FANUC 0iT系統(tǒng)數(shù)控車床的3種多刀實用對刀方法

陳青艷

(武漢軟件工程職業(yè)學院，湖北武漢430205)

數(shù)字化控制技術(shù)在現(xiàn)代機械行業(yè)的生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用。由于數(shù)控車床不僅能自動完成各種形狀不同、精度要求高的軸類、盤類、套類等回轉(zhuǎn)體零件的切削加工，而且具備加工靈活、通用性強、能適應(yīng)產(chǎn)品的品種和規(guī)格頻繁變化的特點，能夠滿足新產(chǎn)品的開發(fā)和品種多、批量小、成本低、生產(chǎn)自動化要求，從而成為應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機床。

目前，文獻 ［1－3］中以介紹單刀對刀為主，很難滿足實際切削加工需求。即使介紹多把刀具的試切對刀方法［4－7］，也沒有把多把刀具的試切對刀方法的區(qū)別、注意事項與聯(lián)系說透徹，而且不同的刀具其對刀方法和技巧各不相同。鑒于目前數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)主要有FANUC系統(tǒng)、HNC華中世紀星系統(tǒng)及GSK廣州數(shù)控系統(tǒng)，而FANUC系統(tǒng)在現(xiàn)代數(shù)控加工中占據(jù)了半壁江山的份額。現(xiàn)結(jié)合實例詳細介紹FANUC 0iT系統(tǒng)數(shù)控車床的多刀實際對刀方法，對數(shù)控車床的推廣和使用很有必要。

對刀一般有試切對刀、機外對刀儀對刀和自動對刀3種方法。

機外對刀儀對刀和自動對刀對刀速度快、精度高，減少數(shù)控加工的對刀輔助時間，提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，但是機外對刀儀和自動對刀儀的成本高，對大量的中小企業(yè)是不經(jīng)濟的;對教學來說，不利于學生掌握對刀的原理與對刀過程，所以掌握試切對刀勢在必行，而且掌握對刀的原理與對刀過程后再使用機外對刀儀對刀和自動對刀儀去對刀就顯得非常簡單。

1 對刀原理［8］

為簡化數(shù)控程序編制及使編制的程序?qū)ν愋蜋C床有互換性，數(shù)控機床必須統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機床坐標。機床坐標系是用來確定其刀具運動路徑的依據(jù);機床坐標系在機床一經(jīng)設(shè)計和制造調(diào)整后，便被固定下來。而機床參考點作為機床坐標系的固定不變的位置點，用于對機床工作臺、滑板與刀具相對運動的測量系統(tǒng)進行標定和控制，即根據(jù)機床參考點在機床坐標系中的坐標值間接確定機床原點的位置。

實際上，在數(shù)控加工時刀具和工件都安裝在機床上，刀具和工件在動力機構(gòu)的帶動下按照一定的規(guī)律作相對運動，即在機床坐標系中刀具與工件作相對運動。數(shù)控機床一般有3種相對運動方式:(1)工件靜止，在各坐標方向都是刀具相對工件運動;(2)刀具靜止，工件相對刀具運動;(3)刀具和工件都作部分運動。

工件坐標系是在數(shù)控編程時用來定義工件形狀和刀具相對工件運動的坐標系。在編程時，不論機床的實際運動如何，一律視工件靜止，即刀具相對工件運動，所以將切削加工過程中刀具與工件的相對運動看作刀具在工件坐標系中的運動，零件加工程序及其刀具運動軌跡只與工件坐標系有關(guān)而與機床坐標系無關(guān)。為保證編程與機床加工的一致性，工件坐標系的坐標軸應(yīng)與機床坐標系的坐標軸方向保持一致。

零件加工程序及其刀具運動軌跡必須通過某種操作來建立工件坐標系與機床坐標系的相互位置坐標關(guān)系，才能夠?qū)崿F(xiàn)刀具與工件在機床坐標系中作相對運動進行數(shù)控加工切削。對刀就是實現(xiàn)確定工件坐標系與機床坐標系相互位置關(guān)系的操作。

機床坐標系中的刀具通過找正與工件坐標系中的對刀點來實現(xiàn)對刀的。換句話說，將零件加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)后，通過對刀操作，數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對刀點在工件坐標系中的坐標值換算成對刀點在機床坐標系中的坐標值。所以對數(shù)控加工者，編制數(shù)控零件加工程序時需要選擇合理的刀具對刀點。對刀點的選擇一般原則有:便于確定工件坐標系與機床坐標系的相互位置關(guān)系，容易找正;加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小等。

在數(shù)控車床上加工工件時，根據(jù)數(shù)控車床加工零件的特點和便于編程、測量、檢驗的需要，工件原點一般設(shè)在主軸中心線與工件右端面 (或左端面)的交點處。

