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数控车床对刀及建立工件坐标系的方法


数控车床对刀及建立工件坐标系的方法

摘要:利用数控车床进行零件加工时,开机后,我们先要执行回参考点的 操作,以便建立机床坐标系;然后要进行对刀及建立工件坐标系的操作,最后 再编制零件的程序并加工。对刀的准确与否直接会影响后面的加工。在实际使 用中,试切法对刀有三种形式,本文主要介绍这三种对刀形式。 关键字:数控车床 正文: 在数控车床上加工零件时,我们通常先

开机回零,然后安装零件毛坯和刀 具,接着要进行对刀和建立工件坐标系的操作,最后才是编制程序和自动加工。 对刀操作的正确与否,直接会影响后续的加工。对刀有误的话,轻则影响零件 的加工精度,重则会造成机床事故。所以作为数控车床的操作者,首先要掌握 对刀及工件坐标系的建立方法。 数控车床上的对刀方法有两种:试切法对刀和机外对刀仪对刀。一般学校 没有机外对刀仪这种设备,所以采用试切法对刀。而根据实际需要,试切法对 刀又可以采用三种形式,本文以华中数控 HNC-21/T 系统为例来阐述这三种形式 的对刀及工件坐标系的建立方法。 一、T 对刀 T 对刀的基本原理是: 对于每一把刀, 我们假设将刀尖移至工件右端面中心, 记下此时的机床指令 X、Z 的位置,并将它们输入到刀偏表里该刀的 X 偏置和 Z 偏置中。以后数控系统在执行程序指令时,会将刀具的偏置值加到指令的 X、Z 坐标中,从而保证所到达的位置正确。其具体的操作如下: 机床坐标系 工件坐标系 试切法对刀

(1)开启机床,释放“急停”按钮,按“回零” ,再按“+X”和“+Z” ,执 行回参考点操作。 (2)按“主轴正转”启动主轴,按“手动” ,将刀具移动到合适的位置然 后按“-Z”手动车削外圆,最后按“+Z”沿 Z 向退刀,如图 1 所示。 (3)按“主轴停止”停止主轴,然后测量试切部分的直径,测得直径为Φ 69.934,按“F4(MDI),再按“F2(刀偏表),将光条移到 1 号刀的试切直径 ” ” 上,回车,输入 69.934,再回车,1 号刀的 X 偏置会自动计算出来,如图 3 所 示。

图1

图2

(4)移动刀具到合适的位置,按“主轴正转”启动主轴,按“手动” ,然 后按“-X”手动车削端面,最后按“+X”沿 X 向退刀,如图 2 所示。
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(5)按“主轴停止”停止主轴,将光条移到 1 号刀的试切长度上,回车, 输入 0,再回车,1 号刀的 Z 偏置会自动计算出来,如图 3 所示。

图3 2 号刀的对刀过程与 1 号刀类似,只不过不能切端面。具体如下: (1)按“刀位转换”将 2 号刀换到切削位置,按“主轴正转”启动主轴, 按“手动” ,将刀具移动到合适的位置然后按“-Z”手动车削外圆,最后按“+Z” 沿 Z 向退刀,如图 4 所示。 (2)按“主轴停止”停止主轴,然后测量 2 号刀试切部分的直径,测得直
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径为Φ 65.980,将光条移到 2 号刀的试切直径上,回车,输入 65.980,再回车, 2 号刀的 X 偏置会自动计算出来,如图 6 所示。 (3)按“主轴正转”启动主轴,按“手动” ,然后按“-Z”手动继续车削 外圆,最后按“+X”沿 X 向退刀,如图 5 所示。 (4)按“主轴停止”停止主轴,测量 2 号刀的试切长度,得 33.087, 将 光条移到 2 号刀的试切长度上,回车,输入-33.087,再回车,2 号刀的 Z 偏置 会自动计算出来,如图 6 所示。 如果还有 3 号和 4 号刀具,其对刀方法与 2 号刀具是一样的,这里不再赘 述。

图4
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图5

图6 使用 T 对刀需要注意两点: (1)G54~G59 这六个坐标系的坐标原点都要设成(0,0) ,后面将会讲述。 (2)程序中,每一把刀具在使用前,都应该用 T 指令调用相应的刀偏,如 T0101,T0202 等。 二、G54~G59 对刀 G54~G59 又称零点偏置指令, 它是将机床坐标系偏移一定的距离来建立工件 坐标系。其具体操作如下: (1)按“刀位转换”将 1 号刀换到加工位置上,按“主轴正转”启动主轴,
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按“手动” ,将刀具移动到合适的位置然后按“-Z”手动车削外圆,最后按“+Z” 沿 Z 向退刀,如图 1 所示。 (2)按“主轴停止”停止主轴,然后测量 1 号刀试切部分的直径,测得直 径为Φ 69.934,则半径为 34.967。记下机床指令位置的 X 值,为-185.034。那 么工件轴线在机床坐标系下的 X 坐标为 X=-185.034-34.967=-220.001。 (3)按“主轴正转”启动主轴,按“手动” ,将刀具移动到合适位置,然 后按“-X”手动车削端面,最后按“+X”沿 X 向退刀,如图 2 所示。 (4)按“主轴停止”停止主轴,记下机床指令位置的 Z 坐标 Z=-103.167, 这表示工件右端面在机床坐标系下的 Z 坐标 Z=-103.167。 (5)按“F10(返回) ”返回顶层菜单,按“F4(MDI),再按“F4(坐标 ” 系), ”进入自动坐标系 G54 的界面, MDI 的提示下输入 在 “X-220.001 Z-103.167” , 如图 7 所示。 (6)按回车,结果 G54 的界面就会显示“X-220.001 Z-103.167” ,如图 8 所示。

