|
對(duì)刀儀在數(shù)控車(chē)床上的應(yīng)用
數(shù)控車(chē)床加工中，對(duì)刀操作是重要的環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確性將直接影響零件的加工精度和數(shù)控加工的效率。為了提高數(shù)控車(chē)床的加工效率和精度，從實(shí)用角度介紹了對(duì)刀儀在數(shù)控車(chē)床上的應(yīng)用。
數(shù)控車(chē)床是加工軸類零件的主要設(shè)備。在數(shù)控車(chē)床加工中，工件坐標(biāo)系確定之后，需要確定每一把刀
具的刀位點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，即對(duì)刀。傳統(tǒng)的對(duì)刀大多采用試切法，即對(duì)每一-把刀具都進(jìn)行試切、工件尺寸測(cè)量、計(jì)算、輸人補(bǔ)償值等操作。不僅對(duì)操作人員技術(shù)水平要求高，而且每次更換刀具后還要反復(fù)上述操作，因此對(duì)刀是占用數(shù)控車(chē)床輔助時(shí)間最長(zhǎng)的操作之一。人為帶來(lái)的隨機(jī)性誤差大、安全性差、占用機(jī)時(shí)較多的傳統(tǒng)對(duì)刀方法，已經(jīng)適應(yīng)不了現(xiàn)代數(shù)控車(chē)削的節(jié)奏，更不利于發(fā)揮數(shù)控車(chē)床的功能。
為了提高數(shù)控車(chē)床的加工效率，可以在數(shù)控車(chē)床上應(yīng)用對(duì)刀儀。應(yīng)用對(duì)刀儀的對(duì)刀方法具有精度高、效率高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)刀儀的應(yīng)用不僅把繁瑣的、靠經(jīng)驗(yàn)操作的對(duì)刀操作簡(jiǎn)單化，保證了數(shù)控車(chē)床的高效、高精度特點(diǎn)的發(fā)揮，而且已成為滿足高速、高精度加工機(jī)床不可或缺的必備條件。下面主要介紹某個(gè)品牌的HPRA ( High Precision Removable Arm)型對(duì)刀儀在FANUC-18iTB (兩軸數(shù)控車(chē)床)數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。
對(duì)刀儀工作原理對(duì)刀儀的核心部件是由一個(gè)高精度的開(kāi)關(guān)(測(cè)頭)，一個(gè)高硬度、高耐磨的硬質(zhì)合四面體(對(duì)刀探針)和一個(gè)信號(hào)傳輸接口器組成(其他件略)。四面體探針是用于與刀具進(jìn)行接觸,并通過(guò)安裝在其下的撓性支撐桿,把力傳至高精度開(kāi)關(guān);開(kāi)關(guān)所發(fā)出的通、斷信號(hào),通過(guò)信號(hào)傳輸接口器,傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行刀具方向識(shí)別、運(yùn)算、補(bǔ)償、存取等。數(shù)控機(jī)床的工作原理決定，當(dāng)機(jī)床返回各自運(yùn)動(dòng)軸的機(jī)械參考點(diǎn)后，建立起來(lái)的是機(jī)床坐標(biāo)系。該參考點(diǎn)一旦建立,相對(duì)機(jī)床零點(diǎn)而言,在機(jī)床坐標(biāo)系各軸上的各個(gè)運(yùn)動(dòng)方向就有了數(shù)值上的實(shí)際意義。
當(dāng)對(duì)刀儀的安裝位置確定( 與機(jī)床和對(duì)刀儀的規(guī)格有關(guān))后，對(duì)刀儀的工作原理如下:
(1)數(shù)控車(chē)床的各個(gè)移動(dòng)軸返回各自的機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)之后，在機(jī)床坐標(biāo)系中對(duì)刀儀的位置坐標(biāo)值是固定的值。
(2)刀具沿所選定的某個(gè)軸移動(dòng)到對(duì)刀儀探針?biāo)谖恢?，?dāng)?shù)段稽c(diǎn)觸及對(duì)刀儀探針的瞬間，傳感器發(fā)出信號(hào)，并把此信號(hào)發(fā)送到數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)把此信號(hào)作為高級(jí)信號(hào)來(lái)處理，極為迅速、準(zhǔn)確地控制該軸伺服機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)。
