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數(shù)控機(jī)床對(duì)刀方法及誤差的研究

文章出處: 人氣：1305 發(fā)表時(shí)間：2020-03-07 16:21:56

摘要：介紹了數(shù)控機(jī)床的各種誤差和對(duì)刀方法，詳細(xì)分析了數(shù)控機(jī)床的對(duì)刀誤差來(lái)源及相應(yīng)可采取的改善措施。通過(guò)研究這些問(wèn)題，對(duì)提高數(shù)控機(jī)床的加工精度提供了依據(jù)。
　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；對(duì)刀點(diǎn)；刀位點(diǎn)；對(duì)刀

1、數(shù)控加工過(guò)程中產(chǎn)生的加工誤差
　　(1)編程誤差:主要是數(shù)控編程時(shí)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生的插補(bǔ)誤差，主要由于用直線段或圓弧段避近零件輪廓時(shí)產(chǎn)生的。這是影響零件加工精度的一個(gè)重要因素?？梢钥吭黾硬逖a(bǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)解決，但會(huì)增加編程工作量。
　　(2)刀尖圓弧誤差:在切削內(nèi)孔、外因或端面時(shí)，刀尖圓弧不影響其尺寸、形狀，但在加工錐面或圓弧時(shí)受刀尖圓弧影響造成過(guò)切或少切。此誤差可通過(guò)測(cè)量刀尖圓弧半徑，采用刀具半徑補(bǔ)償功能來(lái)消除誤差。
　　(3)測(cè)量誤差:主要是受量具測(cè)量精度以及測(cè)量者操作方法影響，導(dǎo)致的實(shí)測(cè)尺寸不準(zhǔn)確。此誤差可彌補(bǔ)。
　　(4)對(duì)刀誤差:此誤差主要產(chǎn)生在對(duì)刀過(guò)程中，刀具在移動(dòng)到起刀點(diǎn)位置時(shí)受操作系統(tǒng)的進(jìn)給修調(diào)比例值影響。解決辦法是合理選擇進(jìn)給修調(diào)比例，尤其是當(dāng)?shù)毒呖拷鸬饵c(diǎn)位置時(shí)采用最小擋進(jìn)給修調(diào)使刀具精確定位于起刀點(diǎn)位置。
　　(5)機(jī)床系統(tǒng)誤差:受機(jī)床本體影響產(chǎn)生的形位公差，此公差一般不可調(diào)整；伺服單元，驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的重復(fù)定位誤差，主要由系統(tǒng)受機(jī)床脈沖當(dāng)量大小、均勻度及傳動(dòng)路線影響；這些誤差量很小且穩(wěn)定，只有在精密加工時(shí)應(yīng)予以考慮。

2、對(duì)刀方法
　　數(shù)控加工的對(duì)刀，對(duì)其處理的好壞直接影響到加工零件的精度，還會(huì)影響數(shù)控機(jī)床的操作。所謂對(duì)刀，就是在工件坐標(biāo)系中使刀具的刀位點(diǎn)位于起刀點(diǎn)(對(duì)刀點(diǎn))上，使其在數(shù)控程序的控制下，由此刀具所切削出的加工表面相對(duì)于定位基準(zhǔn)有正確的尺寸關(guān)系，從而保證零件的加工精度要求。在數(shù)控加工中，對(duì)刀的基本方法有試切法、對(duì)刀儀對(duì)刀、ATC對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀等。

2.1 、試切法
　　根據(jù)數(shù)控機(jī)床所用的位置檢測(cè)裝置不同，試切法分為相對(duì)式和絕對(duì)式兩種。在相對(duì)式試切法對(duì)刀中，可采用三種方法:一是用量具(如鋼板尺等)直接測(cè)量，對(duì)準(zhǔn)對(duì)刀尺寸，這種對(duì)刀方法簡(jiǎn)便但不精確；二是通過(guò)刀位點(diǎn)與定位塊的工作面對(duì)齊后，移開刀具至對(duì)刀尺寸，這種方法的對(duì)刀準(zhǔn)確度取決于刀位點(diǎn)與定位塊工作面對(duì)齊的精度；三是將工件加工面先光一刀，測(cè)出工件尺寸，間接算出對(duì)刀尺寸，這種方法最為精確。在絕對(duì)式試切法對(duì)刀中，需采用基準(zhǔn)刀，然后以直接或間接的方法測(cè)出其他