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图7

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图8 2 号刀的对刀过程与 1 号刀类似,只不过不能切端面。具体如下: (1)按“刀位转换”将 2 号刀换到切削位置,按“主轴正转”启动主轴, 按“手动” ,将刀具移动到合适的位置然后按“-Z”手动车削外圆,最后按“+Z” 沿 Z 向退刀,如图 4 所示。 (2)按“主轴停止”停止主轴,然后测量 2 号刀试切部分的直径,测得直 径为Φ 65.980,则半径为 32.990。记下机床指令位置的 X 值,为-108.99。那么 工件轴线在机床坐标系下的 X 坐标为 X=-108.99-32.99=-141.980。 (3)按“主轴正转”启动主轴,按“手动” ,然后按“-Z”手动继续车削
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外圆,最后按“+X”沿 X 向退刀,如图 5 所示。 (4)按“主轴停止”停止主轴,测量 2 号刀的试切长度,得 33.087。记下 机床指令位置的 Z 值,为-70.559。那么工件右端面在机床坐标系下的 Z 坐标 Z=-70.559-33.087=-103.646。 (5)按“F10(返回) ”返回顶层菜单,按“F4(MDI),再按“F4(坐标 ” 系),进入自动坐标系 G54 的界面,按“PgDn”键进入 G55 的界面,在 MDI 的 ” 提示下输入“X-141.980 Z-103.646” ,按回车,结果 G55 的界面就会显示 “X-141.980 Z-103.646” ,如图 9 所示。 如果还有 3 号和 4 号刀具,其对刀方法与 2 号刀具是一样的,这里不再赘 述。 使用 G54~G59 对刀需要注意以下几点: (1)刀偏表中所有刀具的 X 偏置和 Z 偏置都要设为 0。这是因为如果采用 G54~G59 进行了零点偏移,而同时在刀偏表中设置了刀具偏置,程序执行时会进 行双重偏置,系统会产生超程报警,不予执行。

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图9 (2)程序中,每一把刀具在使用前,都应该用 G54~G59 指令调用相应的工 件坐标系,如: %0001 G54 M03 S800 T0101 ?? ?? G55
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(调用 G54 坐标系) (用 1 号刀)

(调用 G55 坐标系)

T0202 ?? ?? M30

(用 2 号刀)

(程序结束)

三、G92 设定工件坐标系 上面介绍的 T 对刀和 G54~G59 对刀都是在程序执行之前手动进行的。我们 也可以在程序执行的过程中动态地建立工件坐标系,这就要用到 G92 指令。它 的格式是 G92 Xα Zβ 。其原理是:以刀具当前位置为基准,建立一个坐标系, 使得刀尖在该坐标系下的坐标值是(α ,β ) 。用法如下: (1)按“刀位转换”将 1 号刀换到加工位置上,按“主轴正转”启动主轴, 按“手动” ,将刀具移动到合适的位置然后按“-Z”手动车削外圆,最后按“+Z” 沿 Z 向退刀。 (2)按“主轴停止”停止主轴,然后测量 1 号刀试切部分的直径,测得直 径为Φ 69.934,则半径为 34.967。记下机床指令位置的 X 值,为-185.034。那 么工件轴线在机床坐标系下的 X 坐标为 X=-185.034-34.967=-220.001。 (3)按“主轴正转”启动主轴,按“手动” ,将刀具移动到合适位置,然 后按“-X”手动车削端面,最后按“+X”沿 X 向退刀。 (4)按“主轴停止”停止主轴,记下机床指令位置的 Z 坐标 Z=-103.167, 这表示工件右端面在机床坐标系下的 Z 坐标 Z=-103.167。 (5)按“F10(返回) ”返回顶层菜单,按“F4(MDI),再按“F6(MDI 运 ” 行),在 MDI 方式下,逐行输入以下程序段。每输入一行后敲回车,并按“循 ”
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环启动” 。 M03 S600 (主轴正转,转速 600r/min) G53 G90 G01 Z-103.167 F100 (直接机床坐标系编程,刀具移动到工件右端平面上) G53 G90 G01 X-220.001 F100 (直接机床坐标系编程,刀具移动到工件右端面中心,如图 10) G91 G00 X100 Z50 (相对编程, 刀具相对右端面中心, X 正向移动 100, 正向移动 50, 沿 Z 如图 11、图 12) M05 (主轴停止)

图 10

图 11

进行以上操作后,编写程序时,程序开头应该有 G92 X100 Z50。例如: %0002
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G92 X100 Z50 M03 S600 ?? G00 X100 Z50 M30

图 12 使用 G92 应该注意以下问题: (1)G92 只是在程序开头动态建立工件坐标系,实际系统执行该指令时, 刀具并不产生动作。
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(2)使用 G92 时,1 号刀的 X 偏置和 Z 偏置都要设为 0,G54~G59 这六个坐 标系的 X 和 Z 也都要设为 0。 (3)MDI 方式下将刀具移动到(100,50)后,在程序执行前不要再手动移 动刀具。 (4)程序结束前,应该将刀具移动到(100,50)的位置。否则下次执行 程序时会产生偏移。 (5)本例中只给了一把刀具,如果有几把刀具,则其它刀具的 X 偏置和 Z 偏置只能设置为相对于 1 号刀的相对刀偏。至于怎么设置,本文不作深入讨论, 有兴趣的读者可以自行研究。 四、结论 对刀方法灵活多样,初学者容易迷惑。建议初学者开始只使用 T 对刀,等 慢慢熟练后,再试用另外两种方法并且掌握它们。这样,我们就可以根据不同 的场合需要而采用相应的对刀方法。 参考文献: 《华中数控 HNC-21/T 编程说明书》 《华中数控 HNC-21/T 操作说明书》 《宇龙数控仿真系统使用说明书》

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