(3)提取停止位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并輸人到數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)工件坐標(biāo)系和對(duì)刀儀探針位置坐標(biāo)之間的相對(duì)關(guān)系，自動(dòng)計(jì)算該軸初始刀位點(diǎn)相對(duì)機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離，即確定該軸刀具的初始偏置量并自動(dòng)寫(xiě)人刀具偏置表中。也就相當(dāng)于確定了工件坐標(biāo)系原點(diǎn)距機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離，數(shù)控系統(tǒng)在加工過(guò)程中自動(dòng)把此偏置量加進(jìn)去。
(4) 在切削過(guò)程中，因刀具的磨損和機(jī)床熱變形等原因發(fā)生初始刀位點(diǎn)的變動(dòng)或更換新的刀具時(shí)，重新應(yīng)用對(duì)刀儀對(duì)刀。數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算補(bǔ)償誤差并輸人刀具偏置表中。
對(duì)刀儀的應(yīng)用
對(duì)刀儀的安裝與校準(zhǔn)
HPRA型對(duì)刀儀是對(duì)刀臂和基座可分離的即插式結(jié)構(gòu)。測(cè)量臂的重復(fù)定位精度在5 μm之內(nèi)，探針的連續(xù)重復(fù)定位精度在5 μm之內(nèi)。只要通過(guò)插拔機(jī)構(gòu)把對(duì)刀臂安裝至對(duì)刀儀基座，則對(duì)刀儀的電氣信號(hào)會(huì)自動(dòng)與數(shù)控系統(tǒng)連通，使對(duì)刀儀進(jìn)入可工作狀態(tài)。對(duì)刀之前首先用手輕壓探針，檢查安裝信號(hào)和X、Z軸向的信號(hào)以及鎖定進(jìn)給軸信號(hào)的狀態(tài)是否良好。其次要對(duì)四面體探針進(jìn)行校準(zhǔn)，良好的校準(zhǔn)是準(zhǔn)確測(cè)量的保障。校準(zhǔn)對(duì)刀儀需要用杠桿式千分表。將杠桿式千分表固定在刀架上，用千分表的頂針頂著探針部位的接觸面，觀察表針的跳動(dòng)。用手輪方式左右和上下方向分別移動(dòng)千分表的頂針位置，并通過(guò)調(diào)整探針下面4mm固定螺栓調(diào)平探頭，使千分表跳動(dòng)量接近等于或小于5 μm。
幾何補(bǔ)償值的測(cè)量與參數(shù)設(shè)定
對(duì)刀儀的關(guān)鍵是傳感器探針以及精確確定傳感器探針在機(jī)床坐標(biāo)系的位置。對(duì)刀儀的傳感器探針對(duì)于每一個(gè)軸都有兩個(gè)方向的接觸面，即X軸有正接觸面和負(fù)接觸面，Z軸也有正接觸面和負(fù)接觸面。為了測(cè)量補(bǔ)償值，首先把需要測(cè)量的移動(dòng)軸返回機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)之后，選擇帶刀補(bǔ)號(hào)的T指令，使該移動(dòng)軸在J0C或手輪模式移動(dòng)。當(dāng)基準(zhǔn)刀具(一般選擇1號(hào)刀位的刀具)分別接觸到傳感器X、Z方向的正接觸面和負(fù)接觸面時(shí)，傳感器紅燈亮，軸運(yùn)動(dòng)立即停止，要分別記錄該軸停止位置的機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)值X。、X。. Z、Z.的值。根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)設(shè)定相關(guān)參數(shù):
具體操作步驟為:
(1) 選擇直徑大小為D的基準(zhǔn)刀具(JIG)，并安裝于數(shù)控車(chē)床的刀架。把X軸返回機(jī)床原點(diǎn)之后，用手動(dòng)方式使基準(zhǔn)刀具外圓周面觸動(dòng)傳感器的X軸正接觸面，并記錄該坐標(biāo)值X。
(2) 把X軸返回機(jī)床原點(diǎn)之后，用手動(dòng)方式使基準(zhǔn)刀具外圓周面觸動(dòng)傳感器的X軸負(fù)接觸面，并記錄該坐標(biāo)值X.，此時(shí)，機(jī)床原點(diǎn)到X軸負(fù)接觸面的距離(Xu) 參數(shù)5016:Xu=X。-D，并給參數(shù)5016鍵人X值。
