4種加工中心對(duì)刀方案設(shè)計(jì) 絕無僅有

本文格式為Word版，下載可任意編輯——4種加工中心對(duì)刀方案設(shè)計(jì)絕無僅有6．8加工中心Z向?qū)Φ斗桨冈O(shè)計(jì)

6．8．1機(jī)床、刀具、工件的位置點(diǎn)及Z向?qū)Φ秵栴}

執(zhí)行加工程序控制機(jī)床對(duì)工件加工前，一個(gè)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)把握足夠的信息，正確地理解人的加工意圖，從而代替人確鑿地控制加工運(yùn)動(dòng)。

如圖6-8-1，以某立式加中心機(jī)床為例，該機(jī)床設(shè)計(jì)機(jī)床參考點(diǎn)R與機(jī)床零點(diǎn)M重

合，各軸回正向極限時(shí)找到機(jī)床零點(diǎn)，回零時(shí)，位于主軸孔端面中心的刀具參考點(diǎn)F亦與R、M重合，且刀具參考點(diǎn)與刀位點(diǎn)同在回轉(zhuǎn)主軸中心線上，那么，刀位點(diǎn)X、Y向的位置與刀具參考點(diǎn)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(diǎn)的Z向位置。因此，機(jī)床零點(diǎn)、工件零點(diǎn)、刀位點(diǎn)在Z向（刀長方向）位置需要用別的方法來確定。

圖6-8-1立式加中心回零時(shí)的Z向高度各點(diǎn)6．8．2機(jī)床、刀具、工件在Z方向相對(duì)位置值及寄放

1．加工系統(tǒng)中Z向相對(duì)位置尺寸

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(diǎn)）正位于機(jī)床原點(diǎn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀所在的位置。此時(shí)，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(gè)尺寸。

尺寸a——回零時(shí)，主軸端面中心到工作臺(tái)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(gè)尺寸的總和。

尺寸b——主軸端面中心和刀位點(diǎn)之間的距離。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)控刀具，可通過機(jī)外對(duì)刀儀確切測量得到這一尺寸。

尺寸c——刀具刀位點(diǎn)到工件零點(diǎn)(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(duì)刀測量得到，反映刀具與工件間的最大Z向相對(duì)位置值。

尺寸d——工件相對(duì)工作臺(tái)的高度(工作臺(tái)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(dòng)操作機(jī)床測量得到的。

圖6-8-2加工中心回零后，Z向四個(gè)尺寸尺寸e——工件ZWO相對(duì)機(jī)床零點(diǎn)的高度距離，a=d+e，在工件定位裝夾后，操作工可通過手動(dòng)操作機(jī)床測量得到的。

2．Z向相對(duì)位置尺寸的寄放

圖6-8-2中所示的五個(gè)尺寸，它們尋常是已知的給定尺寸或可通過測量獲得，在機(jī)床的縝密調(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(duì)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、在程序中用位置寄放器指令“告知〞，如：把加工前刀具刀位點(diǎn)相對(duì)工件Z0的位置值用格式為：“G92Zγ〞指令存儲(chǔ)到位置寄放器。

2、把測量到的某些Z向相對(duì)位置尺寸手動(dòng)輸入于工件偏置寄放器，如，把機(jī)床零點(diǎn)與工件零點(diǎn)Z向間的尺寸存儲(chǔ)于工件偏置寄放器G54下的Z～，用來調(diào)整機(jī)床零點(diǎn)的參考位置和程序零點(diǎn)參考位置間的Z向關(guān)系。

3、把測量到的某些Z向相對(duì)位置尺寸用MDI方式存儲(chǔ)于刀具長度補(bǔ)償寄放器，用來調(diào)整刀位點(diǎn)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(hào)；操作工相應(yīng)地在刀具長度補(bǔ)償寄放器的HXX號(hào)下輸入測量長度補(bǔ)償值。

這些Z向相對(duì)位置尺寸如何定義、以何種名義存儲(chǔ)、存儲(chǔ)于何處，關(guān)系到Z向?qū)Φ斗桨傅脑O(shè)計(jì)。

下面將列舉加工中心的種種Z向?qū)Φ斗桨覆⒎治鲋?/p>

6．8．3基于機(jī)外對(duì)刀的Z向方案（方案1）

如圖6-8-3所示，這是一種最直接地以刀位點(diǎn)到刀具參考點(diǎn)的Z向刀長作為刀具長度補(bǔ)償值，并把坐標(biāo)系的零點(diǎn)高度偏置到工件零點(diǎn)高度的對(duì)刀方案。刀具長度補(bǔ)償值絕對(duì)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(diǎn)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(duì)刀原理是：