2 試切對刀的3種方法

2.1 使用刀具補償T指令對刀

2.1.1 對刀步驟

(1)在刀架的1號刀位裝上第1把外圓車刀，試切工件右端面后，沿X軸正方向遠離工件 (注意Z方向數(shù)值不變)，測量工件長度L1，如圖1所示，按“offset setting”鍵→按“補正”軟鍵→按“形狀”軟鍵，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入“ZL1”后按“測量”軟鍵，即將Z軸對刀后的數(shù)值自動輸入到刀具幾何形狀Z中，如圖2所示，G001番號中Z=－397.545。

圖1 FANUC 0iT系統(tǒng)測量界面

圖2 FANUC 0iT系統(tǒng)“刀具補正/幾何”界面

(2)試切工件外圓，停主軸后，車刀沿Z軸正方向遠離工件 (注意X方向數(shù)值不變)，用上述同樣的方法測量外圓直徑D1，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入“XD1”后按“測量”鍵，即將X軸對刀后的數(shù)值自動輸入到刀具幾何形狀X中，如圖2所示，G001番號中X=－260.000。

(3)回機床參考點，第一把刀試切對刀完畢。

(4)在刀架的2號刀位裝上第二把刀，分別試切外圓、端面后測量外圓直徑D2、工件長度L2，用同樣的方法將X軸、Z軸對刀坐標值輸入到“刀具補正/幾何”界面中，第二把刀對刀完畢。

(5)同理進行其他刀具的對刀。

2.1.2 對刀注意事項

(1)在對刀之前，每一把刀一定要進行回參考點REF操作。

(2)在機床開機后，手動鍵和主軸正轉(zhuǎn)鍵是不起作用。需使用MDI方式啟動主軸后手動鍵和主軸正轉(zhuǎn)鍵才起作用。

(3)機床顯示的機床坐標為負值，測量的直徑、長度均為正值;工件原點設(shè)置在主軸中心線與工件左端面的交點處;如果要將工件原點設(shè)置在主軸中心線與工件右端面的交點處，只需在命令行中將輸入值“ZL1”作適當修改即可。

(4)必須將“刀具補正/磨耗”界面對應(yīng)的地址X、Z處清零;“刀具補正/磨耗”界面中G001～G006番號的X=0.00、Z=0.00清零，如圖3所示。

圖3 FANUC 0iT系統(tǒng)“刀具補正/磨耗”界面

(5)程序中不能含有G50XαZβ的對刀指令，此處的α、β表示對刀點到工件坐標系原點的有向距離。

(6)若程序開頭的某處寫入G54～G58指令，則必須在“工件坐標系設(shè)定”界面命令行中輸入X0、Z0使對應(yīng)的地址X、Z處清零。“工件坐標系設(shè)定”界面中番號01～06(G54～G59)的X=0.000、Z=0.000，如圖4所示。

圖4 FANUC 0iT系統(tǒng)“工件坐標系設(shè)定”界面

(7)在程序開頭的適當處必須寫入刀具T指令。

(8)內(nèi)孔鏜刀、內(nèi)螺紋刀的對刀方法與外圓車刀、外螺紋刀的對刀方法相同，但是試切對刀要車削內(nèi)孔與端面。

(9)由于鉆頭安裝在數(shù)控車床的尾架上，尾架的軸心線與工件夾具的軸心線在同一條線上，所以只需要將鉆頭移動到與工件剛發(fā)生“沙沙”聲時立即停止主軸，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入X0、ZL到對應(yīng)的X、Z處即可完成對刀。

2.2 使用G54～G59指令對刀

2.2.1 對刀步驟

(1)在刀架的1號刀位裝上第1把車刀，試切工件外圓，退刀后停主軸，測量外圓直徑D1，把車刀沿Z軸正方向退出，在“工件坐標系設(shè)定”界面的命令行中輸入“XD1”后按“測量”鍵將對應(yīng)值輸?shù)紾54的X中。

(2)車工件端面，測量工件的長度L1，把車刀沿X軸正方向退出，在“工件坐標系設(shè)定”界面的命令行中輸入“ZL1”后按“測量”鍵將對應(yīng)值輸?shù)紾54的Z中。

(3)回機床參考點REF，第一把刀試切對刀完畢。

(4)在刀架的2號刀位裝上第二把刀，分別試切外圓、端面后測量外圓直徑D2、工件長度L2，用同樣的方法在“工件坐標系設(shè)定”界面的命令行中，分別輸入XD2、ZL2后按“測量”鍵將對應(yīng)值輸?shù)紾55對應(yīng)的X、Z中，第二把刀對刀完畢。

(5)同理進行其他刀具的對刀。

2.2.2 對刀注意事項

(1)必須將“刀具補正/幾何”界面對應(yīng)的地址X、Z處清零。“刀具補正/幾何”界面中G001～G006番號的X=0.000、Z=0.000，如圖5所示。

