加工中心對刀

關于數(shù)控銑床及加工中心對刀的一些個人理解和經驗本人從事數(shù)控銑床及加工中心3年多的時間，對這些機床的坐標系設定及對刀有一些個人的理解，并積累了一些經驗，想和一些從事數(shù)控加工的初級人員交流和分享。鑒于水平有限，有不足之處還請見諒及批評指正首先加工中心和數(shù)控銑床相比僅僅是多了個刀庫，可以在一次加工中進行多把刀的加工操作，它們在本質上沒什么區(qū)別。我們就以數(shù)控銑床為例進行講解。我們的世界是三維世界，空間由長寬高組成，在方位上就是“東西”、“南北”、“上下”，假設我們朝北站立，對應的銑床坐標就是X、Y、Z（“東”為x正方向、“北”為y正方向、“上”為z正方向）。Xy通常為一組（也就是G17平面），Z通常為另一組。這是首先要建立的一個概念?，F(xiàn)在我們要“銑床”幫我們加工一個工件，我們把工件放在它的工作臺上，夾緊后，通過程式要“銑床”加工工件的某個地方，比如說要“銑床”在G54X20Y-10的地方鉆個孔。那么現(xiàn)在問題就來了“銑床”它怎么知道這個G54X20Y-10是哪里咧？它不知道！因為它沒長眼睛??！它怎么知道我們把工件放在了它工作臺的哪個地方咧？所以我們首先要告訴它：工件到底在哪里。我以前聽過一個故事，說一個瞎子出門在外杵拐杖，還時不時要敲一下小銅鑼，但在家門口卻什么都不需要，可以很迅速的到要去的地方。原因是他把家周圍的東西都摸熟悉了，比如站在家門口（我們假設他家是座北朝南的）向南走100步就是條小路右拐300步可以到鄰居家。再比如站在家門口，向左200步就是打水的井，其中在第150步的時候有塊大石頭要向南讓20步，再向左走完剩下的50步剛好到井邊。。。。盲人沒有眼睛看東西，但是他可以數(shù)自己的步伐來度量距離、從家門口走可以知道起始點和方向。銑床也是一樣，工作臺運動的距離由伺服電機轉的圈數(shù)來決定，方向由電機轉的方向來確定。這些在機床的電器部分是很容易做到的。問題是從哪里開始?。∥覀儼涯莻€瞎子丟到我家門口（假設我家也是座北朝南），你看他還能不能找到他的鄰居、還能不能找到井？不能了吧！為什么？因為起始點變了。再回到銑床，它怎么找到最初的起始點咧，它有個辦法，那就是“機械坐標回零”，機械坐標是銑床固有的坐標系，在機床制造時就已經建立了的，是在各個導軌上安裝限位開關，來限制工作臺的行程，防止各個軸超程。工作臺(X、Y)和主軸（對于立式銑床來說是Z軸）只能在各個軸的前后2個開關之間的空間活動。在銑床加電之后,就像那個瞎子剛在地上睡醒，不知道距離大門有多遠。這時候他就朝一個固定方向走，比如說朝北走，碰到墻了（限位開關）這個方向就不走了，這就是機械坐標的Y0點、然后就橫著走，摸到了窗戶，再走，摸到門了，這里就是機械坐標X0點（當然一般機械坐標X0點在工作臺的最左或是最右，這里請大家理解就行了）Z軸也一樣。就這樣機械坐標系就建立起來，就像那個瞎子又回到了他自家門口，什么石頭啊、井啊、鄰居家啊他都了然于胸。但是這樣他仍然不能搞什么事，因為我不是要他去到井邊打水，也不是要他坐在石頭上，也不是要他去敲鄰居家的門，而是要他去撿地上我丟的一塊錢??！我告訴他錢在那塊石頭的東邊20步，再向南走10步的地上，也就是說以石頭為起點（G54坐標原點）向X正方向走20步（X20），Y負方向走10步（Y-10）這樣不用眼睛看就可以到達目的地。但是這樣問題又來了：石頭在哪里？？也就是G54坐標原點在哪里。因為客戶給我們的只是工件的圖紙，我們根據(jù)圖紙在加工工件時一般以工件上的某一點為編程原點開始發(fā)數(shù)，一般以工件的幾何中心開始編程，這樣便于我們編程也便于我們理解程序，以這一點建立的坐標系稱為“工件坐標系”，用G54、G55、G56、G57、G58、G59表示。