4種加工中心對刀方案設(shè)計-絕無僅有

68 加工中心Z向?qū)Φ斗桨冈O(shè)計681機床、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)行加工程序控制機床對工件加工前，一個重要的前提是在機床的坐標系里，明確機床、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，從而代替人準確地控制加工運動。如圖6-8-1，以某立式加中心機床為例，該機床設(shè)計機床參考點R與機床零點M重合，各軸回正向極限時找到機床零點，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。682 機床、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，某立式加工中心機床中，回零后，主軸端面中心（刀具參考點）正位于機床原點位置，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。尺寸a回零時，主軸端面中心到工作臺的最大距離，是機床生產(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。對于標準化數(shù)控刀具，可通過機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床測量得到的。尺寸e工件ZWO相對機床零點的高度距離，a=d+e，在工件定位裝夾后，操作工可通過手動操作機床測量得到的。2Z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，在機床的精密調(diào)試中起相當關(guān)鍵的作用。加工前，調(diào)整測量機床、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 Z”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)整機床零點的參考位置和程序零點參考位置間的Z向關(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，刀具的刀具長度補償用“HXX”表示，XX是某刀具的刀具長度補償編號；操作工相應地在刀具長度補償寄存器的HXX號下輸入測量長度補償值。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?83 基于機外對刀的Z向方案（方案1）圖6-8-3機外對刀的補償、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償值，并把坐標系的零點高度偏置到工件零點高度的對刀方案。刀具長度補償值絕對值就是圖6-8-2中的尺寸b，Z向工件偏置值可最簡單地設(shè)成工件零點在機床坐標系中的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(G54G59)，并要求在與程序選定的工件偏置指令如（G54）相應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的刀位；使用數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤顯示刀補畫面；為各把刀選適當?shù)钠锰?，并將各刀具長度作為補償值登記到刀具長度補償寄存器中相應位置。若程序中的刀具補償指令為G43，刀長作為補償值應是一個正值，每個補償值都應以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償值和零點偏置值的正、負，箭頭方向指正向為正值，箭頭方向指負向為負值。當CNC機床執(zhí)行生產(chǎn)任務時，所有切削刀具均可放置在刀具預調(diào)儀上測量，當加工另一不同的工件時，刀具補償值也不必在機床上重新進行檢測，這是因為刀位點到刀具基準點的Z向距離作為刀具長度補償值是固定不變的。 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床的非生產(chǎn)時間。當數(shù)控設(shè)備臺數(shù)較多的情況，利用一臺刀具預調(diào)儀為多臺數(shù)控機床對刀服務，是比較經(jīng)濟合理的。機外對刀需要刀具預調(diào)儀，當數(shù)控機床加工任務不多的用戶，是否一定要購買刀具預調(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。684 接觸法測量刀具Z向長度補償?shù)膶Φ斗椒ǎǚ桨?）如圖6-8-4所示，接觸法測量刀具Z向長度補償值的對刀方法這是一種靠使用手動操作機床，在機內(nèi)讓刀具刀位點與工件接觸，測量加工某工件的各把刀具長度補償值的方法，是一種典型的機內(nèi)Z向?qū)Φ斗椒?。值得注意的是：盡管每把刀具長度補償值用MDI方式存儲于刀具長度補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償值所表示的Z向關(guān)系與在機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?shù)毒邊⒖键c位于機床參考點位置，此時的機床坐標Z值為零，手動操作機床測量刀具刀位點到程序原點的Z向距離，作為刀具長度補償值并輸入數(shù)控系統(tǒng)。