(3) 把Z軸返回機(jī)床原點(diǎn)之后，用手動(dòng)方式使
刀座的端面觸動(dòng)傳感器的Z軸負(fù)接觸面，并記錄該坐標(biāo)值Zm，如圖4 (a)所示。此時(shí)，到2軸負(fù)接觸面的距離(Zy)參數(shù)5018: Z。=Z.并給參數(shù)5018鍵入Z。值。
(4)因測(cè)量Z,比較困難(如圖4 (b)所示)。
利用2.值和傳感器厚度T值( 根據(jù)對(duì)刀儀的型號(hào)而定)計(jì)算Z.的值，即Z.=Z。+T。此時(shí)，機(jī)床原點(diǎn)到Z軸正接觸面的距離(Zp)參數(shù)5017: Zp=Z. +T，并給參數(shù)5017鍵入Z值
檢查與測(cè)試
完成上述對(duì)刀儀的校準(zhǔn)、幾何補(bǔ)償值的測(cè)量與參數(shù)設(shè)定操作之后，把對(duì)刀儀從基座中拔出放到外置連接座，并重新開(kāi)機(jī)，完成如下的檢查操作。
(1)把X軸和Z軸返回機(jī)床原點(diǎn)后，檢查屏幕上顯示的機(jī)床坐標(biāo)值是否與鍵入?yún)?shù)1250的X和Z的坐標(biāo)值一致( 當(dāng)Work Sheft 的值均為0)。
(2)通過(guò)插拔機(jī)構(gòu)把對(duì)刀臂安裝至對(duì)刀儀基座后，確認(rèn)當(dāng)選擇手動(dòng)或手輪模式時(shí)，CRT畫(huà)面是否自動(dòng)轉(zhuǎn)換為Offset畫(huà)面。
(3)選擇1號(hào)刀具進(jìn)行對(duì)刀。以手動(dòng)方式使刀具以緩慢的速度在X軸和2軸方向分別接觸對(duì)刀儀的探針。此時(shí)的CRT畫(huà)面自動(dòng)轉(zhuǎn)換為Offset畫(huà)面并自動(dòng)寄存該刀具的坐標(biāo)補(bǔ)償值。
(4) 采用相同的方法對(duì)其他所有的刀具進(jìn)行對(duì)刀后，把對(duì)刀儀從基座中拔出放到外置連接座。
(5) 裝夾工件，用MDI模式選擇1號(hào)刀具和補(bǔ)償號(hào)(如T0101)， 并以手輪模式使刀具的刀尖點(diǎn)輕微觸動(dòng)工件端面。
(6) 選擇Work Sheft 畫(huà)面，并把光標(biāo)移動(dòng)到Measurement的Z欄目后，鍵人0，即工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)定為工件右端面的中心點(diǎn)。
(7) 編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，檢查安裝和測(cè)試是否準(zhǔn)確。
(8)如果加工誤差超出允許范圍，可適當(dāng)調(diào)整參數(shù)5015、5016、 5017、5018 的值。
(9) 調(diào)整參數(shù)后，重復(fù)步驟(3)一(7)的過(guò)程，直至滿足加工精度要求
對(duì)刀儀的對(duì)刀精度
有關(guān)資料及實(shí)踐證明:HPRA型對(duì)刀儀的測(cè)量臂的重復(fù)定位精度和探針的連續(xù)測(cè)量重復(fù)定位精度均滿足大部分用戶的需要，不需試切。盡管對(duì)刀儀具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但它也有不足之處。首先數(shù)控車(chē)床的零件加工過(guò)程是動(dòng)態(tài)過(guò)程，而對(duì)刀儀的對(duì)刀操作是在靜態(tài)下進(jìn)行，因此切削過(guò)程中產(chǎn)生的切削力和振動(dòng)外力等因素影響對(duì)刀精度;其次在切削過(guò)程中發(fā)生的刀具磨損和機(jī)床熱變形等直接影響對(duì)刀精度?？傊脤?duì)刀儀的對(duì)刀精度取決于對(duì)刀臂和探針的精度、機(jī)床的精度、刀具質(zhì)量、切削力等因素。
數(shù)控車(chē)床的對(duì)刀問(wèn)題，一直是阻礙提高數(shù)控車(chē)削加工效率和加工精度的“瓶頸"。應(yīng)用對(duì)刀儀，一把刀具的對(duì)刀操作一般只需1 min左右，對(duì)刀速度快，對(duì)刀精度高，可大大減少數(shù)控車(chē)削加工的輔助時(shí)間，顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和車(chē)削加工質(zhì)量。用于高速、高精度加工的數(shù)控機(jī)床配備自動(dòng)對(duì)刀儀等自動(dòng)化裝置也，是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的大勢(shì)所趨。
|