1、在保證刀具Z向補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)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)的工件偏置寄放器的位置（G54）下填寫設(shè)定的Z向工件偏置值。

2、刀長（刀位點(diǎn)到刀具參考點(diǎn)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(duì)所用的各把刀具編號(hào)；填寫刀具的調(diào)整單；將按刀號(hào)把刀具放置到刀庫的相應(yīng)的刀位；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?hào)，并將各刀具長度

圖6-8-3機(jī)外對(duì)刀的補(bǔ)償、偏置方案作為補(bǔ)償值登記到刀具長度補(bǔ)償寄放器中相應(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(gè)正值，每個(gè)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(hào)為“H05〞，操作人員在偏置顯示屏上的“05〞號(hào)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(diǎn)偏置值的正、負(fù)，箭頭方向指正向?yàn)檎?，箭頭方向指負(fù)向?yàn)樨?fù)值。

當(dāng)CNC機(jī)床執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，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(shí)，刀具補(bǔ)償值也不必在機(jī)床上重新進(jìn)行檢測，這是由于刀位點(diǎn)到刀具基準(zhǔn)點(diǎn)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(duì)刀方案顯示的明顯優(yōu)越是：減少了對(duì)刀過程中的占用機(jī)床的非生產(chǎn)時(shí)間。當(dāng)數(shù)控設(shè)備臺(tái)數(shù)較多的狀況，利用一臺(tái)刀具預(yù)調(diào)儀為多臺(tái)數(shù)控機(jī)床對(duì)刀服務(wù)，是比較經(jīng)濟(jì)合理的。

機(jī)外對(duì)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？下面探討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(duì)刀方案。

6．8．4接觸法測量刀具Z向長度補(bǔ)償?shù)膶?duì)刀方法（方案2）

如圖6-8-4所示，接觸法測量刀具Z向長度補(bǔ)償值的對(duì)刀方法這是一種靠使用手動(dòng)操作機(jī)床，在機(jī)內(nèi)讓刀具刀位點(diǎn)與工件接觸，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(chǔ)于刀具長度補(bǔ)償寄放器的方法與方案一相像，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(duì)刀儀測量的刀具長度不是同一個(gè)概念。

這種方法的Z向確定刀具與工件位置關(guān)系的對(duì)刀原理是：

當(dāng)?shù)毒邊⒖键c(diǎn)位于機(jī)床參考點(diǎn)位置，此時(shí)的機(jī)床坐標(biāo)Z值為零，手動(dòng)操作機(jī)床測量刀具刀位點(diǎn)到程序原點(diǎn)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(diǎn)到程序原點(diǎn)之間的距離)應(yīng)取負(fù)值，并被輸入到控制系統(tǒng)的刀具長度偏置寄放器菜單下相應(yīng)的H偏置號(hào)里。

由于測量的刀位點(diǎn)起點(diǎn)為當(dāng)?shù)毒邊⒖键c(diǎn)位于機(jī)床參考點(diǎn)位置時(shí)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(shí)為保證刀具Z向補(bǔ)償或取消補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)時(shí)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(diǎn)離開機(jī)床零點(diǎn)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(diǎn)到程序原點(diǎn)之間的距離，那么工件偏置Z值(G54～G59)

圖6-8-4刀具長度偏置的接觸測量法應(yīng)設(shè)為Z-50.000。顯然從刀具參考點(diǎn)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(diǎn)位于機(jī)床參考點(diǎn)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:接觸法測量的刀具長度補(bǔ)償值隨各刀具參考點(diǎn)起始點(diǎn)的高度位置的不同而不同，又隨不同工件零點(diǎn)的高度位置的不同而不同。因此用這種方法對(duì)刀，批量生產(chǎn)同一零件時(shí)，宜用固定的夾具把工件零點(diǎn)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(duì)刀測量。當(dāng)然，從某一加工批次變換到另一不同批次對(duì)的工件加工，刀庫中所有要用到的刀具，其刀具長度補(bǔ)償值必需重新測量，這是這種方法最大的缺陷。而且，使用手動(dòng)操作測量刀具長度補(bǔ)償值的過程往往占機(jī)時(shí)間長，會(huì)引起機(jī)床加工效率的降低。