刀具的刀位點(diǎn)與基準(zhǔn)刀之間的偏差，作為其他刀具的設(shè)定刀補(bǔ)值。以上試切法，采用“試切——測(cè)量——調(diào)整(補(bǔ)償)”的對(duì)刀模式，故占用機(jī)床時(shí)間較多，效率較低，但由于方法簡(jiǎn)單，所需輔助設(shè)備少，因此廣泛被用于經(jīng)濟(jì)型低檔數(shù)控機(jī)床中。
2.2 、對(duì)刀儀對(duì)刀
　　對(duì)刀儀對(duì)刀分為機(jī)內(nèi)對(duì)刀儀對(duì)刀和機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀兩種。機(jī)內(nèi)對(duì)刀儀對(duì)刀是將刀具直接安裝在機(jī)床某一固定位置上(對(duì)車床，刀具直接安裝在刀架上或通過(guò)刀夾再安裝在刀架上)，此方法比較多地用于車削類數(shù)控機(jī)床中。而機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀必須通過(guò)刀夾再安裝在刀架上(車床)，連同刀夾一起，預(yù)先在機(jī)床外面校正好，然后把刀裝上機(jī)床就可以使用了，此方法目前主要用于鏜銑類數(shù)控機(jī)床中，如加工中心等。采用對(duì)刀儀對(duì)刀需添置對(duì)刀儀輔助設(shè)備，成本較高，裝卸刀具費(fèi)力，但可節(jié)省機(jī)床的對(duì)

刀時(shí)間，提高了對(duì)刀精度，一般用于精度要求較高的數(shù)控機(jī)床中。
2.3 、ATC對(duì)刀
　　AIC對(duì)刀是在機(jī)床上利用對(duì)刀顯微鏡自動(dòng)計(jì)算出刀具長(zhǎng)度的方法。由于操縱對(duì)刀鏡以及對(duì)刀過(guò)程還是手動(dòng)操作和目視，故仍有一定的對(duì)刀誤差。與對(duì)刀儀對(duì)刀相比，只是裝卸刀具要方便輕松些。自動(dòng)對(duì)刀是利用CNC裝置的刀具檢測(cè)功能，自動(dòng)精確地測(cè)出刀具各個(gè)坐標(biāo)方向的長(zhǎng)度，自動(dòng)修正刀具補(bǔ)償值，并且不用停頓就直接加工工件。與前面的對(duì)刀方法相比，這種方法減少了對(duì)刀誤差，提高了對(duì)刀精度和對(duì)刀效率，但需由刀檢傳感器和刀位點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)組成的自動(dòng)對(duì)刀系統(tǒng)，而且CNC系統(tǒng)必須具備刀具自動(dòng)檢測(cè)的輔助功能，系統(tǒng)較復(fù)雜，投入資金大，一般用于高檔數(shù)控機(jī)床中。
2.4 、自動(dòng)對(duì)刀
　　自動(dòng)對(duì)刀是利用CNC裝置的刀具檢測(cè)自動(dòng)修正刀具補(bǔ)償值功能，自動(dòng)精確地測(cè)出刀具各個(gè)坐標(biāo)方向的長(zhǎng)度，并且不用停頓就直接加工工件。自動(dòng)對(duì)刀亦稱刀尖檢口功能。

