淺析普通車床中自動對刀儀相關(guān)技術

    自動對刀儀是利用普通車床外加的監控檢測設備,它是利用普通車床自身(shēn)的位置測量系統來(lái)進行工作(zuò)的。本文對普通車床中自動對刀儀相關(guān)技術問題進行分(fēn)析,首先,進行概念介紹與刀具位置偏差原因分(fēn)析,然後,對刀補值的确定方法進行介紹。

    自動對刀儀是利用普通車床外加的監控檢測設備利用普通車床自身(shēn)的位置測量系統來(lái)進行工作(zuò)的。總體(tǐ)來(lái)說(shuō),它雖然是附屬于普通車床,為(wèi)提高車床加工的精度和效率而設計的,但(dàn)作(zuò)為(wèi)一(yī)套獨立的儀器(qì),對普通車床用自動對刀儀的研究設計方案應包括對刀原理(lǐ)的研究與實現(xiàn)、精密機械部分(fēn)、電氣控制部分(fēn)、自動對刀儀的操作(zuò)方法、誤差與精度分(fēn)析等部分(fēn)。機械部分(fēn)是自動對刀儀的主體(tǐ)部分(fēn),它主要包括傳感器(qì)的設計與連接臂的設計,其中傳感器(qì)的設計尤其關(guān)鍵,要求它能(néng)适應内孔車刀、端面車刀、螺紋刀、外圓車刀等不同刀具和不同刀偏角的刀具;另外,傳感器(qì)表面要有硬度要求,不能(néng)因為(wèi)頻繁地撞擊表面産生(shēng)小的凹坑,影響對刀儀的精度,當然,我們也(yě)可以對傳感器(qì)的測頭進行修磨;傳感器(qì)應保證應有的精度要求;傳感器(qì)的結構設計合理(lǐ),重量不能(néng)太大且安裝方便,适合刀具的對準與操作(zuò)。電氣控制部分(fēn)主要包括接口電路(lù)的設計,對刀儀在刀具接觸到傳感器(qì)後應有聲光信号顯示,以便操作(zuò)者進行及時(shí)操作(zuò),傳感器(qì)的觸發信号要能(néng)準确地反映到數控系統;要對刀補值算(suàn)法的獲得進行算(suàn)法研究,根據算(suàn)法對系統進行參數化(huà)編程以獲取刀尖點的信息并分(fēn)析計算(suàn)刀補值。

　　操作(zuò)方法要求給出具體(tǐ)的操作(zuò)步驟,根據對刀儀的工作(zuò)原理(lǐ)及實際特點,按照對刀的操作(zuò)規程,用戶可以方便地對普通車床進行對刀;應給出對刀過程的注意事(shì)項,以免錯誤操作(zuò),影響加工生(shēng)産。自動對刀儀的開發設計工作(zuò)完成之後,要對其進行多方位的誤差與精度分(fēn)析,分(fēn)析産生(shēng)誤差所有可能(néng)的來(lái)源并對精度作(zuò)出分(fēn)析,校(xiào)驗其可行性。

　　一(yī)、刀具位置偏差原因分(fēn)析

　　因為(wèi)對刀儀是建立在車床自身(shēn)系統測量的基礎之上(shàng)的,普通車床的加工是由程序控制完成的,所以坐标系的确定與使用非常重要。根據IS0841标準,普通車床坐标系用右手笛卡兒(ér)坐标系作(zuò)為(wèi)标準确定。普通車床平行于主軸方向即縱向為(wèi)Z軸,垂直于主軸方向即橫向為(wèi)X軸,刀具遠(yuǎn)離工件方向為(wèi)正向。

　　1.普通車床坐标系與普通車床參考點

　　普通車床坐标系是指以機床原點為(wèi)坐标原點所建立的坐标系,普通車床的機床原點通常取在卡盤前端面與主軸中心線交點處,一(yī)般機床原點在普通車床出廠前由生(shēng)産廠家已經調整好(hǎo)(hǎo),不允許用戶随意變動。普通車床參考點是指刀架上(shàng)某一(yī)固定點,即對刀參考點退離距機床原點O最遠(yuǎn)的一(yī)個(gè)固定點R點,該R點在機床出廠時(shí)也(yě)由生(shēng)産廠家調試好(hǎo)(hǎo),并将數據輸入到數控系統中。因此機床參考點R對機床原點O的坐标是一(yī)個(gè)已知數,一(yī)個(gè)固定值。一(yī)般對刀之前,必先使普通車床進行“回零”操作(zuò)(即使刀架返回參考點操作(zuò)),就(jiù)是使刀架上(shàng)對刀參考點與機床參考點R重合。此時(shí)CRT屏幕上(shàng)顯示值x,z即為(wèi)機床參考點R相對于機床原點O點在X方向和Z方向的值。