圖5 FANUC 0iT系統(tǒng)“刀具補正/幾何”界面

(2)程序開頭適當處寫入G54～G58指令和刀具T指令，程序才能正常運行。

(3)鉆頭對刀時，只需要將鉆頭移動到與工件剛發(fā)生“沙沙”聲時立即停止主軸，在“工件坐標系設(shè)定”界面的命令行中輸入X0、ZL后按“測量”鍵對應(yīng)G54～G59的X、Z處即可完成對刀。

(4)其他注意事項同使用刀具補償T指令對刀的注意事項 (1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(7)、(8)。

2.3 使用G50指令對刀

2.3.1 對刀步驟

(1)在刀架的1號刀位裝上第1把車刀，將顯示方式置于絕對坐標方式，用外圓車刀先試車一外圓，把刀沿Z軸正方向退出(注意X方向數(shù)值不變)，停主軸，測量外圓直徑D1，在“程式 (MDI)”界面的命令行中，采用手動輸入 (MDI)方式，輸入G50 XD1完成X軸方向的對刀;

(2)在“刀具補正/磨耗”界面和“刀具補正/幾何”界面對應(yīng)的地址X處清零，以完成X軸方向?qū)Φ兜暮罄m(xù)處理。“刀具補正/磨耗”界面中G001番號的X=0.00，如圖3所示;“刀具補正/幾何”界面中G001番號X=0.00，如圖5所示。

(3)車工件端面，把刀沿X軸正方向退出，停主軸 (注意Z方向數(shù)值不變)，此時測量工件長度L(正值)，在“程式 (MDI)”界面的命令行中，采用手動輸入 (MDI)方式輸入G50 ZL1完成Z軸方向的對刀;

(4)在“刀具補正/磨耗”界面和“刀具補正/幾何”界面對應(yīng)的地址Z處清零，以完成Z軸方向?qū)Φ兜暮罄m(xù)處理。 “刀具補正/磨耗”界面中番號G001的Z=0.000，如圖3所示;“刀具補正/幾何”界面中G001番號的Z=0.000，如圖5所示。

(5)主軸轉(zhuǎn)動后，為運行方便，使用MDI方式，輸入“G00 X200 Z350”并運行，刀具即移動到距工件原點 (200，350－L)處，第一把刀試切對刀完畢。

(6)在刀架的2號刀位裝上第二把刀試切端面后，測量工件長度L2，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入“L2－L1”到番號G002對應(yīng)的地址Z中。

(7)第二把刀試切外圓后，測量外圓直徑D2，在“刀具補正/幾何”界面的命令行中輸入“D2－D1”到番號G002對應(yīng)的地址X中，第二把刀對刀完畢。

(8)同理進行其他刀具的對刀。

2.3.2 對刀注意事項

(1)第一把刀對好之后，不能再回機床參考點，也就是說，后面的刀具是以第一把刀為基準的。

(2)G00 X200 Z350中的X、Z值也可以為其他適當?shù)闹怠?/p>

(3)在程序開頭的適當處寫入G50 X200 Z350－L，程序才能正常運行。

(4)程序中盡量不要寫G54～G59指令，避免與G50指令發(fā)生沖突。

(5)其他注意事項同使用刀具補償T指令對刀的注意事項 (2)、(3)、(7)、(8)。

3 加工實例

3.1 加工實例圖

如圖6所示盤類毛坯與零件圖，外圓和內(nèi)孔的精車余量均為X向0.4 mm;Z向0.1 mm;鉆頭直徑23 mm。

圖6 加工毛坯圖與零件圖

現(xiàn)假設(shè)工件原點設(shè)置在軸心線與試切后右端面的交點處，加工中共用外圓粗車刀、外圓精車刀、鉆頭、內(nèi)孔粗鏜刀、內(nèi)孔精鏜刀、外螺紋刀6把刀。

3.2 實例手工數(shù)控程序［9－11］

程序中可以采用第1種和第2種試切對刀方法進行對刀。若要采用第3種試切對刀方法，只需將G54指令用G50 G00指令取代，同時將G55、G56、G57、G58、G59指令語句刪掉即可。加工零件圖如圖7所示。

圖7 FANUC 0iT加工后零件圖

與對刀相關(guān)的手工程序如下:

4 結(jié)束語

詳細闡述了3種典型的多刀試切對刀方法的具體步驟、注意事項、3種對刀的區(qū)別與聯(lián)系。通過實例說明數(shù)控加工的對刀操作是數(shù)控加工技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。只有掌握對刀的原理和步驟要領(lǐng)、注意事項及不同對刀方法的區(qū)別與聯(lián)系，才能在實際CNC加工中靈活運用各種試切對刀方法。

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