数控铣削加工的对刀操作.doc

数控铣削加工的对刀操作数控铣削加工的对刀操作 1.对刀的概念 对刀操作就是设定刀具上某一点在工件坐标系中坐标值的过程,对于圆柱形铣刀,一般是指刀 刃底平面的中心,对于球头铣刀,也可以指球头的中心.实际上,对刀的过程就是在机床坐标系 中建立工件坐标系的过程. (1)程序起始点 指程序开始时,刀尖(刀位点)的初始停留点.采用 G92(SIEMENS 数控系统)对刀时一般也将其 作为对刀点. (2)程序返回点 指一把刀程序执行完毕后,刀尖返回后的停留点.一般将其作为换刀点. (3)切入点(进刀点) 指在曲面的初始切削位置上,刀具与曲面的接触点. (4)切出点(退刀点) 指曲面切削完毕后,刀具与曲面的接触点. (5)起始点,返回点确定原则 在同一个程序中起始点和返回点最好为同一点,如果一个零件的加工需要几个程序来完成,那 么这几个程序的起始点和返回点也为同一点,以免引起加工操作上的麻烦.起始点和返回点的 坐标值也最好使 X 和 Y 值均为零,这样能使操作方便.因为起刀点生成 G 码指令为 G92,G92 的含义为只进行坐标变换,而不能使机床产生运动.为了确保加工后零件表面位置的准确性, 对刀后必须人工使刀具的刀位点在 G92 指令后面规定的 X,Y,Z 坐标值上.如果 X,Y 值均为 零,按工件坐标系原点对刀后不必进行 X,Y 方向移动,只需 Z 方向移到 G92 指令后面的 Z 坐 标位置.起始点和返回点应定义在高出被加工零件的最高点 50～100 mm 左右的某一位置上,即始平面,退刀平面所在的位置.这主要为了数控加工的安全性,防止 碰刀,同时也考虑到数控加工的效率,使得非切削时间控制在一定的范围内. (6)切入点选择的原则 在进刀或切削曲面的过程中,要使刀具不受损坏.一般来说,对粗加工而言,选择曲面内的最高 角点作为曲面的切入点(初始切削点).因为该点的切削余量较小,进刀时不易损坏刀具.对精加 工而言,选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为曲面的切入点.因为在该点处,刀具所受的 弯矩较小,不易折断刀具.总之,要避免将铣刀当钻头使用,否则会因受力大,排屑不便而使刀具 受损. (7)切出点选择的原则 主要考虑能能够连续完整地进行曲面的加工或曲面加工时的非切削加工时间尽可能减短,换 刀方便,以提高机床的有效工作时间.对被加工曲面为开放型曲面时,可选取曲面的两个角点 作为切出点,按上述原则其一;若被加工曲面为封闭型曲面,则只有曲面的一个角点可作为切 出点.自动编程时数控系统一般自动确定. 2. 进刀,退刀方式及进刀,退刀路线的确定 (1)进刀,退刀方式及进刀(引入),退刀(引出)线的概念 进刀方式是指加工零件前,刀具接近工件表面的运动方式;退刀方式是指零件(或零件区域)加 工结束后,刀具离开工件表面的运动方式.这两个概念对复杂表面的高精度加工来说是非常重 要的. 进刀,退刀线是为了防止过切,碰撞和飞边在切入前和切入后设置的引入到切入点和从切出点 引出的线段. (2) 进刀,退刀方式及进刀,退刀线的确定 进刀,退刀方式有如下几种:1)沿坐标轴的 Z 轴方向直接进行进刀,退刀 该方式是数控加工中最常用的进,退刀方式.其优点是定义简单;缺点是在工件表面的进刀,退 刀处会留下微观的驻刀痕迹,影响工件表面的加工精度.在铣削平面轮廓零件时,应避免在垂 直工件表面的方向进行进刀和退刀. 2) 沿给定的矢量方向进行进刀或退刀 使用该方式要先定义一个矢量方向来确定刀具进刀和退刀运动的方向.该方式是以直线段的 运动方式,切入或切出工件表面,切入或切出的直线段一般为加工轨迹的前延线或后延线,即 将被加工轨迹线段向前和向后加长. 