　　2.工件坐标系與起刀點

　　工件坐标系(又稱為(wèi)編程坐标系)是指以工件原點(或稱編程原點)為(wèi)坐标原點所建立的坐标系。編程坐标系供編程用,是人(rén)為(wèi)設置的。工件原點可以是工件上(shàng)任意點,但(dàn)為(wèi)了(le)編程,方便數值計算(suàn),一(yī)般普通車床編程原點選工件右端面或左端面與中心線交點作(zuò)為(wèi)工件原點,數控編程時(shí)應首先确定工件坐标系。起刀點(又稱程序起點)即刀具刀位點相對工件原點OP的位置,即刀具相對于工件運動的起始點,工件坐标系的建立實際上(shàng)是确定刀具起刀點相對于工件原點的坐标值的過程。目前普通車床上(shàng)建立工件坐标系的方法一(yī)般用相應的G指令來(lái)設定。當工件坐标系建立以後,并未與機床坐标系發生(shēng)任何聯系,此時(shí),兩者仍然相互獨立,數控系統既不知道工件在機床中的位置,也(yě)不知道刀具刀位點在機床中的位置,即無法按所編程序正确加工,因此加工之前,還必須确定刀具刀位點與機床坐标原點O之間(jiān)的關(guān)系,即一(yī)般加工之前通過對刀方法來(lái)實現(xiàn)。

　　本對刀儀的設計使用的是NUM數控系統,現(xiàn)将NUM數控系統坐标變換簡單介紹如(rú)下(xià):當CNC上(shàng)電時(shí),沒有測量起點可用于計算(suàn)軸的運動。在執行任何程序編制的運動前必須對系統進行初始化(huà)(各軸回原位),回原位過程将給CNC系統提供用于編程運動的坐标系統。如(rú)果回原位過程沒有完成,則隻能(néng)進行點動操作(zuò)。系統通過一(yī)個(gè)回原位過程建立一(yī)個(gè)測量起點OM(原位開關(guān)被安置在一(yī)個(gè)特定的物理(lǐ)位置上(shàng))。每個(gè)軸的回原位過程是這(zhè)樣完成的:在由車床或數控系統制造廠商(shāng)定義的運動方向上(shàng)(測量起點設置方向)激活起始限位開關(guān),數控系統的處理(lǐ)器(qì)能(néng)計算(suàn)所有相對于機床起點或零點的位移量,在回原位(測量起點設備)過程完成後,系統将由制造廠商(shāng)定義的每個(gè)軸的坐标變換值應用到每個(gè)軸上(shàng)以建立測量起點。為(wèi)了(le)寫一(yī)個(gè)零件程序,編程者必須定義一(yī)個(gè)程序起點,該點通常也(yě)是零件圖上(shàng)的尺寸測量起點。

　　3.刀具位置補償

　　對于刀具位置補償來(lái)講,下(xià)列3種情況下(xià),均須進行刀具位置的偏置補償:

　　(1)在實際加工中,通常是各把不同位置的若幹把刀具(即各把刀具的刀尖在刀架上(shàng)相對于某固定點的位置各不相同)加工同一(yī)輪廓尺寸的工件,而編程時(shí)往往都建立統一(yī)的坐标系,要求使所有的刀尖都移到坐标系中的一(yī)個(gè)基準點上(shàng),或者以一(yī)把刀為(wèi)基準設定工件坐标系,因此須将其餘刀具的刀尖都偏移到此基準刀尖位置上(shàng)。利用刀具位置補償即可完成。

　　(2)對同一(yī)把刀具而言,當刀具重磨或更換新(xīn)刀後,再把它準确地安裝到程序所設定的原位置,是非常困難的,總是存在位置誤差,這(zhè)個(gè)位置誤差在實際加工後即成為(wèi)加工誤差,此時(shí),需通過刀具位置補償功能(néng)來(lái)修正刀具安裝位置誤差。

　　(3)每把刀具在使用過程中都有不同程度的磨損,而磨損後的刀尖位置與編程位置存在差值,同樣會造成加工誤差,這(zhè)種誤差也(yě)可通過刀具位置補償功能(néng)來(lái)糾正。二、刀補值的确定

