数控加工中工件坐标系的建立及对刀方法的确定李友志SISBYLW1.docx
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数控加工中工件坐标系的建立及对刀方法的确定李友志SISBYLW1
苏州技师学院
技师论文
数控加工中工件坐标系的建立及对刀方法的确定
学生姓名:
李友志
年级:
08大2
专业:
数控技术
指导教师:
吴新龙
院系:
机电工程系
提交日期:
2011年9月
目录
摘要.......................................................................................................................3
关键词………………………………………………………………………………………………………………3
引言…………………………………………………………………………………………..….…….…….……..3
一、数控加工中的工件坐标系………………………………………………………….….…….……………3
1.1工件坐标系的概念………………………………………………………….………….……..……….3
1.2工件坐标系遵循的原则………………………………………………….……………….…………3
1.3工件坐标系与坐标系原点…………………………….……………….….…………….…………4
1.4利用G92指令设定工件坐标系…………………………….………….…………………………4
1.5利用G54-G59指令设定工件坐标系………………………………..……..….………….5
1.6多工件坐标系的设定…………………………………………………………………….……………6二.工件坐标系对刀方法的确定………………………………………………………….….…………….7
2.1对刀的含义…………………………………………………………………………………………………..7
2.2对刀的原理…………………………………………………………………………………..………………7
2.3常用对刀方法……………………………………………………………………………….….…………..8
2.4用G92指令设定工件坐标系的对刀方法……………………………………………………..9
2.5对刀注意项……………………………………………………………………………………….………….9
2.6用G54-G59指令建立工件坐标系的对刀方法……………………………....………….10五、结论……………………………………………………………………………………………….………………11
致谢…………………………………………………………………………………..……………...………….……..12
参考文献……………………………………………………………………………………………………………..12
摘要:
在数控机床上加工零件,刀具与工件的相对运动是以数字的形式体现的。
因此,必须建立相应的坐标系,才能明确刀具与工件的相对位置。
所以每一个数控编程员和数控机床的操作者,都必须对数控机床的坐标系有一个完整、正确的理解。
否则,程序编制将发生错误,操作机床时也会发生事故。
对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。
在一定条件下,对刀的精度可以决定零件的加工精度,同时,对刀效率还直接影响数控加工效率。
仅仅知道对刀方法是不够的,还要知道数控系统的各种对刀设置方式,以及这些方式在加工程序中的调用方法,同时要知道各种对刀方式的优缺点、使用条件
关键词:
数控加工坐标系对刀方法
引言:
数控加工中的对刀原理数控编程与加工都是参照工件坐标系来进行的。
对刀的目的就是为了确定工件坐标系在机床坐标系中的位置。
在零件图纸上建立工件坐标系,使零件上的所有几何元素都有确定的位置,而工件坐标系原点是以零件图上的某一特征点为原点建立坐标系,为数学处理过程的简便,工件坐标系应尽可能选择在设计基准或工艺基准上在数控加工过程中,对刀是极为重要的环节,对刀操作的正确与否、对刀的精确程度,直接影响着零件的加工质量
一.数控加工中的工件坐标系
1.1工件坐标系的概念:
编程坐标系是编程人员根据零件样图及加工工艺等在工件上建立的坐标系,是编程时的坐标依据,又称工件坐标系。
工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系,它是由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。
在选择坐标系时需考虑便于坐标值的计算,工件的精度测量,可以使编制的加工程序简练,有利于保证工件的加工精度。
一般数控机床中工件坐标系的设定用G92和G54~G59两种方法确定。
1.2工件坐标系遵循的原则:
工件坐标系在选择坐标系时一般应遵循以下原则:
1.便于工件各要素坐标值的计算;
2.尽可能使编制的加工程序简单易读;
3.有利于工件的精度测量保证工件的加工精度。
工件原点选择:
4.与设计基准一致
5.尽量选在尺寸精度高,粗糙度低的工件表面
6.最好在工件的对称中心上
7.要便于测量和检测
1.3工件坐标系与坐标系原点
(1)工件坐标系
编程人员在编程时设定的坐标系,也称为编程坐标系。
