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數(shù)控車床對(duì)刀方法研究
近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和自動(dòng)化不斷發(fā)展。現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，并轉(zhuǎn)變?yōu)榛跀?shù)字化的現(xiàn)代制造技術(shù)。高速、高精度、智能化是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的最終方向。
1.數(shù)控車床的對(duì)刀原理
數(shù)控車床上的刀具理論對(duì)刀具的展開(kāi)起著指導(dǎo)作用，使操作者能夠保持良好的工作原理和良好的刀具設(shè)計(jì)。刀具的最終目的是確定工件在機(jī)床工作面上的位置;此時(shí)，操作者必須建立編程坐標(biāo)系，使機(jī)床坐標(biāo)系與編程坐標(biāo)系相對(duì)應(yīng)，最終目的是確定刀具點(diǎn)相對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)系的位置值。
1.1機(jī)床、工件坐標(biāo)系
數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系一般定義為坐標(biāo)為原始坐標(biāo)的坐標(biāo)系。每臺(tái)車床的機(jī)床坐標(biāo)系在出廠前由專業(yè)人員建立，用戶不得更改。數(shù)控機(jī)床的手動(dòng)調(diào)零必須在意外斷電或故障后進(jìn)行。此操作的目的是使刀架或工作面達(dá)到機(jī)床的零點(diǎn)。只有回到機(jī)床原點(diǎn)，機(jī)床坐標(biāo)系才能正確地加工零件。
數(shù)控車床的操作和功能更簡(jiǎn)單，在大多數(shù)情況下，刀具是通過(guò)切割來(lái)調(diào)整的。組合軸的零件，如圖2所示，毛坯直徑為26毫米，實(shí)際轉(zhuǎn)化為四個(gè)，分別為：90°手推車的圓刀和直刀，從一個(gè)口罩切割到狹縫(刀，懸弧以上的車，螺紋匕首，直端螺紋，最后切割刀具。
工件坐標(biāo)系(編程坐標(biāo)系)定義為以工件為原點(diǎn)建立的坐標(biāo)系[3]。這個(gè)坐標(biāo)系是由工作人員(操作員)人工固定的。理想情況下，原點(diǎn)可以是任意點(diǎn)。但是如果工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)選擇不正確，會(huì)給以后的編程帶來(lái)很大的問(wèn)題。選擇零件坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，必須考慮原點(diǎn)與零件尺寸、固定點(diǎn)之間的關(guān)系。數(shù)控車床一般選擇工件右側(cè)面中心的工件零點(diǎn)，保證機(jī)床的坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系相結(jié)合。
1.2刀的位置和位置
手動(dòng)移動(dòng)刀具和刀尖，直到其與定位塊上部對(duì)齊，同時(shí)將坐標(biāo)顯示值設(shè)置為零，然后帶回起始位置讀取坐標(biāo)值。這種方法應(yīng)保證刀尖與定位塊對(duì)準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)精度直接影響到刀的精度。
工件坐標(biāo)系、機(jī)床坐標(biāo)系、切削點(diǎn)和切削位置之間的關(guān)系如圖1所示。
切削點(diǎn)決定機(jī)床上刀具的固定點(diǎn)和參考點(diǎn)，為了精確地找到切削點(diǎn)相對(duì)于工件坐標(biāo)系的加工位置，必須首先確定切削點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)是基于間接控制每個(gè)刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)控制刀具的位置。在數(shù)控車床系統(tǒng)中，術(shù)語(yǔ)“刀具”是指刀具的尖端。然而，切削位置的選擇因刀具而異。因此，刀具的目的是將刀具的切削點(diǎn)保持在編程坐標(biāo)系中刀具的起始點(diǎn)，這有助于通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行后續(xù)控制，使被車削的零件與固定點(diǎn)具有精確的尺寸關(guān)系，并確保加工零件所需的精度。由于被加工零件使用多個(gè)刀具進(jìn)行編程加工，因此在換刀后，還必須確保新刀具的切削點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)刀具的切削點(diǎn)相結(jié)合。由于刀具位置之間存在誤差，操作者可以通過(guò)刀具補(bǔ)償功能消除誤差。
2數(shù)控加工中的基本刀具方法
由于采用不同的位置檢測(cè)模式，手動(dòng)刀調(diào)整分為相對(duì)和絕對(duì)方程。刀方程可采用三種方法。
一般來(lái)說(shuō)，最常見(jiàn)的打刀方式有手動(dòng)打刀、外刀打刀、空管打刀和自動(dòng)打刀。
(1) 用鋼尺直接測(cè)量，方法簡(jiǎn)單，但精度不高。
(2) 選擇切割點(diǎn)時(shí)，操作者必須遵循以下原則：(1)便于數(shù)學(xué)計(jì)算和簡(jiǎn)化編程;(2)便于尋找對(duì)中刀具;(3)便于加工控制;(4)加工誤差小;5)避免與機(jī)床和工件碰撞;(6) 便于零件的拆卸。