3) 沿曲面的切线方向以直线进刀或退刀 该方式是从被加工曲面的切线方向切入或切出工件表面.其优点是在工件表面的进刀和退刀 处,不会留下驻刀痕迹,工件表面的加工精度高. 4) 沿曲面的法线方向进刀或退刀 该方式是以被加工曲面切入点或切出点的法线量方向切入或切出工件表面.特点与方式(1)类 似. 5) 沿圆孤段方向进刀或退刀 该方式是刀具以圆孤段的运动方式切入或切出工件表面,引入,引出线为圆孤并且圆孤使刀具 与曲面相切. 6) 沿螺旋线或斜线进刀方式 即在两个切削层之间,刀具从上一层的高度沿螺旋线或斜线以渐进的方式切入工件,直到下一 层高度,然后开始正式切削. 对于加工精度要求很高的型面加工来说,应选择沿曲面的切线方向或沿圆弧方向进刀和退刀 的方式,这样不会在工件的进刀或退刀处留下驻刀痕迹而影响工件的表面加工质量. 刀具或铣头与被加工表面如果在加工中发生相碰(碰撞会使得破坏被加工表面,严重时造成 零件报废;损坏刀具或铣头;损坏机床精度),为防止这种现象的发生,在起始点和进刀线,返回 点和退刀线之间,应该增加刀具定位运行指令.在起始点,应使刀具先运行到引入线上方某个 位置上;同理,在曲面切削完毕后,在引出线的位置上应给刀具一个增量运动,使刀具在 Z 轴方 向向上提升一个增量距离,运动后刀具位置的 Z 值应在安全高度或与起始点 Z 值一致. 3. 起始平面,返回平面,进刀平面,退刀平面和安全平面的确定 (1) 起始平面 程序开始时刀具的初始位置所在的 Z 平面,叫做起始平面.如前所述,一般定义在被加工零件 的最高点之上 50～100mm 左右的某一位置上,一般高于安全平面.其对应的高度称为起始高 度.在此平面上刀具以 G00 速度进行. (2)返回平面 是指程序结束时,刀具尖点(不是刀具中心)所在的 Z 平面,它也定义在高出被加工表面最高点 50～100mm 左右的某个位置上,一般与起始平面重合.因此,刀具处于返回平面上时是非常安 全的.其对应的高度称为返回高度.刀具在此平面上也以 G00 速度行进. (3)进刀平面 刀具以高速运行(G00)下刀至接近被切削材料时变成以进刀速度运行,这样进行可以避免撞 刀.此速度转折点的位置即为进刀平面,其高度为进刀高度,也有称为接近高度的,其转折速度 称为进刀速度或接近速度.此高度一般在加工面和安全平面之间,离加工面 5～10mm(指刀尖 点到加工面间的距离),加工面为毛坯面时取大值,加工面为已加工面时取小值. (4) 退刀平面 零件(或零件区域)加工结束后,刀具以切削进给速度离开工件表面一般距离(5～10mm)后转 为以高速返回安全平面,此转折位置即为退刀平面,其高度为退刀高度.(5) 安全平面 指当一个曲面切削完毕后,刀具沿刀轴方向返回运行一段距离后,刀尖所在的 Z 平面.它一般 被定义在高出被加工零件最高点 10～50mm 左右的某个位置上,刀具处于安全平面时是安全 的,在此平面上也以 G00 速度运行.这样设定安全平面既能防止刀具碰伤工件,又能使非切削 加工时间控制在一定的范围内.其对应的高度称为安全高度.刀具在一个位置加工完成后,退 回至安全高度,然后沿安全高度移动到下一个位置再下刀进行另一个表面的加工. 常用的对刀方法是手工对刀法,一般使用刀具,标准芯棒或百分表( 千分表 )等工具,更方便的 方法是使用光电对刀仪. 4. 用 G92 指令(SIEMENS 数控系统)建立工件坐标系的对刀方法 G92 指令的功能是设定工件坐标系,执行 G92 指令时,系统将该指令后的 x,y,z 的直设定为刀 具当前位置在工件坐标系中的坐标,即通过设定刀具相对于工件坐标系原点的值来确定工件 坐标系的原点. (1)方形工件的对刀步骤 如下图所示,通过对刀将图中所示方形工件的 X,Y,Z 的零点设定成工件坐标系的原点.