為戰(zhàn)勝該方案對(duì)刀占機(jī)時(shí)間長，且隨加工工件轉(zhuǎn)換時(shí)，必需重新對(duì)刀測量的缺陷，應(yīng)尋覓更好的方案對(duì)刀，以減少機(jī)內(nèi)對(duì)刀時(shí)間，并適合加工工件轉(zhuǎn)換。

6．8．5設(shè)定基準(zhǔn)刀的接觸法Z向?qū)Φ叮ǚ桨?）

為戰(zhàn)勝方案二機(jī)內(nèi)對(duì)刀時(shí)間長，加工工件轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)刀麻煩的缺陷，設(shè)計(jì)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(duì)刀方法(尋常是最長的刀)，可以顯著加快使用接觸測量法時(shí)的刀具測量速度。基準(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(duì)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(diǎn)位于機(jī)床參考點(diǎn)位置開始測量時(shí),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(diǎn)到工件零點(diǎn)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(duì)刀，測量其刀長補(bǔ)償值，其它刀具不必重新對(duì)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(jì)算得到。

如：T02與基準(zhǔn)刀T01的刀長差絕對(duì)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(shí)質(zhì)仍是T02刀的刀位點(diǎn)到工件零點(diǎn)的距離，只不過，它不需要實(shí)際測量而只是計(jì)算。很明顯，這樣做節(jié)省了對(duì)刀占機(jī)的時(shí)間，某刀具與基準(zhǔn)刀的刀長差可在無加工任務(wù)時(shí)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(duì)所有要用刀具的長度重新對(duì)刀的最大缺陷。

6．8．6優(yōu)化的基準(zhǔn)刀對(duì)刀（方案4）

如圖6-8-5方案四的原理是：對(duì)工件偏置Z值定義為基準(zhǔn)刀（最長刀）到工件零點(diǎn)的距離。對(duì)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(duì)刀方案的思路簡單明白，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(diǎn)

3)測量基準(zhǔn)刀的刀位點(diǎn)到工件零點(diǎn)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，它尋常為負(fù)值。

這一方法不僅能縮短調(diào)試時(shí)間，另一個(gè)好處是：假使使用一組刀具來加工另一批量工件，那么對(duì)于新的工件高度，只需要用基準(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(jì)算得到，或在非生產(chǎn)時(shí)間機(jī)內(nèi)測量，即使在沒有機(jī)外預(yù)調(diào)的狀況下，對(duì)刀的便利性也幾乎接近于用機(jī)外對(duì)刀儀的對(duì)刀。

圖6-8-5優(yōu)化基準(zhǔn)刀對(duì)刀6．8．7機(jī)外對(duì)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，特別刀柄的標(biāo)準(zhǔn)化、精度、與主軸內(nèi)孔的連接的確切性，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(duì)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(shí)確切測定。

機(jī)外刀具測量儀在機(jī)床的外部對(duì)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(shí)不占機(jī)動(dòng)時(shí)間。能有效地提高數(shù)控機(jī)床的使用率，特別在數(shù)控設(shè)備臺(tái)數(shù)較多的狀況，利用一臺(tái)對(duì)刀儀為多臺(tái)數(shù)控機(jī)床對(duì)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(huì)更廣泛地被

采用。這里通過常用對(duì)刀儀示意圖6-8-6說明對(duì)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(shí)際狀況。定位機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(duì)刀儀主軸，該主軸的軸向尺寸基準(zhǔn)面與機(jī)床主軸一致，主軸能高精度回轉(zhuǎn)，便于找出刀具上刀刃的最高點(diǎn)。對(duì)刀儀主軸中心線對(duì)測量軸z、X很高的平行度和垂直度要求。

2、測頭部分：

圖6-8-6常用機(jī)外對(duì)刀儀的示意圖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(diǎn)，測量精度可達(dá)0.002～0.001㎜左右,接觸式測量比較直觀。但簡單損傷表頭和切削刃。

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)。