(3) 切割粗糙面，使用卡尺測(cè)量其尺寸，并間接計(jì)算表面尺寸。這種方法包括修正刀，這是最準(zhǔn)確的。在實(shí)踐中，數(shù)控車床一般使用三種以上的刀具進(jìn)行車削，使參考刀具和非參考刀具包含在所有刀具中。在刀的絕對(duì)手動(dòng)調(diào)整中，首先要選擇精度較高的基準(zhǔn)刀，然后使用靈活的步進(jìn)功能，直接或間接測(cè)量北側(cè)刀尖與基準(zhǔn)刀尖之間的實(shí)際距離。這個(gè)距離是刀具的切削量?？傊?，手動(dòng)方法允許刀具通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)工件，使用“測(cè)試切割-測(cè)量-調(diào)整(補(bǔ)償)”模式進(jìn)行對(duì)齊。這種模態(tài)分析方法簡(jiǎn)單、成本低廉，但效率較低，更適合于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。點(diǎn)攻擊機(jī)要求操作者在切割前預(yù)先設(shè)定并測(cè)量實(shí)際參數(shù)，然后將測(cè)量結(jié)果記錄在相應(yīng)的寄存器中，該寄存器安裝在數(shù)控車床上。該方法適用于鉆銑床類數(shù)控機(jī)床，具有加工效率高、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
ATC刀具必須在機(jī)床上配備顯微鏡，顯微鏡中的十字交叉點(diǎn)必須位于機(jī)床坐標(biāo)系中的恒定點(diǎn)上。當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，手動(dòng)脈沖發(fā)生器移動(dòng)刀具，使虛擬刀具的刀尖與反射鏡的交點(diǎn)重合。這時(shí)，數(shù)控車床自動(dòng)計(jì)算出從切削點(diǎn)到原點(diǎn)的距離，同時(shí)保持相應(yīng)的切削面積。這種方法確實(shí)包含了每次在升降鏡上進(jìn)行裝載和卸載以及手動(dòng)操作時(shí)必須出現(xiàn)的錯(cuò)誤。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能自動(dòng)精確地測(cè)量刀具參數(shù)，并能自動(dòng)修正刀具的補(bǔ)償值，同時(shí)保證了較高的工作效率，可以與高水平的機(jī)床進(jìn)行比較。
3數(shù)控車床精調(diào)實(shí)例
數(shù)控機(jī)床的加工零件用CN代碼編程，完成刀架的運(yùn)動(dòng)和零件的運(yùn)動(dòng)。編程加工時(shí)，必須以工件坐標(biāo)系為基準(zhǔn)。刀架的運(yùn)動(dòng)是在機(jī)床坐標(biāo)系上進(jìn)行的，因此工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系無(wú)關(guān)，二者相互獨(dú)立。由于數(shù)控系統(tǒng)不知道工件和刀具在機(jī)床中的協(xié)調(diào)位置，因此在這個(gè)階段，機(jī)床不能根據(jù)操作員編寫(xiě)的程序進(jìn)行加工。加工前，必須加工刀具，告知機(jī)床零件和刀具的精確位置。為了確定切削點(diǎn)和機(jī)床坐標(biāo)零點(diǎn)之間的聯(lián)系，在工件坐標(biāo)系中找到切削點(diǎn)的起始位置就足夠了，該點(diǎn)是相對(duì)于切削點(diǎn)的點(diǎn)。
(1) 為了精確調(diào)整刀具，按照以下步驟進(jìn)行試切。刀具偏差的調(diào)整。使用輸入面板上的“刀具偏置”功能，操作員進(jìn)入刀具補(bǔ)償寄存器，其中每個(gè)刀具補(bǔ)償號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)一維偏置：X軸和Z軸的偏置值、刀具端圓弧半徑的R值和刀具端位置的T值，如表1所示。使用X軸和Z軸刀具，通過(guò)移除刀具，選擇4號(hào)刀具并將其與B點(diǎn)對(duì)齊，同時(shí)將面板上的X和Z坐標(biāo)值作為刀具相對(duì)于4號(hào)刀具X和Z軸的偏差考慮在內(nèi);其余兩個(gè)刀具的偏移量以相同方式調(diào)整。
(2) 定位工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。選擇面板上的刀1，并在點(diǎn)模式或步進(jìn)模式下將刀1移動(dòng)到工件的外圓，以確保x方向值不會(huì)改變。用游標(biāo)尺對(duì)剛性托架X1圓的外徑值進(jìn)行酸洗和測(cè)量;再次將刀具1移到工件的尺寸端，確保Z方向值不變，燈的右端保持在-X1。
(3) 確定攻擊點(diǎn)。在圖2中，對(duì)刀具的攻擊點(diǎn)被定義為工件毛坯外部的點(diǎn)a(70，30)，同樣，在點(diǎn)模式或逐步模式下，對(duì)刀具的刀具之一被放置在位置X=70和Z=30。在程序中，第一個(gè)指令使用G92(G50)X70 Z30在車床上工作。
結(jié)論
在實(shí)際中，工件的結(jié)構(gòu)是可變的，但刀具的工作過(guò)程是一致的。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中，要對(duì)刀具進(jìn)行精確的調(diào)整，就必須進(jìn)行多次操作，積累經(jīng)驗(yàn)，提高操作能力。總之，對(duì)刀儀的精度直接關(guān)系到被加工零件的質(zhì)量，同時(shí)在生產(chǎn)加工中起著重要的作用。實(shí)踐訓(xùn)練對(duì)于培養(yǎng)數(shù)控技術(shù)人員，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐技能是非常有益的。
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