（在高級一點的系統(tǒng)中也可以擴展為G54.1Pn）瞎子要撿到錢首先要知道石頭的位置，銑床要在G54X20Y-10的地方鉆孔首先要知道G54原點的位置(包括G54Z0)。銑床確定G54原點的過程叫做“對刀”。現(xiàn)在“對刀”特指Z軸，這個后面將詳細談到。而XY平面對刀叫做“校圓”，就是工件上有幾何圓形，以它的圓心為工件坐標原點，用百分表來校正。還有的地方XY平面對刀叫“分中”，是工件呈規(guī)則幾何現(xiàn)狀，如圓形、矩形等，就是把工件的中心分出來，具體要用到銑刀，電子對刀儀，分中棒。下面具體做講解：百分表校圓：百分表校圓是對具有圓形工件操作。如圖把百分表的磁力表座吸在主軸上，使其可以隨主軸自由旋轉（把主軸上的刀下掉，將表座吸在主軸端面上，端面上有2個卡刀柄的鐵塊，表座太大擋著了不太好放，但仍可以側放著，我每次都是這么放的。覺得不好放的朋友也可以先裝上一把長一點的刀柄，將表吸在刀柄表面）用手輪模式，搖動手輪將主軸中心大致對準圓心然后搖下Z軸使表顯示刻度，并且保證表不會超量程。先用表打一下圓的兩端即圖中的1和2這兩點，（點3先不要管它）用手輕輕轉動主軸使表的指針從1到2或從2到1，如兩邊不相等則把手輪打到X 軸，以0.01的速率搖動使之相等，則X軸就已經校好了（表從1到2或從2到1會經過3，表會顯示其他刻度，只要表不超量程就先不用管它。如超過量程那就搖動Y軸使它的讀數(shù)變?。┰傩軸，將表的指針轉到3的位置，手輪打到Y軸，以0.01的速率搖動，使3的刻度跟1和2一樣就行了，這樣Y也校好了，將表轉動一周，你會發(fā)現(xiàn)表的讀數(shù)基本不動，既不是無刻度也不是超量程。（有時表的指針根本就沒碰到圓或是已經超過量程了，這樣表的指針也不動的，這點要注意?。恼麄€過程看先讓1=2，再讓3=1=2，圓就校好了。這時主軸的旋轉中心與圓的圓心重合。我們把這個主軸中心所在的位置定為工件坐標系中XY平面的原點，怎么定呢？在機床“坐標系設定”里面將這點的“機械坐標值”（一定是這點的機械坐標值！！還記得那個瞎子嗎，這就是機床為了找到這個點而在“心里默數(shù)的步伐”，而機床的“心里”在回零之后只知道“機械坐標”）輸入到G54的“值”里面（先只輸入XY，Z以后再說。G54的“值”在哪里輸入？這個因不同的系統(tǒng)界面有所不同，各位自己找。）給這點標記為“G54”也就是給這個坐標系起個名字，我們一說到“張三”心里馬上可以與張三這個人對應起來。同樣，我們在程序中一提到“G54”，機床就會它的記憶庫中找G54是哪里，這樣就找到了我們輸入的那個機械坐標值，“心里”就默默的數(shù)啊數(shù)，“身未動心已遠回到那個程序段G54X20Y-10,機床已經知道了G54原點在哪里，那么再從G54原點出發(fā)，再向X正方向默走20步，Y負方向默走10步就到了最終目的地！我們要一個人去某地辦事，他不知道路了，可以根據(jù)線索慢慢找，還可以問路，還可以打電話回來求助。但是機器不行，人們在設計機床時，必須為它設計出一套方式來，讓機床也能準確地找到要去的地方，于是“盲人數(shù)步”就被開發(fā)出來了。不管是那種機床，車床還是銑床，也不管是那種系統(tǒng)，法那克、西門子還是三菱，都是運用這種原理來實現(xiàn)精確加工的。前面將到了用百分表校圓來設定工件坐標系G54，現(xiàn)在來看其它的方式，首先來看看銑刀粗略對刀來確定G54.用以確定矩形及圓的工件坐標系。如圖，將主軸裝上一把銑刀,刀直徑不限，略粗為好，比如4-16mm，手動將主軸轉動起來，轉速不限比如1000R/m，再打到手輪模式,將主軸移到矩形的最左，降下Z軸使刀可以切到工件。慢慢向工件左邊靠攏使之稍稍切到工件，聽聲音，看切痕，看切屑都可以確認，記下X軸的機械坐標值比如X-200。