CNC數控加工中刀具對刀和對刀點的確定
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發(fā)表時間：2020-06-08 16:14:34
1．刀位點
刀位點是刀具上的一個基準點，刀位點相對運動的軌跡即加工路線，也稱編程軌跡。
2．對刀和對刀點
對刀是指操作員在啟動數控程序之前，通過一定的測量手段，使刀位點與對刀點重合。可以用對刀儀對刀，其操作比較簡單，測量數據也比較準確。還可以在數控機床上定位好夾具和安裝好零件之后，使用量塊、塞尺、千分表等，利用數控機床上的坐標對刀。對于操作者來說，確定對刀點將是非常重要的，會直接影響零件的加工精度和程序控制的準確性。在批生產過程中，更要考慮到對刀點的重復精度，操作者有必要加深對數控設備的了解，掌握更多的對刀技巧。
（1）對刀點的選擇原則
在機床上容易找正，在加工中便于檢查，編程時便于計算，而且對刀誤差小。對刀點可以選擇零件上的某個點（如零件的定位孔中心），也可以選擇零件外的某一點（如夾具或機床上的某一點），但必須與零件的定位基準有一定的坐標關系。
提高對刀的準確性和精度，即便零件要求精度不高或者程序要求不嚴格，所選對刀部位的加工精度也應高于其他位置的加工精度。選擇接觸面大、容易監(jiān)測、加工過程穩(wěn)定的部位作為對刀點。對刀點盡可能與設計基準或工藝基準統(tǒng)一，避免由于尺寸換算導致對刀精度甚至加工精度降低，增加數控程序或零件數控加工的難度。
為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上。例如以孔定位的零件，以孔的中心作為對刀點較為適宜。對刀點的精度既取決于數控設備的精度，也取決于零件加工的要求，人工檢查對刀精度以提高零件數控加工的質量。尤其在批生產中要考慮到對刀點的重復精度，該精度可用對刀點相對機床原點的坐標值來進行校核。
（2）對刀點的選擇方法
對于數控車床或車銑加工中心類數控設備，由于中心位置（X0，Y0，A0）已有數控設備確定，確定軸向位置即可確定整個加工坐標系。因此，只需要確定軸向（Z0或相對位置）的某個端面作為對刀點即可。
對于三坐標數控銑床或三坐標加工中心，相對數控車床或車銑加工中心復雜很多，根據數控程序的要求，不僅需要確定坐標系的原點位置（X0，Y0，Z0），而且要同加工坐標系G54、G55、G56、G57等的確定有關，有時也取決于操作者的習慣。對刀點可以設在被加工零件上，也可以設在夾具上，但是必須與零件的定位基準有一定的坐標關系，Z方向可以簡單的通過確定一個容易檢測的平面確定，而X、Y方向確定需要根據具體零件選擇與定位基準有關的平面、圓。
對于四軸或五軸數控設備，增加了第4、第5個旋轉軸，同三坐標數控設備選擇對刀點類似，由于設備更加復雜，同時數控系統(tǒng)智能化，提供了更多的對刀方法，需要根據具體數控設備和具體加工零件確定。
對刀點相對機床坐標系的坐標關系可以簡單地設定為互相關聯，如對刀點的坐標為（X0，Y0，Z0），同加工坐標系的關系可以定義為（X0+Xr，Y0+Yr，Z0+Zr），加工坐標系G54、G55、G56、G57等，只要通過控制面板或其他方式輸入即可。這種方法非常靈活，技巧性很強，為后續(xù)數控加工帶來很大方便。一旦因為編程參數輸入錯誤，機床發(fā)生碰撞，對機床精度的影響是致命的。所以對于高精度數控車床來說，碰撞事故要杜絕。
（3）碰撞發(fā)生的最主要的原因:
a. 對刀具的直徑和長度輸入錯誤；
b. 對工件的尺寸和其他相關的幾何尺寸輸入錯誤以及工件的初始位置定位錯誤；
c. 機床的工件坐標系設置錯誤，或者機床零點在加工過程中被重置，而產生變化，機床碰撞大多發(fā)生在機床快速移動過程中，這時候發(fā)生的碰撞的危害也最大，應絕對避免。