　　在加工中心上一次安裝工件后，需用刀庫(kù)中的多把刀具加工工件的多個(gè)表面。為提高對(duì)刀精度和對(duì)刀效率，一般采用機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀、ATC對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀等方法，其中機(jī)外對(duì)儀對(duì)刀一般廣泛用于中檔鏗銑類加工中心上。在采用對(duì)刀儀對(duì)刀時(shí)，一般先選擇基準(zhǔn)芯棒對(duì)準(zhǔn)好工件表面，以確定工件坐標(biāo)原點(diǎn)，然后選擇某一個(gè)方便對(duì)刀的面，采用動(dòng)態(tài)(刀轉(zhuǎn))對(duì)刀方式。

3、加工誤差的原因及采取的措施
概括起來(lái)，產(chǎn)生對(duì)刀誤差的原因有：
　　(1)當(dāng)用試切法對(duì)刀時(shí)，對(duì)刀誤差主要來(lái)源于試切工件之后的測(cè)量誤差和操作過(guò)程中目測(cè)產(chǎn)生的誤差。
　　(2)當(dāng)使用對(duì)刀儀、對(duì)刀鏡對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀時(shí)，誤差主要未源于儀器的制造、安裝和測(cè)量誤差，另外使用儀器的技巧欠佳也會(huì)造成誤差。
　　(3)測(cè)量刀具時(shí)是在靜態(tài)下進(jìn)行的，而加工過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，同時(shí)要受到切削力和振動(dòng)外力的影響，使得加工出來(lái)的尺寸和預(yù)調(diào)尺寸不一致。此項(xiàng)誤差的大小決定于刀具的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)剛度。
　　(4)在對(duì)刀過(guò)程中，大多時(shí)候要執(zhí)行“機(jī)床回參考點(diǎn)”的操作，在此過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移而導(dǎo)致回零誤差，從而產(chǎn)生對(duì)刀誤差。
　　(5)機(jī)床內(nèi)部都有測(cè)量裝置，最小度量單位的大小也與誤差有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，最小度量單位大的測(cè)裝置其誤差就大，最小度量單位小的測(cè)量裝置其誤差就小。

減小對(duì)刀誤差的主要措施有：
　　(1)當(dāng)用試切法對(duì)刀時(shí)，操作要細(xì)心。對(duì)刀后還要根據(jù)刀具所加工零件的實(shí)際尺寸和編程尺寸之間的誤差來(lái)修正刀具補(bǔ)償值，還要考慮機(jī)床重復(fù)定位精度對(duì)對(duì)刀精度的影響以及刀位點(diǎn)的安裝高度對(duì)對(duì)刀精度的影響。
　　(2)當(dāng)使用儀器對(duì)刀時(shí)，要注意儀器的制造、安裝和測(cè)量精度。要掌握使用儀器的正確方法。
　　(3)選擇刀具時(shí)要注意刀具的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)剛度。
　　(4)定期檢查數(shù)控機(jī)床零點(diǎn)漂移情況，注意及時(shí)調(diào)整機(jī)床。
　　通過(guò)采用試切法與近似定值法法對(duì)零件進(jìn)行加工，每種方法均加工五個(gè)零件。分別測(cè)量其軸向尺寸與其中一個(gè)徑向尺寸，求尺寸偏差絕對(duì)值的平均值，平均值大的那一組工件說(shuō)明其對(duì)刀誤差較大。
　　如果零件的軸向尺寸精度要求高的話，不要用手動(dòng)測(cè)量的試切對(duì)刀，因?yàn)闇y(cè)量時(shí)的人為誤差難以避免，可用系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量的那種試切對(duì)刀方法，不過(guò)也要看系統(tǒng)測(cè)量精度是否與需要保證的尺寸精度。如果零件的徑向尺寸要求較高，盡量不要用近似定值法對(duì)刀，此對(duì)刀方法很難保證刀剪準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)工件旋轉(zhuǎn)中心。不過(guò)這種方法對(duì)刀零件的軸向尺寸不會(huì)有太大的誤差，因?yàn)閷?duì)刀時(shí)的軸向尺寸是系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量的，避免了人為誤差的介入。