若程序中的刀具補償指令為G43，這種刀具長度補償值(即刀具位點到程序原點之間的距離)應取負值，并被輸入到控制系統(tǒng)的刀具長度偏置寄存器菜單下相應的H偏置號里。因為測量的刀位點起點為當?shù)毒邊⒖键c位于機床參考點位置時的高度位置，因此工件偏置Z值(G54G59)應設(shè)為Z0.0000。但有時為保證刀具Z向補償或取消補償運動時不超程或碰撞，刀具長度補償值的測量往往是從刀具的基準點離開機床零點一段距離的位置開始，如從機床坐標為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(G54G59)應設(shè)為Z-50.000。顯然從刀具參考點位于機床坐標位置Z=-50開始調(diào)整測量測量的刀具長度補償值與刀具參考點位于機床參考點位置開始測量的刀具長度補償值是不一樣的。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償值的過程往往占機時間長，會引起機床加工效率的降低。為克服該方案對刀占機時間長，且隨加工工件轉(zhuǎn)換時，必須重新對刀測量的缺陷，應尋找更好的方案對刀，以減少機內(nèi)對刀時間，并適合加工工件轉(zhuǎn)換。685 設(shè)定基準刀的接觸法Z向?qū)Φ叮ǚ桨?）為克服方案二機內(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償值，這是一種較為有效的方法，即主刀法。使用基準刀的對刀方法(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?；鶞实犊梢允情L期安裝在刀庫刀套上具的定長的Z向?qū)Φ秲x具。對基準刀而言，當基準刀的刀具長度補償值的測量是從當?shù)毒邊⒖键c位于機床參考點位置開始測量時,工件偏置Z值(54G59)仍設(shè)為0值，刀長補償值仍是其刀位點到工件零點的距離。區(qū)別在于：當工件改變了，只要進行基準刀的對刀，測量其刀長補償值，其它刀具不必重新對刀，其它刀具的刀長補償值由基準刀刀長補償值和基準刀長與其它的刀長的刀長差進行加減計算得到。如：T02與基準刀T01的刀長差絕對值為：L2，測得的基準刀（最長刀）刀長補償值為：-L1，則T02的刀補值應為：-L1-L2。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)省了對刀占機的時間，某刀具與基準刀的刀長差可在無加工任務時機床內(nèi)測得或在機外預調(diào)儀上測得?？梢姺桨溉龔浹a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。686 優(yōu)化的基準刀對刀（方案4）如圖6-8-5方案四的原理是：對工件偏置Z值定義為基準刀（最長刀）到工件零點的距離。對刀具長度補償值定義為基準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) 測量基準刀的刀位點到工件零點的距離作為Z向工件偏置值（負值）。4) 測量基準刀長與其它的刀長的刀長差。5) 將刀長差作為刀具長度補償值，比主刀短的刀具，它通常為負值。圖6-8-5優(yōu)化基準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，只需要用基準刀重定義工件偏置Z值，其它刀具補償值只與基準刀相關(guān)，保持不變。刀長差可以在機外預調(diào)測量并做減法計算得到，或在非生產(chǎn)時間機內(nèi)測量，即使在沒有機外預調(diào)的情況下，對刀的方便性也幾乎接近于用機外對刀儀的對刀。687 機外對刀儀上的刀具測量隨著技術(shù)的進步，在數(shù)控銑床、加工中心的機床用刀具日益標準化，尤其刀柄的標準化、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外對刀儀上測量。預調(diào)儀上刀具刀柄定位基準是測量的基準，要求它和機床主軸定位基準的精度要求十分接近，這才能保證刀長可以在機外預調(diào)時精確測定。圖6-8-6常用機外對刀儀的示意圖機外刀具測量儀在機床的外部對刀具的長度、直徑進行測量與調(diào)整，還能測量出刀具的幾何角度，測量時不占機動時間。能有效地提高數(shù)控機床的使用率，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)控機床對刀服務，是最經(jīng)濟合理的，所以，隨著數(shù)控機床的普及，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、刀柄定位機構(gòu)刀柄定位基準是測量的基準，所以有很高的精度要求，一般都要和機床主軸定位基準的要求接近，這樣才能使測量數(shù)據(jù)接近在機床上使用的實際情況。定位機構(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構(gòu)的對刀儀主軸，該主軸的軸向尺寸基準面與機床主軸相同 ，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0.0020.001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