抬起主軸Y軸不動，只移X軸到最右邊，再降下主軸，慢慢向工件的右邊靠攏，稍稍切到工件再記下這點的X軸機械坐標值比如X350.抬起主軸將X移到這兩點的中間位置：機械坐標X75([（-200）+350]/2=75)同理將Y軸也這樣做，這樣就將主軸移到了矩形工件的幾何中心，中心設定G54就行了。（主軸找?guī)缀沃行牡倪^程中可以看機械，也可以看絕對坐標，還可以看相對坐標，總之這些只是幫助主軸移到工件中心的，只起參考作用。在設定G54時才輸入機械坐標值。為了更方便我們找中心，可以在左邊將相對值清零，看右邊是好多比如550，再將右邊的相對值直接除以2，550/2=275，將主軸抬起后移到相對坐標值X275即可。你看它這時的機械坐標值還是“75”。“相對值”不影響“機械值”）·電子對刀儀和分中棒找中心的原理與此一樣，只不過銑刀會留下切痕，切的時候一不小心可能切下幾十絲，傷工件，又不太準確，一般用于不太精準的對刀。電子對刀儀和分中棒就不一樣，不傷工件，也很精準。電子對刀儀有各種各樣的，簡單的一種就是末端為球形的一根金屬棒子，里面裝有紐扣電池和發(fā)光二極管，夾在刀柄裝在主軸上，主軸不旋轉，也是用球型末端左靠右靠，末端一接觸工件，棒內的電路通過刀柄、主軸、機床導軌、工作臺再到工件（一般工件是金屬的）形成回路，二極管就會發(fā)光，就可以記下數(shù)值了。其他一樣。分中棒有上下2段，用彈簧連接，在中速旋轉下（我們一般用700-900）可以保持上下同軸，在用下段靠工件的時候，稍一碰觸工件，上下就會不同軸，我們就可以記下數(shù)值了。其他一樣其他的還有，我沒用過，就不說了。大家可以自己多查查資料。XY平面對刀對好了，還剩Z軸對刀，下面我給大家講講我在實際工作中學到的一些經驗。我們這里有一種Z軸對刀方法，就是將機械坐標Z零點設為工件坐標系Z零點，也就是在XY對刀后，將Z軸進行機械坐標回零操作，回零后設定G54Z0。這樣Z軸的機械坐標值和工件坐標值就是一樣的了。我們裝上不同長度的刀（這里為方便講解，刀的長度為“主軸端面”到“刀尖”的縱向長度。如圖）當?shù)都饨佑|對刀平面時，比如工件表面，此時Z軸的機械值是多少就在這把刀對應的刀號里的“長度”欄補上多少，同時“磨耗”要清零。（或補“磨耗”清“長度”，效果一樣但不太好理解）如圖假設刀長是L100，Z回零狀態(tài)下刀尖到工件表面高度H400，用手輪我們把刀尖搖到工件上方，用試切，塞尺，對刀棒或是對刀器等等方法使其接觸到工件表面后，看此時Z機械坐標值是多少1號刀長度L1001號刀長度L100Z軸回零狀態(tài)下刀尖到工件的高度H4002號刀長度L150Z回零下刀尖到工件高度H350主軸端面到工件表面500在例子中刀尖要接觸工件，Z必須從機械值Z0降到Z-400，那么我們在這把刀的刀號#001的長度欄輸入“-400”即可這里有點要注意的是，對應“程序里”的工件坐標系的“0平面”也就是“G54Z0”在哪里對刀面就在哪里，我們就在哪里對刀。雖然我們把G54Z0設為機械Z0，但在“機床”看來，G54Z0仍然在工件表面這里的長度輸入一定要是機械坐標值，不能看絕對坐標值和工件坐標值，雖然在這種對刀方式下，3個坐標的Z值是一樣的，但是“盲人數(shù)步”，機床是數(shù)了-400步，才將1號刀接觸到工件表面、數(shù)了-350步才將2號刀接觸到了工件表面。我們要根據(jù)這個原理來理解機床的運作方式。假如我們把1號刀和2號刀順序裝反了，長度為150的刀，SB機床仍然數(shù)400步！完了，以G0的速度刀尖一下子伸到了工件表面以下50的地方，都撞刀了它還以為走到位了！所以大家在工作的時候認真的回過頭來檢查一下自己是否輸入錯誤，也不要把刀裝錯，這樣會避免很多低級錯誤的發(fā)生。