(jī)外對刀需要刀具預(yù)調(diào)儀，當(dāng)數(shù)控機(jī)床加工任務(wù)不多的用戶，是否一定要購買刀具預(yù)調(diào)儀來使用這種方法？下面討論一種在工件安裝過程中通過接觸測量法完成切削刀具的Z向設(shè)置的對刀方案。 6．8．4 接觸法測量刀具Z向長度補(bǔ)償?shù)膶Φ斗椒ǎǚ桨?） 如圖6-8-4所示，接觸法測量刀具Z向長度補(bǔ)償值的對刀方法這是一種靠使用手動操作機(jī)床，在機(jī)內(nèi)讓刀具刀位點與工件

9、接觸，測量加工某工件的各把刀具長度補(bǔ)償值的方法，是一種典型的機(jī)內(nèi)Z向?qū)Φ斗椒?。值得注意的是：盡管每把刀具長度補(bǔ)償值用MDI方式存儲于刀具長度補(bǔ)償寄存器的方法與方案一相似，但這種方法測量的刀具長度補(bǔ)償值所表示的Z向關(guān)系與在機(jī)外對刀儀測量的刀具長度不是同一個概念。 這種方法的Z向確定刀具與工件位置關(guān)系的對刀原理是： 圖6-8-4 刀具長度偏置的接觸測量法 當(dāng)?shù)毒邊⒖键c位于機(jī)床參考點位置，此時的機(jī)床坐標(biāo)Z值為零，手動操作機(jī)床測量刀具刀位點到程序原點的Z向距離，作為刀具長度補(bǔ)償值并輸入數(shù)控系統(tǒng)。若程序中的刀具補(bǔ)償指令為G43，這種刀具長度補(bǔ)償值(即刀具位點到程序原點之間的距離)應(yīng)取負(fù)值，并被輸

10、入到控制系統(tǒng)的刀具長度偏置寄存器菜單下相應(yīng)的H偏置號里。 因為測量的刀位點起點為當(dāng)?shù)毒邊⒖键c位于機(jī)床參考點位置時的高度位置，因此工件偏置Z值(G54～G59)應(yīng)設(shè)為Z0.0000。但有時為保證刀具Z向補(bǔ)償或取消補(bǔ)償運動時不超程或碰撞，刀具長度補(bǔ)償值的測量往往是從刀具的基準(zhǔn)點離開機(jī)床零點一段距離的位置開始，如從機(jī)床坐標(biāo)為Z=-50的高度開始測量刀位點到程序原點之間的距離，那么工件偏置Z值(G54～G59)應(yīng)設(shè)為Z-50.000。顯然從刀具參考點位于機(jī)床坐標(biāo)位置Z=-50開始調(diào)整測量測量的刀具長度補(bǔ)償值與刀具參考點位于機(jī)床參考點位置開始測量的刀具長度補(bǔ)償值是不一樣的。 從這里可以看出:接觸法測

11、量的刀具長度補(bǔ)償值隨各刀具參考點起始點的高度位置的不同而不同，又隨不同工件零點的高度位置的不同而不同。因此用這種方法對刀，批量生產(chǎn)同一零件時，宜用固定的夾具把工件零點的高度位置限定在同一高度，以避免隨著同批加工工件的變換需要重新對刀測量。當(dāng)然，從某一加工批次變換到另一不同批次對的工件加工，刀庫中所有要用到的刀具，其刀具長度補(bǔ)償值必須重新測量，這是這種方法最大的缺陷。而且，使用手動操作測量刀具長度補(bǔ)償值的過程往往占機(jī)時間長，會引起機(jī)床加工效率的降低。 為克服該方案對刀占機(jī)時間長，且隨加工工件轉(zhuǎn)換時，必須重新對刀測量的缺陷，應(yīng)尋找更好的方案對刀，以減少機(jī)內(nèi)對刀時間，并適合加工工件轉(zhuǎn)換。 6．8