　　1.試切法

　　通過以上(shàng)分(fēn)析可知:雖然我們可以通過回參考點确定對刀參考點的坐标,也(yě)可以通過測量确定工件與機床坐标的位置,但(dàn)工件坐标系建立以後并未與機床坐标系發生(shēng)任何聯系,兩者仍然相互獨立,數控系統既不知道工件在機床中的位置,也(yě)不知道刀具刀位點在機床中的位置,還是不能(néng)确定它們的相互位置。這(zhè)樣就(jiù)需要用到試切法對刀,試切法對刀應先進行手動機床回參考點操作(zuò),将1工件毛坯夾持于卡盤上(shàng),測出D(工件直徑)、L(工件伸出3爪夾盤距離),啓動機床,以手動方式進行對刀(以90°外圓車刀為(wèi)例)。第一(yī)步:将車刀刀尖與棒料端面輕輕接觸對刀,然後Z向不動,X向退出車刀,記下(xià)CRT動态坐标值Z;第二步:将車刀刀尖與棒料外圓輕輕接觸對刀,然後X向不動,Z向退出車刀,記下(xià)CRT動态坐标值X;第三步:計算(suàn)刀補值(Ll,L2)。代入公式計算(suàn)即可計算(suàn)出L2, L1的值。

　　最後,将刀補值(Ll,L2)輸入CNC系統中。刀具補償值輸入數控系統後,刀具的運動軌迹便會自動校(xiào)正。試切法也(yě)可用于多刀加工,其它各刀的對刀過程一(yī)樣,将各刀的刀補值分(fēn)别輸入相應刀偏寄存器(qì)中供數控系統補償使用。也(yě)可以以第一(yī)把刀的刀位點作(zuò)為(wèi)基點,将其餘各刀的刀位點相對第一(yī)把刀的偏差值作(zuò)為(wèi)補償值。用上(shàng)述方法對刀,實質上(shàng)是使每把刀的刀尖與工件外圓母線與端面的交點接觸,利用這(zhè)一(yī)交點為(wèi)基準,算(suàn)出各把刀的刀偏量。采用試切法對刀時(shí),精确對刀的方法是:手動對刀時(shí),将工件試件端面、外圓車1刀,并仔細測量試件伸出卡盤長度L、試切外圓直徑D。降低(dī)進給速度,并使每把刀對刀接觸工件的程度盡可能(néng)統一(yī),可有效提高試切對刀的精度。采用試切法對刀優點是無需特殊對刀工具,操作(zuò)者隻需按常規操作(zuò),簡便快(kuài)速,而且較為(wèi)正确有效。

　　2.其它刀具的對刀方法

　　對于裝有多把刀具的普通車床而言,每把刀之間(jiān)也(yě)存在着位置偏差,如(rú)果逐個(gè)去用試切法确定刀補值,勢必會造成精度下(xià)降,而且效率低(dī)下(xià),費時(shí)費力。自動對刀儀對刀時(shí)先設置标準刀,用試切法對标準刀進行對刀,其它刀具相對于标準刀的刀補值是通過對刀儀的傳感器(qì)來(lái)獲取,由數控系統計算(suàn)而得,這(zhè)樣各把刀相對于工件的刀補值也(yě)就(jiù)确定了(le)。自動對刀儀刀補值的設定與手動對刀法所不同的是它能(néng)自動将信息捕捉并運算(suàn)得到刀補值,将其存儲起來(lái)。簡單地說(shuō),自動對刀儀的對刀原理(lǐ)就(jiù)是通過對刀裝置不同刀具相互之間(jiān)的位置予以确定,由CNC系統計算(suàn)出位置補償值(刀補值),并将刀補值儲存起來(lái)的過程。

　　三、結束語

　　沒有安裝自動對刀裝置的普通車床在加工零件時(shí),一(yī)般采用實切法對切削的零件進行對刀。刀尖加工零件時(shí),輸入所用刀具的幾何尺寸(刀具長度補償)再測量加工零件的實際尺寸,來(lái)修改刀具幾何補償值及加工零件的程序,這(zhè)樣造成很多占機試刀工時(shí),試件廢品增加、效率低(dī),不利于實現(xiàn)自動化(huà)加工。帶對刀裝置的普通車床的操作(zuò)者可以根據工藝要求進行刀具準備,在加工零件時(shí),當對刀裝置接收到信号後,機床立即停止移動,信号反饋給CNC系統,系統自動把測量的值送入幾何補償裏,這(zhè)時(shí)操作(zuò)者可以根據測量值修改相關(guān)的零件加工程序。本文對于普通車床中自動對刀儀相關(guān)技術問題進行分(fēn)析,進行概念介紹與刀具位置偏差原因分(fēn)析,并且對于刀補值的确定方法進行介紹。作(zuò)者希望它們能(néng)夠在提高普通車床加工精度的效率中發揮更大的作(zuò)用。