其步 骤如下: 1)安装工件,将工件毛坯装夹在工作台上.用手动方式分别回 X 轴 Y 轴和 Z 轴到机床参考点. 采用点动进给方式,手轮进给方式戓快速进给方式,分别移动 X 轴 Y 轴和 Z 轴,将主轴刀具先 移到靠近工件的 X 方向的对刀基准面一工件毛坯的右侧面. 2)启动主轴,在手轮进给方式转动手摇脉冲发生器慢慢移动机床 X 轴,使刀具侧面接触 工件 X 方向的基准面,使工件上出现一极微小的切痕,即刀具正好碰到工件侧面. 设工件长宽的实际尺寸为 80 mm×100 mm ,使用的刀具直径为 8 mm ,这时刀具中心坐标相对 于工件 X 方向的位置可以计算得到:80/2 十 8/2=44( mm ). 3)停止主轴,将机床工作方式转换成手动数据输入方式,按“程序“键,进入手动数据输入方式下 的程序输入状态,输入 G92,按“输入“键,再输入此时刀具中心的 X 坐标值 X44,按“输入“键.此 时己将刀具中心相对于工件坐标系原点的 X 坐标值输入. 按“循环启动“按钮执行 G92 X44 这一程序,这时 X 坐标已设定好,如果按“位置“键,屏幕上显 示的 X 坐标值为输入的坐标值,即当前刀具中心在工件坐标系内的坐标值. 4)按照上述步骤同样再对 Y 轴进行操作,这时刀具中心相对于工件 Y 轴零点的坐标为:- 100/2+(-8/2)=-54(mm).在手动数据输入方式下输入 G92 和 Y-54,并按“输入“键,这时刀具的 Y 坐标己设定好. 5)然后对 Z 轴同样操作,此时刀具中心相对于工件坐标系原点的 Z 坐标值为 Z=0 mm ,输入 G92 和 Z0,按“输入“键,这时 Z 坐标也已设定好.实际上工件坐标系的零点已设定到图 3-58 所示的位置上. (2) 圆形工件的对刀操作 如果工件为圆形,以圆周作为对刀基准,用上述对刀的方法找基准面比较困难,一般使用百分 表来进行对刀.如下图所示,通过对刀设定图中所示工件的工件坐标系原点.其步骤如下: 1)安装工件,将工件毛坯装夹在工作台夹具上.用手动方式分别回 X 轴, Y 轴和 Z 轴到机床参 考点. 2)对 X 轴和 Y 轴的原点.将百分表安装杆装在刀柄上,或卸下刀柄,将百分表的磁性座吸在主 轴套筒上,移动工作台使主轴中心轴线(即刀具中心)大约移到工件的中心,调节磁性座上伸缩 杆的长度和角度,使百分表的触头接触工件的外圆周,用手慢慢转动主轴,使百分表触头沿着 工件的外圆周面移动,观察百分表指针的偏移情况,慢慢移动工作台的 X 轴和 Y 轴,反复多次 后,待转动主轴时百分表的指针基本指在同一个位置,这时主轴的中心就是 X 轴和 Y 轴的原点. 3)将机床工作方式转换成手动数据输入方式,输入并执行程序 G92 X0 Y0 , 这时刀具中心(主 轴中心) X 轴坐标和 Y 轴坐标已设定好,此时都为零. 也可以采用下列方法进行对正 X 轴和 Y 轴的原点,将标准圆柱棒替代铣刀(直径与圆柱铣刀 相同)装在刀柄上,再采用手轮进给方式手摇脉冲发生器慢慢移动机床 X 轴,使刀具侧面在工 件 90°的象限点的切线方向上接近工件的外圆顶点,再沿 X 向运行大于 R 工+R 刀,使圆柱棒 退出后,沿 Y X 向运行大于 R 工+R 刀,此时,即使得圆柱棒中心在工件中心 X 轴的轴线是,完成了 X 轴方 向的对正.此方法比使用百分表方式的精度略低,但此方法简单,快捷,实用. 4)卸下百分表座,装上铣刀,用上述方法设定 z 轴的坐标值. 5.用 G54～G59 建立工件坐标系的对刀方法。