　　下面是工控論壇網(wǎng)友“EEbeginner”搜集到的對(duì)刀例子，一起看看，希望對(duì)大家有幫助。感謝制作者！
如圖內(nèi)輪廓型腔零件圖，采用尋邊器對(duì)刀，其詳細(xì)步驟如下：
（ 1 ） X 、 Y 向?qū)Φ?nbsp;
將工件通過(guò)夾具裝在機(jī)床工作臺(tái)上，裝夾時(shí)，工件的四個(gè)側(cè)面都應(yīng)留出尋邊器的測(cè)量位置。
快速移動(dòng)工作臺(tái)和主軸，讓尋邊器測(cè)頭靠近工件的左側(cè)；
改用微調(diào)操作，讓測(cè)頭慢慢接觸到工件左側(cè)，直到尋邊器發(fā)光，記下此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)系中的 X 坐標(biāo)值，如 310.300 ；
抬起尋邊器至工件上表面之上，快速移動(dòng)工作臺(tái)和主軸，讓測(cè)頭靠近工件右側(cè)；
改用微調(diào)操作，讓測(cè)頭慢慢接觸到工件左側(cè)，直到尋邊器發(fā)光，記下此時(shí)機(jī)械坐標(biāo)系中的 X 坐標(biāo)值，如 200.300 ；
若測(cè)頭直徑為 10mm ，則工件長(zhǎng)度為 200.300 （ 310.300） 10=100 ，據(jù)此可得工件坐標(biāo)系原點(diǎn) W 在機(jī)床坐標(biāo)系中的 X坐標(biāo)值為 310.300+100/2+5= 255.300 ；
同理可測(cè)得工件坐標(biāo)系原點(diǎn) W 在機(jī)械坐標(biāo)系中的 Y 坐標(biāo)值。

（ 2 ） Z 向?qū)Φ?nbsp;
卸下尋邊器，將加工所用刀具裝上主軸；
將 Z 軸設(shè)定器（或固定高度的對(duì)刀塊，以下同）放置在工件上平面上；
快速移動(dòng)主軸，讓刀具端面靠近 Z 軸設(shè)定器上表面；
改用微調(diào)操作，讓刀具端面慢慢接觸到 Z 軸設(shè)定器上表面，直到其指針指示到零位；
記下此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)系中的 Z 值，如 250.800 ；
若 Z 軸設(shè)定器的高度為 50mm ，則工件坐標(biāo)系原點(diǎn) W 在機(jī)械坐標(biāo)系中的 Z 坐標(biāo)值為 250.800 50 （ 30 20）= 310.800。

（ 3 ）將測(cè)得的 X 、 Y 、 Z 值輸入到機(jī)床工件坐標(biāo)系存儲(chǔ)地址中（一般使用 G54 G59 代碼存儲(chǔ)對(duì)刀參數(shù) ）。
4、注意事項(xiàng)
在對(duì)刀操作過(guò)程中需注意以下問(wèn)題：
（ 1 ）根據(jù)加工要求采用正確的對(duì)刀工具，控制對(duì)刀誤差；
（ 2 ）在對(duì)刀過(guò)程中，可通過(guò)改變微調(diào)進(jìn)給量來(lái)提高對(duì)刀精度；
（ 3 ）對(duì)刀時(shí)需小心謹(jǐn)慎操作，尤其要注意移動(dòng)方向，避免發(fā)生碰撞危險(xiǎn)；
（ 4 ）對(duì)刀數(shù)據(jù)一定要存入與程序?qū)?yīng)的存儲(chǔ)地址，防止因調(diào)用錯(cuò)誤而產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

二、刀具補(bǔ)償值的輸入和修改
　　根據(jù)刀具的實(shí)際尺寸和位置，將刀具半徑補(bǔ)償值和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值輸入到與程序?qū)?yīng)的存儲(chǔ)位置。
　　需注意的是，補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)正確性、符號(hào)正確性及數(shù)據(jù)所在地址正確性都將威脅到加工，從而導(dǎo)致撞車危險(xiǎn)或加工報(bào)廢。

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