所以操作者要特別注意機床在執(zhí)行程序的初始階段和機床在更換刀具的時候，此時一旦程序編輯錯誤，刀具的直徑和長度輸入錯誤，那么就很容易發(fā)生碰撞。
在程序結束階段，數控軸的退刀動作順序錯誤，那么也可能發(fā)生碰撞。為了避免上述碰撞，操作者在操作機床時，要充分發(fā)揮五官的功能，觀察機床有無異常動作，有無火花，有無噪音和異常的響動，有無震動，有無焦味。發(fā)現異常情況應立即停止程序，待機床問題解決后，機床才能繼續(xù)工作。
3．零點漂移現象
零點漂移現象是受數控設備周圍環(huán)境影響因素引起的，在同樣的切削條件下，對同一臺設備來說、使用相同一個夾具、數控程序、刀具，加工相同的零件，發(fā)生的一種加工尺寸不一致或精度降低的現象。
零點漂移現象主要表現在數控加工過程的一種精度降低現象或者可以理解為數控加工時的精度不一致現象。零點漂移現象在數控加工過程中是不可避免的，對于數控設備是普遍存在的，一般受數控設備周圍環(huán)境因素的影響較大，嚴重時會影響數控設備的正常工作。影響零點漂移的原因很多，主要有溫度、冷卻液、刀具磨損、主軸轉速和進給速度變化大等。
4．刀具補償
經過一定時間的數控加工后，刀具的磨損是不可避免的，其主要表現在刀具長度和刀具半徑的變化上，因此，刀具磨損補償也主要是指刀具長度補償和刀具半徑補償。
5．刀具半徑補償
在零件輪廓加工中，由于刀具總有一定的半徑如銑刀半徑，刀具中心的運動軌跡并不等于所需加工零件的實際軌跡，而是需要偏置一個刀具半徑值，這種偏移習慣上成為刀具半徑補償。因此，進行零件輪廓數控加工時必須考慮刀具的半徑值。需要指出的是，UG/CAM數控程序是以理想的加工狀態(tài)和準確的刀具半徑進行編程的，刀具運動軌跡為刀心運動軌跡，沒有考慮數控設備的狀態(tài)和刀具的磨損程度對零件數控加工的影響。因此，無論對于輪廓編程，還是刀心編程，UG/CAM數控程序的實現必須考慮刀具半徑磨損帶來的影響，合理使用刀具半徑補償。
6．刀具長度補償
在數控銑、鏜床上，當刀具磨損或更換刀具時，使刀具刀尖位置不在原始加工的編程位置時，必須通過延長或縮短刀具長度方向一個偏置值的方法來補償其尺寸的變化，以保證加工深度或加工表面位置仍然達到原設計要求尺寸。
7．機床坐標系
數控機床的坐標軸命名規(guī)定為機床的直線運動采用笛卡兒坐標系，其坐標命名為X、Y、Z，通稱為基本坐標系。以X、Y、Z坐標軸或以與X、Y、Z坐標軸平行的坐標軸線為中心旋轉的運動，分別稱為A軸、B軸、C軸，A、B、C的正方向按右手螺旋定律確定。
Z軸：通常把傳遞切削力的主軸規(guī)定為Z坐標軸。對于刀具旋轉的機床，如鏜床、銑床、鉆床等，刀具旋轉的軸稱為Z軸。
X軸：X軸通常平行與工件裝夾面并與Z軸垂直。對于刀具旋轉的機床，例如臥式銑床、臥式鏜床，從刀具主軸向工件方向看，右手方向為X軸的正方向，當Z軸為垂直時，對于單立柱機床如立式銑床，則沿刀具主軸向立柱方向看，右手方向為X軸的正方向。
Y軸：Y軸垂直于X軸和Z軸，其方向可根據已確定的X軸和Z軸，按右手直角笛卡兒坐標系確定。
旋轉軸的定義也按照右手定則，繞X軸旋轉為A軸，繞Y軸旋轉為B軸，繞Z軸旋轉為C軸。數控機床的坐標軸如下圖所示:
機床原點就是機床坐標系的坐標原點。機床上有一些固定的基準線，如主軸中心線；也有一些固定的基準面，如工作臺面、主軸端面、工作臺側面等。當機床的坐標軸手動返回各自的原點以后，用各坐標軸部件上的基準線和基準面之間的距離便可確定機床原點的位置，該點在數控機床的使用說明書上均有說明。
8．零件加工坐標系和坐標原點
工件坐標系又稱編程坐標系，是由編程員在編制零件加工程序時，以工件上某一固定點為原點建立的坐標系。零件坐標系的原點稱為零件零點（零件原點或程序零點），而編程時的刀具軌跡坐標是按零件輪廓在零件坐標系的坐標確定的。
