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数控机床“对刀”原理解析及应用

来源:www.made-cnc.com 发布时间:2019年07月20日

1. 相关概念

  在我们进行阐述原理之前先介绍几个基本概念术语,这些都和“对刀”相关,了解了这些概念之后,有助于我们对“对刀”原理更深层次的理解。


  (1) 机床参考点:机床中的一固定点,是用来建立机床坐标系的基准,由机床生产厂家确定,对于采用非记忆型编码器的机床开机后通常要执行“回参考点”工作。


  (2) 机床坐标系:由机床生产厂家确定,对于“有挡块”的非“编码器”的机床而言,通常是通过回“参考点”之后进行确立,是机床确立自身部件的依据,在加工的过程中,其他坐标系都要通过数控系统内部逻辑“换算关系”转换成“机床坐标系”,即机床坐标系是数控系统能够“识别”的坐标系。


  (3) 机床原点:即机床坐标系的零点,机床坐标系建立之后“零点” ( 即“机床原点”) 随之确立,它可以和机床参考点重合一致( 即机床原点与机床参考点是同一点) ,也可以不一致,一般是可以通过数控机床“系统参数”进行设置确定。


  (4) 工件坐标系: 是由编程人员确定,是编程坐标系,主要是考虑编程、加工及装夹等方便而进行设置,是编制程序时的基准。


  (5) 对刀点::进行“对刀”操作时的参考基准点,通常是以刀具的加工切削点( 一般是以刀具的刀尖) 为基准,通过对“对刀点”的操作与识别,使数控系统建立起机床坐标系与工件坐标系之间的联系。


2. “对刀”概念及作用

  编程人员采用的是“工件坐标系”,而数控机床所能够识别的是“机床坐标系”,如何让数控系统能够“明知”用户建立的工件坐标系在“何处”,这就需要进行“对刀”操作,即“确立工件坐标系的原点在机床坐标系中的位置”,进行“对刀”操作完毕之后,对刀点的移动轨迹应是编程人员指定工件坐标系中规定的移动路线轨迹。因此,“对刀”操作实际上是建立起了机床坐标系与工件坐标系之间的联系,从而使它们之间可以相互转换。即

数控机床

3. 对刀原理

  由以上论述得知,“对刀”的最终任务是: 确立工件坐标系的原点在机床坐标系中的位置,即确立二者之间的关系。为了阐述方便,绘制了图1 进行说明。


  设定工件坐标系与机床坐标系的关系为如图1所示,工件坐标系的原点在机床坐标系中的坐标( X',Z') 值为( Δa,Δb) ,则工件坐标系中的任一点A ( X,Z) 转换成机床坐标系中的值为:工件坐标系中的坐标值与原点偏移值的代数和,即


  因此,如果能够确定了工件坐标系的原点在机床坐标系中的偏移值( Δa,Δb) ,则程序中工件坐标系的值便可顺利得转换成机床坐标系的值,能够被数控系统所识别。所以,数控系统也正是事先通过“对刀”操作,获取并记录“工件坐标系的原点在机床坐标系中的偏移值( Δa,Δb) ”,然后再根据式( 1) 计算出机床坐标系的值,这正是“对刀原理”。


  下面以华中世纪星数控车床为例,通过不同的“对刀方法”,分析数控系统是如何获取偏移值( Δa,Δb) 进行“对刀”的。


  (1) 试切对刀。设工件坐标系的建立如图2 所示,X 轴在工件的右端面,Z 轴在主轴的线上,则“对刀”步骤为:


  ①Z 向对刀: 手动模式→试切工件端面→Z 方向不动,沿X 方向退出→MDI F4→刀偏表F2,出现图3 操作界面,按开始键将光标移至“试切长度”→输入Z 方向工件坐标系的值( 因为此时工件坐标系的原点建立在工件的右端面,Z 向坐标值为0,即输入0 即可; 如果不是在右端面,输入相应的坐标值即可。) →按回车→系统自动计算出“Z 偏置”值( 工件坐标系的原点在机床坐标系中的Z 向坐标值) ,该刀Z 方向对刀完毕。


  ②X 向对刀: 试切外圆→X 方向不动,沿Z 方向退出→测量出工件直径a ( 即X 向的工件坐标系的值,系统会自动计算出半径值) →MDI F4→刀偏表F2,出现图3 操作界面,按开始键将光标移至“试切直径”→输入测量的直径a→回车→系统自动计算出“X 偏置”值( 工件坐标系的原点在机床坐标系中的X 向坐标值) ,该刀X 方向对刀完毕。


  “试切对刀”的操作过程原理是: 机床回参考点后,系统能够自动确立当前“对刀点”A ( X,Z)的机床坐标值→操作人员测量工件坐标系的值( X,Z) 输入数控系统→数控系统根据二者的关系计算出偏移值( Δa,Δb) →确定工件坐标系的零点在机床坐标系中的位置→建立起二者之间的联系


  在程序加工过程中系统根据式(1) 将工件坐标系的值换算成机床坐标系的值。其中X'、Z' 为对刀点的机床坐标值,X测、Z测值为对刀过程中的测量( 工件坐标系) 值,在测量过程中X测为直径值的一半( 在直径编程方式下输入直径值,系统会自动进行取半) ,Z测为试切长度。


  (2) G92 指令建立。另外一种“对刀”方法是用指令G92,在程序中直接指定进行建立,格式为G92 X----,Z----,即建立起的坐标系使当前“对刀点”的坐标值为指令中指定的值,如图4 所示: 当刀具“对刀点”走到A 点时,用指令“G92 X60,Z50”是确定了当前“对刀点”的坐标值是工件坐标系中X60、Z50 的位置,也就是分别距离当前对刀点“逆向”X 向60、Z 向50 的位置为工件坐标系的原点。假如当前点的机床坐标系中的值为X' = 150,Z' = - 200,则工件坐标系的零点在机床坐标系中的实际位置是X' = 90,Z' = - 250 ( 注: 为说明方便,X 向假设为半径编程方式,直径编程时原理相同,数值直接乘以2 即可) 。


  此种方法也是系统已知机床坐标值,工件坐标系的值由G92 程序指令中指定( 不像“试切对刀”需要进行测量) ,根据式( 2) 系统很方便的计算出偏移值( Δa、Δb) ,完成“对刀”。


  (3) 指定原点。第三种方法是: 用户如果能够确立工件坐标系与机床坐标系的关系,则可以直接在“对刀”操作界面图3 “X 偏置”、“Z 偏置”栏中输入工件坐标系在机床坐标系中的偏移值,这实际上是直接“告知”了系统“工件坐标系的原点在机床坐标系中的位置”,从而确立了二者之间的联系。

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