12、．5 設(shè)定基準(zhǔn)刀的接觸法Z向?qū)Φ叮ǚ桨?） 為克服方案二機(jī)內(nèi)對刀時間長，加工工件轉(zhuǎn)換時對刀麻煩的缺陷，設(shè)計以一把刀作為基準(zhǔn)刀，并用它測量調(diào)整工件的Z向偏置值，其它刀與之的長度差作為其刀具長度補(bǔ)償值，這是一種較為有效的方法，即主刀法。 使用基準(zhǔn)刀的對刀方法(通常是最長的刀)，可以顯著加快使用接觸測量法時的刀具測量速度?；鶞?zhǔn)刀可以是長期安裝在刀庫刀套上具的定長的Z向?qū)Φ秲x具。 對基準(zhǔn)刀而言，當(dāng)基準(zhǔn)刀的刀具長度補(bǔ)償值的測量是從當(dāng)?shù)毒邊⒖键c位于機(jī)床參考點位置開始測量時,工件偏置Z值(54～G59)仍設(shè)為0值，刀長補(bǔ)償值仍是其刀位點到工件零點的距離。 區(qū)別在于：當(dāng)工件改變了，只要進(jìn)行基準(zhǔn)刀的對刀

13、，測量其刀長補(bǔ)償值，其它刀具不必重新對刀，其它刀具的刀長補(bǔ)償值由基準(zhǔn)刀刀長補(bǔ)償值和基準(zhǔn)刀長與其它的刀長的刀長差進(jìn)行加減計算得到。 如：T02與基準(zhǔn)刀T01的刀長差絕對值為：ΔL2，測得的基準(zhǔn)刀（最長刀）刀長補(bǔ)償值為：-L1，則T02的刀補(bǔ)值應(yīng)為：-L1-ΔL2。該值的實質(zhì)仍是T02刀的刀位點到工件零點的距離，只不過，它不需要實際測量而只是計算。很明顯，這樣做節(jié)省了對刀占機(jī)的時間，某刀具與基準(zhǔn)刀的刀長差可在無加工任務(wù)時機(jī)床內(nèi)測得或在機(jī)外預(yù)調(diào)儀上測得。 可見方案三彌補(bǔ)了方案二在不同類工件的加工變換中，需要對所有要用刀具的長度重新對刀的最大缺陷。 6．8．6 優(yōu)化的基準(zhǔn)刀對刀（方案4） 如圖

14、6-8-5方案四的原理是：對工件偏置Z值定義為基準(zhǔn)刀（最長刀）到工件零點的距離。對刀具長度補(bǔ)償值定義為基準(zhǔn)刀長與其它的刀長的刀長差。這不僅具備方案三的任何好處，而且對刀方案的思路簡潔明了，便于操作。步驟如下： 1) 取出主刀并將其安裝到主軸上。 2) Z軸回參考點 3) 測量基準(zhǔn)刀的刀位點到工件零點的距離作為Z向工件偏置值（負(fù)值）。 4) 測量基準(zhǔn)刀長與其它的刀長的刀長差。 5) 將刀長差作為刀具長度補(bǔ)償值，比主刀短的刀具，它通常為負(fù)值。 圖6-8-5優(yōu)化基準(zhǔn)刀對刀 這一方法不僅能縮短調(diào)試時間，另一個好處是：如果使用一組刀具來加工另一批量工件，那么對于新的工件高度，只需要用基