加工坐標系的原點在機床坐標系中稱為調整點。在加工時，零件隨夾具安裝在機床上，零件的裝夾位置相對于機床是固定的，所以零件坐標系在機床坐標系中的位置也就確定了。這時測量的零件原點與機床原點之間的距離稱作零件零點偏置，該偏置需要預先存儲到數控系統(tǒng)中。
在加工時，零件原點偏置便能自動加到零件坐標系上，使數控系統(tǒng)可按機床坐標系確定加工時的絕對坐標值。因此，編程員可以不考慮零件在機床上的實際安裝位置和安裝精度，而利用數控系統(tǒng)的偏置功能，通過零件原點偏置值，補償零件在機床上的位置誤差，現在的數控機床都有這種功能，使用起來很方便。零件坐標系的位置以機床坐標系為參考點，在一個數控機床上可以設定多個零件坐標系，分別存儲在G54/G59等中，零件零點一般設在零件的設計基準、工藝基準處，便于計算尺寸。
一般數控設備可以預先設定多個工作坐標系（G54～G59），這些坐標系存儲在機床存儲器內，工作坐標系都是以機床原點為參考點，分別以各自與機床原點的偏移量表示，需要提前輸入機床數控系統(tǒng)，或者說是在加工前設定好的坐標系。
加工坐標系（MCS）是零件加工的所有刀具軌跡輸出點的定位基準。加工坐標系用OM XM YM ZM表示。有了加工坐標系，在編程時，無需考慮工件在機床上的安裝位置，只要根據工件的特點及尺寸來編程即可。
加工坐標系的原點即為工件加工零點。工件加工零點的位置是任意的，是由編程人員在編制數控加工程序時根據零件的特點選定。工件零點可以設置在加工工件上，也可以設置在夾具上或機床上。為了提高零件的加工精度，工件零點盡量選在精度較高的加工表面上；為方便數據處理和簡化程序編制，工件零點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基準上，對于對稱零件，最好將工件零點設在對稱中心上，容易找準，檢查也方便。
9．裝夾原點
裝夾原點常見于帶回轉（或擺動）工作臺的數控機床和加工中心，比如回轉中心，與機床參考點的偏移量可通過測量存入數控系統(tǒng)的原點偏置寄存器中，供數控系統(tǒng)原點偏移計算用。
刀位點是刀具上的一個基準點，刀位點相對運動的軌跡即加工路線，也稱編程軌跡。
2．對刀和對刀點
對刀是指操作員在啟動數控程序之前，通過一定的測量手段，使刀位點與對刀點重合。可以用對刀儀對刀，其操作比較簡單，測量數據也比較準確。還可以在數控機床上定位好夾具和安裝好零件之后，使用量塊、塞尺、千分表等，利用數控機床上的坐標對刀。對于操作者來說，確定對刀點將是非常重要的，會直接影響零件的加工精度和程序控制的準確性。在批生產過程中，更要考慮到對刀點的重復精度，操作者有必要加深對數控設備的了解，掌握更多的對刀技巧。
（1）對刀點的選擇原則
在機床上容易找正，在加工中便于檢查，編程時便于計算，而且對刀誤差小。對刀點可以選擇零件上的某個點（如零件的定位孔中心），也可以選擇零件外的某一點（如夾具或機床上的某一點），但必須與零件的定位基準有一定的坐標關系。
提高對刀的準確性和精度，即便零件要求精度不高或者程序要求不嚴格，所選對刀部位的加工精度也應高于其他位置的加工精度。選擇接觸面大、容易監(jiān)測、加工過程穩(wěn)定的部位作為對刀點。對刀點盡可能與設計基準或工藝基準統(tǒng)一，避免由于尺寸換算導致對刀精度甚至加工精度降低，增加數控程序或零件數控加工的難度。
為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上。例如以孔定位的零件，以孔的中心作為對刀點較為適宜。對刀點的精度既取決于數控設備的精度，也取決于零件加工的要求，人工檢查對刀精度以提高零件數控加工的質量。尤其在批生產中要考慮到對刀點的重復精度，該精度可用對刀點相對機床原點的坐標值來進行校核。
（2）對刀點的選擇方法
對于數控車床或車銑加工中心類數控設備，由于中心位置（X0，Y0，A0）已有數控設備確定，確定軸向位置即可確定整個加工坐標系。因此，只需要確定軸向（Z0或相對位置）的某個端面作為對刀點即可。
