数控加工中心常用对刀方法及其应用.rar
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
( CAD/CAM) 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 XY 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。
3.1 XY 方向对刀
XY 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 500 左右)( 精度
【 作者简介】丁海萍( 1979- ) , 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 226007)
【 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】 TP 29 【 文献标识码】 A 【 文章编号】1003- 2673(2007)08- 0051- 02
广西轻工业
GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY
2007 年 8 月
第 8 期( 总第 105 期) 机械与电气
51
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 MDI
模式下输入 S500 M03 并启动, 使主轴转速为 S500;( 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 X1, 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 X2( 测量记录 X 值时, 必需
到 POS- - > 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 Y1、Y2;( 5) 计算(X1+X2)/2, (Y1+Y2)/2, 分别将计算结果填
入 OFFSET SETTING- - > 坐 标 系 - - >G54 的 X 和 Y 中 ;( 6)
提升主轴, 在 MDI 模式下运行“ G90 G54 G0 X0 Y0”, 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 0.02, 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 G54 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 G54 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 50.03mm) , 然后将测量值填入 OFFSET
SETTING- - > 坐标系 - - >G54 的 Z 项中 ;( 4) 运 行 G90 G54
G0 X0 Y0 Z100; 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) XY 方向找正设定如前, 将 G54 中的 XY 项输入偏置
值, Z 项值置零;
( 2) 将用于加工的刀具 T1 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 Z1, 扣除 Z 向测量仪高度
后, 填入长度补偿值 H1 中;
( 3) 将刀具 T2 装上主轴, 用 Z 向测量仪找正读取 Z2, 扣除
Z 向测量仪高度后填入 H2 ;
( 4) 依次类推将所有刀具 Ti 用 Z 向测量仪找正, 将 Zi 扣
除 Z 向测量仪高度后填入 Hi;
( 5) 编程时, 采用如下方法补偿:
G91 G28 Z0;
T1 M6;
G43 H1;
G90 G54 G0 X0 Y0 Z100;
??( 一号刀加工内容)
G91 G28 Z0;
T2 M6;
G43 H2;
G90 G54 G00 X0 Y0 Z100;
??( 二号刀加工内容)
??M5;
M30;
检查多刀找正结果:
G91 G28 Z0;
T1 M6;
G43 H1;
G90 G54 G0 X0 Y0 Z100;
Z5;
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
h1、h2、h3??;
( 2) 找正时将上述刀具选择其一 Ti, 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 Z1;
( 4) 将 Z1 扣除 Z 向测量仪高度, 再扣除 Ti 的长度 hi, 将计
算结果填入 G54 的 Z 项中;
( 5) 将各刀长度 h1、h2、h3??, 分别填入机床长度补偿存
储器 H1、H2、H3 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)
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由 表 2 得 知 , 鱼 腥 草 在 温 度 为 80~90℃的 条 件 下 烫 漂
4min, 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 60 min 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 200g 新鲜鱼腥草在 80-90℃水中烫漂 4min, 护
色、硬化处理后, 注入不同配方的填充液后封口, 于 100℃ 下
杀菌 l0min, 冷却后在 3 7±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
0.05%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 200g 新鲜鱼腥草在 80-90℃水中烫漂 4min,
护色、硬化处理后, 注入填充液后采用不同的真空度封口, 于
100℃ 下杀菌 l0min, 冷却后在 3 7±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 0.08 MP 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 80-90℃的 条 件 下 热 烫 4min, 利 用 0.5% 柠 檬 酸 和
0.2%食盐混合溶液进行护色, 加入 0.05%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 0.08 MP 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,2005,8.
[2] 周贻谋.鱼腥草的功效和用法[J].老年人,2005,8.
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 G54 设定工件坐标系, 应在 MDI 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。零件加工阶段和操作者的习惯协调, 可以使整个
对刀操作简洁, 并能保证零件加工质量。
参考文献
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[2] 张超英,罗学科.数控加工终合实训[M].北京:机械工业出版社,2003.
[3] 熊熙.数控加工实训教程 [M] .北京:化学工业出版社,2003.
[4] 杨丰.数控车床对刀方法的探讨[ J] .机械工程师, 2004,4.
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