（工作中這種低級錯誤很多，我的經驗是輸好了之后再用手指指著一個字一個字的檢查一遍。）平時用的最多的就是將對刀面設為G54Z0的，假如程序是從工件表面發(fā)數(shù)的，我們就在工件表面對刀，然后將其設為工件坐標系G54的Z0點。還以上圖為例，用手輪將Z軸搖到工件上方，同樣用試切，塞尺，對刀棒或是對刀器等等方法使1號刀的刀尖剛好到達工件表面。這時打開坐標系設定界面，在G54的Z值欄里輸入此時的機械坐標值-400（機床要向下走400步才使長度為100的1號刀的刀尖接觸到工件表面。同時1號刀的刀補清零）抬起刀后在MDI模式下輸入“G54”，自動模式下運行一遍（或單段模式下，不同的機床具體方法不同，大家都試一下?？傊亲寵C床引用一遍，讓它刷新G54）刷新之后你會發(fā)現(xiàn)絕對坐標和當前工件坐標G54的Z值與機械坐標總是相差400。比如G54Z10時，機械坐標Z值為-390，G54Z100時，機械值為Z-300，大家自己去體會。這樣1號刀就對好了，一般我們把這把刀叫做“基準刀”。再看2號刀。2號刀到工件表面后，這時我們不能再像1號刀一樣輸入Z值了，因為此時工件坐標系已經完全建立了，不能在變。我們只好輸?shù)堆a，在多把刀的機械加工中，這實際上可看成是一種調節(jié)手段，把其它長度的刀通過刀具補償?shù)男问秸{的跟基準刀一樣的高度，使其在執(zhí)行包含同樣的Z值命令時，所有的刀尖都能準確到達這一高度?；氐?號刀的對刀，我們打開設定里的長度設定，在#002的長度欄里輸入“絕對坐標”的Z值，這里不能再輸機械坐標了，此時的絕對坐標系就是當前工件坐標系G54，此時絕對坐標Z值應該是50（大家想想為什么是50？）機床沒長眼睛，它不知道刀1和刀2到底有什么區(qū)別，為了使刀1加工到工件表面，我們設定了G54Z0點，也就是當執(zhí)行G0G54Z0時。刀1的刀尖剛好到達工件表面?，F(xiàn)在我們換成刀2，長度為150，假如同樣執(zhí)行G0G54Z0時刀尖就會伸到工件表面以下50的地方造成撞刀，為了不撞刀，刀2需要向上抬50，才能使刀尖剛好接觸工件表面，這時絕對坐標，也就是G54的Z值顯示為Z50。我們在2號刀的長度里面補入+50,意思是告訴沒長眼睛的機床：2號刀比基準刀1號刀長50，用刀2加工時，你的主軸得夾著刀往上抬50才能加工！同樣假如3號刀長度是80，我們應該補-20，用刀3加工時，主軸得夾著刀往下再伸20才能加工。每把刀的長度我們不可能事先量出來，但是一旦設定了基準刀之后，其它的刀與其的差值比如+50、-20就是那個絕對坐標值，我們只需看絕對坐標Z值就行了。我們也可以把基準刀看成有刀補的，只不過刀補為0而已。大家仔細想想機床的對刀過程，它的實質就是在加工過程中讓不同長度的刀的刀尖都能被機床掌握其到了具體的哪個位置，這樣才能按照程序把工件加工好。于是我們選一個G54Z0平面，把每把刀的刀尖都降到那個平面來比長短，根據(jù)Z0的高度設一個基準刀（也就是刀尖到達這個Z0平面時刀補為零），比基準刀長的往上抬，短的往下降。這個G54Z0平面可以隨便設定在哪里，比如我們可以把G54Z0設置在機械坐標Z0的地方，也可以設置在工件表面，還可以設定在工作臺上，甚至可以設定任意一個值，比如說我們將機械坐標Z-220的地方設定為G54Z0平面，如圖主軸端面到工件表面500主軸端面到工件表面500機械值Z-220刀長100220按以前的做法基準刀的刀尖接觸工件，此時G54Z軸設置成0點也就是G54Z輸入欄里設置此時的機械坐標值-220，意思是當主軸降到-220時，基準刀剛好接觸工件表面。但是此時基準刀并沒有接觸到工件表面，這時我們可以虛擬出一把基準刀“0號刀”其長度為280。當主軸下降到機械Z值-220時，長度為280的虛擬基準刀的刀尖就