對于三坐標數控銑床或三坐標加工中心，相對數控車床或車銑加工中心復雜很多，根據數控程序的要求，不僅需要確定坐標系的原點位置（X0，Y0，Z0），而且要同加工坐標系G54、G55、G56、G57等的確定有關，有時也取決于操作者的習慣。對刀點可以設在被加工零件上，也可以設在夾具上，但是必須與零件的定位基準有一定的坐標關系，Z方向可以簡單的通過確定一個容易檢測的平面確定，而X、Y方向確定需要根據具體零件選擇與定位基準有關的平面、圓。
對于四軸或五軸數控設備，增加了第4、第5個旋轉軸，同三坐標數控設備選擇對刀點類似，由于設備更加復雜，同時數控系統(tǒng)智能化，提供了更多的對刀方法，需要根據具體數控設備和具體加工零件確定。
對刀點相對機床坐標系的坐標關系可以簡單地設定為互相關聯，如對刀點的坐標為（X0，Y0，Z0），同加工坐標系的關系可以定義為（X0+Xr，Y0+Yr，Z0+Zr），加工坐標系G54、G55、G56、G57等，只要通過控制面板或其他方式輸入即可。這種方法非常靈活，技巧性很強，為后續(xù)數控加工帶來很大方便。一旦因為編程參數輸入錯誤，機床發(fā)生碰撞，對機床精度的影響是致命的。所以對于高精度數控車床來說，碰撞事故要杜絕。
（3）碰撞發(fā)生的最主要的原因:
a. 對刀具的直徑和長度輸入錯誤；
b. 對工件的尺寸和其他相關的幾何尺寸輸入錯誤以及工件的初始位置定位錯誤；
c. 機床的工件坐標系設置錯誤，或者機床零點在加工過程中被重置，而產生變化，機床碰撞大多發(fā)生在機床快速移動過程中，這時候發(fā)生的碰撞的危害也最大，應絕對避免。
所以操作者要特別注意機床在執(zhí)行程序的初始階段和機床在更換刀具的時候，此時一旦程序編輯錯誤，刀具的直徑和長度輸入錯誤，那么就很容易發(fā)生碰撞。
在程序結束階段，數控軸的退刀動作順序錯誤，那么也可能發(fā)生碰撞。為了避免上述碰撞，操作者在操作機床時，要充分發(fā)揮五官的功能，觀察機床有無異常動作，有無火花，有無噪音和異常的響動，有無震動，有無焦味。發(fā)現異常情況應立即停止程序，待機床問題解決后，機床才能繼續(xù)工作。
3．零點漂移現象
零點漂移現象是受數控設備周圍環(huán)境影響因素引起的，在同樣的切削條件下，對同一臺設備來說、使用相同一個夾具、數控程序、刀具，加工相同的零件，發(fā)生的一種加工尺寸不一致或精度降低的現象。
零點漂移現象主要表現在數控加工過程的一種精度降低現象或者可以理解為數控加工時的精度不一致現象。零點漂移現象在數控加工過程中是不可避免的，對于數控設備是普遍存在的，一般受數控設備周圍環(huán)境因素的影響較大，嚴重時會影響數控設備的正常工作。影響零點漂移的原因很多，主要有溫度、冷卻液、刀具磨損、主軸轉速和進給速度變化大等。
4．刀具補償
經過一定時間的數控加工后，刀具的磨損是不可避免的，其主要表現在刀具長度和刀具半徑的變化上，因此，刀具磨損補償也主要是指刀具長度補償和刀具半徑補償。
5．刀具半徑補償
在零件輪廓加工中，由于刀具總有一定的半徑如銑刀半徑，刀具中心的運動軌跡并不等于所需加工零件的實際軌跡，而是需要偏置一個刀具半徑值，這種偏移習慣上成為刀具半徑補償。因此，進行零件輪廓數控加工時必須考慮刀具的半徑值。需要指出的是，UG/CAM數控程序是以理想的加工狀態(tài)和準確的刀具半徑進行編程的，刀具運動軌跡為刀心運動軌跡，沒有考慮數控設備的狀態(tài)和刀具的磨損程度對零件數控加工的影響。因此，無論對于輪廓編程，還是刀心編程，UG/CAM數控程序的實現必須考慮刀具半徑磨損帶來的影響，合理使用刀具半徑補償。
6．刀具長度補償
在數控銑、鏜床上，當刀具磨損或更換刀具時，使刀具刀尖位置不在原始加工的編程位置時，必須通過延長或縮短刀具長度方向一個偏置值的方法來補償其尺寸的變化，以保證加工深度或加工表面位置仍然達到原設計要求尺寸。