15、準(zhǔn)刀重定義工件偏置Z值，其它刀具補(bǔ)償值只與基準(zhǔn)刀相關(guān)，保持不變。刀長差可以在機(jī)外預(yù)調(diào)測量并做減法計算得到，或在非生產(chǎn)時間機(jī)內(nèi)測量，即使在沒有機(jī)外預(yù)調(diào)的情況下，對刀的方便性也幾乎接近于用機(jī)外對刀儀的對刀。 6．8．7 機(jī)外對刀儀上的刀具測量 隨著技術(shù)的進(jìn)步，在數(shù)控銑床、加工中心的機(jī)床用刀具日益標(biāo)準(zhǔn)化，尤其刀柄的標(biāo)準(zhǔn)化、精度、與主軸內(nèi)孔的連接的精確性，創(chuàng)造了必要的條件，使刀具的半徑、長度的測量完全可在機(jī)外對刀儀上測量。預(yù)調(diào)儀上刀具刀柄定位基準(zhǔn)是測量的基準(zhǔn)，要求它和機(jī)床主軸定位基準(zhǔn)的精度要求十分接近，這才能保證刀長可以在機(jī)外預(yù)調(diào)時精確測定。 圖6-8-6常用機(jī)外對刀儀的示意圖 機(jī)外刀具測量儀

16、在機(jī)床的外部對刀具的長度、直徑進(jìn)行測量與調(diào)整，還能測量出刀具的幾何角度，測量時不占機(jī)動時間。能有效地提高數(shù)控機(jī)床的使用率，尤其在數(shù)控設(shè)備臺數(shù)較多的情況，利用一臺對刀儀為多臺數(shù)控機(jī)床對刀服務(wù)，是最經(jīng)濟(jì)合理的，所以，隨著數(shù)控機(jī)床的普及，它必將會更廣泛地被采用。這里通過常用對刀儀示意圖6-8-6說明對刀儀的基本組成和測量方法： 1、刀柄定位機(jī)構(gòu) 刀柄定位基準(zhǔn)是測量的基準(zhǔn)，所以有很高的精度要求，一般都要和機(jī)床主軸定位基準(zhǔn)的要求接近，這樣才能使測量數(shù)據(jù)接近在機(jī)床上使用的實際情況。定位機(jī)構(gòu)實質(zhì)上是一個回轉(zhuǎn)精度很高、與刀柄錐面接觸很好帶拉緊刀柄機(jī)構(gòu)的對刀儀主軸，該主軸的軸向尺寸基準(zhǔn)面與機(jī)床主軸相同 ，

17、主軸能高精度回轉(zhuǎn)，便于找出刀具上刀刃的最高點。對刀儀主軸中心線對測量軸z、X很高的平行度和垂直度要求。 2、測頭部分： 有接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量用百分表(或扭簧儀)直接測量刀刃最高點，測量精度可達(dá)0.002～0.001㎜左右, 接觸式測量比較直觀。但容易損傷表頭和切削刃。 非接觸式測量用得較多的是投影光屏。投影物鏡放大倍數(shù)有8、l0、 15和 30 倍等。由于光屏的質(zhì)量、測量技巧、視覺誤差等因素，其測量精度在0.005mm左右。非接觸式測量不太直觀，但可以綜合檢查切削刃質(zhì)量。 3、Z、X軸尺寸測量機(jī)構(gòu)。 通過對帶測頭部分的兩個坐標(biāo)軸的移動，測得Z軸和X軸尺寸，即為刀具的軸向尺寸和半徑尺寸。兩軸使用的實測元件有許多種：機(jī)械式的有游標(biāo)刻線尺、精密絲杠和刻線尺加讀數(shù)頭；電測量的有光柵數(shù)顯、感應(yīng)同步器數(shù)顯和磁尺數(shù)顯等。 4、測量數(shù)據(jù)處理裝置。 由于柔性制造技術(shù)的發(fā)展，對數(shù)控機(jī)床的刀具測試數(shù)據(jù)需要進(jìn)行有效管理，因此在對刀儀上再配置計算機(jī)及附屬裝置，用來存儲、輸出、打印刀具預(yù)調(diào)數(shù)據(jù)，并與上一級管理計算機(jī)(刀具管理工作站、單元控制器)聯(lián)網(wǎng)，形成供柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)使用的有效刀具管理系統(tǒng)。 專心---專注---專業(yè)