7．機床坐標系
數控機床的坐標軸命名規(guī)定為機床的直線運動采用笛卡兒坐標系，其坐標命名為X、Y、Z，通稱為基本坐標系。以X、Y、Z坐標軸或以與X、Y、Z坐標軸平行的坐標軸線為中心旋轉的運動，分別稱為A軸、B軸、C軸，A、B、C的正方向按右手螺旋定律確定。
Z軸：通常把傳遞切削力的主軸規(guī)定為Z坐標軸。對于刀具旋轉的機床，如鏜床、銑床、鉆床等，刀具旋轉的軸稱為Z軸。
X軸：X軸通常平行與工件裝夾面并與Z軸垂直。對于刀具旋轉的機床，例如臥式銑床、臥式鏜床，從刀具主軸向工件方向看，右手方向為X軸的正方向，當Z軸為垂直時，對于單立柱機床如立式銑床，則沿刀具主軸向立柱方向看，右手方向為X軸的正方向。
Y軸：Y軸垂直于X軸和Z軸，其方向可根據已確定的X軸和Z軸，按右手直角笛卡兒坐標系確定。
旋轉軸的定義也按照右手定則，繞X軸旋轉為A軸，繞Y軸旋轉為B軸，繞Z軸旋轉為C軸。數控機床的坐標軸如下圖所示:
機床原點就是機床坐標系的坐標原點。機床上有一些固定的基準線，如主軸中心線；也有一些固定的基準面，如工作臺面、主軸端面、工作臺側面等。當機床的坐標軸手動返回各自的原點以后，用各坐標軸部件上的基準線和基準面之間的距離便可確定機床原點的位置，該點在數控機床的使用說明書上均有說明。
8．零件加工坐標系和坐標原點
工件坐標系又稱編程坐標系，是由編程員在編制零件加工程序時，以工件上某一固定點為原點建立的坐標系。零件坐標系的原點稱為零件零點（零件原點或程序零點），而編程時的刀具軌跡坐標是按零件輪廓在零件坐標系的坐標確定的。
加工坐標系的原點在機床坐標系中稱為調整點。在加工時，零件隨夾具安裝在機床上，零件的裝夾位置相對于機床是固定的，所以零件坐標系在機床坐標系中的位置也就確定了。這時測量的零件原點與機床原點之間的距離稱作零件零點偏置，該偏置需要預先存儲到數控系統(tǒng)中。
在加工時，零件原點偏置便能自動加到零件坐標系上，使數控系統(tǒng)可按機床坐標系確定加工時的絕對坐標值。因此，編程員可以不考慮零件在機床上的實際安裝位置和安裝精度，而利用數控系統(tǒng)的偏置功能，通過零件原點偏置值，補償零件在機床上的位置誤差，現在的數控機床都有這種功能，使用起來很方便。零件坐標系的位置以機床坐標系為參考點，在一個數控機床上可以設定多個零件坐標系，分別存儲在G54/G59等中，零件零點一般設在零件的設計基準、工藝基準處，便于計算尺寸。
一般數控設備可以預先設定多個工作坐標系（G54～G59），這些坐標系存儲在機床存儲器內，工作坐標系都是以機床原點為參考點，分別以各自與機床原點的偏移量表示，需要提前輸入機床數控系統(tǒng)，或者說是在加工前設定好的坐標系。
加工坐標系（MCS）是零件加工的所有刀具軌跡輸出點的定位基準。加工坐標系用OM XM YM ZM表示。有了加工坐標系，在編程時，無需考慮工件在機床上的安裝位置，只要根據工件的特點及尺寸來編程即可。
加工坐標系的原點即為工件加工零點。工件加工零點的位置是任意的，是由編程人員在編制數控加工程序時根據零件的特點選定。工件零點可以設置在加工工件上，也可以設置在夾具上或機床上。為了提高零件的加工精度，工件零點盡量選在精度較高的加工表面上；為方便數據處理和簡化程序編制，工件零點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基準上，對于對稱零件，最好將工件零點設在對稱中心上，容易找準，檢查也方便。
9．裝夾原點
裝夾原點常見于帶回轉（或擺動）工作臺的數控機床和加工中心，比如回轉中心，與機床參考點的偏移量可通過測量存入數控系統(tǒng)的原點偏置寄存器中，供數控系統(tǒng)原點偏移計算用。
此文關鍵字：數控加工,刀具,刀點,確定
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