工件坐标系坐标轴的确定与机床坐标系坐标轴方向一致
(2)工件坐标系原点
也称为工件原点或编程原点,由编程人员根据编程计算方便性、机床调整方便性、对刀方便性、在毛坯上位置确定的方便性等具体情况定义在工件上的几何基准点,一般为零件图上最重要的设计基准点。
数控机床中工件坐标系的设定用G92和G54-G59两种指令确定。
下面分别探讨两种设定方法及如何设定多工件坐标系。
1.4利用G92指令设定工件坐标系
G92指令通过设定刀具起点(对刀点)相对于工件坐标原点的相对位置建立工件坐标系。
这种建立工件坐标系的方法实际上是通过刀具的位置来确定工件坐标系的原点。
此坐标系一旦建立,后边的绝对值指令都是此工件坐标系中的坐标值,G92的编程格式如下:
G92XαYβZγ
其中α、β、γ分别为对刀点在工件坐标系中X、Y、Z的坐标值。
如图1所示,例如:
N01G92X30Y20Z40;
N02G90G00X_0Y_5;
……
执行该指令后,就在机床上建立了一个工件坐标系,该指令中的坐标值代表刀具刀位点在该工件坐标系中的坐标值。
因此操作者在使用写有坐标系设定指令程序时,必须在工件安装后检查或调整刀具刀位点与工件坐标之间的关系,以确保在机床上设定的工件坐标系与编程时在零件上所确定的工件坐标系在位置上重合一致。
在使用G92指令设定工件坐标系应特别注意,工件坐标系原点的位置随起刀点位置的改变而改变。
在批量生产时,加工完每一个工件后,编程时应有指令使刀具退回到工件坐标系设定的起刀点位置,否则在下一工件加工执行
程序时,会造成执行G92指令后,工件坐标系原点的位置产生移动,这样刀具在运动时,到达不了预期的位置,甚至会造成严重事故。
1.5利用G54-G59指令设定工件坐标系
G54-G59指令设定工件坐标系方式是通过找出工件零点与机床参考点的相对距离,把这个相对距离作为零点偏置值输入到系统中,从而达到使工件在机床坐标系中有一个正确位置的目的。
用G54-G59的方法可以设定6个工件坐标系,设定工件坐标系时用CRT/MDI方式,指定从机械原点到各坐标系原点的各轴距离。
利用G54-G59设定工件坐标系后,加工坐标原点在机床坐标系中的位置不变,它与刀具的当前位置无关,除非再通过CRT/MDI方式进行更改。
应注意的是在使用此指令设定工件坐标系之前,首先机床各轴需回零建立起机床坐标系。
例如如下程序:
N0_G54G00G90X20.0Y20.0;
N02G55;
N03G00X20.0Y20.0;
如图2所示,执行N01句时,系统会选定G54坐标系作为当前工件坐标系,然后在执行G00移动到该坐标中的A点;执行N02句时,系统又会选G55坐标系作为当前坐标系;执行N03句时,机床就会移动到刚指定的G55坐标系中的B点。
1.6多工件坐标系的设定
数控加工中,在以下几种情况下,通常要设定多个工件坐标系。
运用G92和G54-G59指令均可实现多工件坐标系的设定。
一般情况下,为方便编程人员编写指令,减少对刀次数,采用G54-G59指令来实现多工件坐标系的
设定。
对于一些复杂的零件,为提高编程效率和零件的加工精度,在同一零件上建立多个坐标系。
如图3所示,55mm圆周上均布的4孔和80mm圆周上均布的6孔分别以40mm和60mm孔的中心为设计基准,如果建立统一的
工件坐标系,则编程时坐标值计算繁琐,同时难于保证设计基准与加工基准重合,产生尺寸链计算误差,降低加工精度。
因此编程时可分别以型腔40mm及60mm孔的中心为工件坐标系原点设定两个坐标系。
(2)为较少零件的装卸次数,提高加工效率,经常在一个夹具上安装多个加工零件,此时可以根据夹具的尺寸设置多个工件坐标系原点,并用同一个子程序加工其上的各个相同零件。
如图4所示,这种方法对同时加工多个不同零件也是适用的。
图4多个相同零件加工工件坐标系的设定
(3)在卧式加工中心中可以通过旋转工作台(B轴)的旋转来加工零件的不同侧面,如果只采用一个编程原点,那么对于非原点所在侧面上的加工尺寸就要进行十分复杂的空间坐标系位置值转换计算,再加上旋转工作台的旋转中心偏移量,这种计算就变得更加困难。
采用在各个不同侧面设置自己的编程原点,就可以使编程方法大大简化,从而提高编程的效率,此时就需要在零件的不同加工平面上设置多个工件坐标系原点。
二.工件坐标系对刀方法的确定
2.1对刀的含义:
所谓对刀,其实质就是侧量程序原点与机床原点之间的偏移距离并设置程序原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标。
2.2对刀的原理:
工件在机床上定位装夹后,必须确定工件在机床上的正确位置,以便与机床原有的坐标系联系起来。
确定工件具体位置的过程就是通过对刀来实现的,而这个过程的确定也就是在确定工件的编程坐标系(即工件坐标系),编程加工都是参照这个坐标系来进行的。
在零件图纸上建立工件坐标系,使零件上的所有几何元素都有确定的位置,而工件坐标系原点是以零件图上的某一特征点为原点建立坐标系,使得编程坐标系与工件坐标系重合。
2.3常用的对刀方法
在数控立式铣加工中心加工操作中,对刀的方法比较多主要有寻边器对刀试切法对刀和杠杆百分表对刀仪等几种方法
寻边器对刀精度较高,操作简便﹑直应用广泛。
采用寻边器对刀要求定位基准面应有较好的表面粗糙度和直线度,确保对刀精度。
常用的寻边器有标准(结构简单、成本低、校正精度不高)﹑机械寻边器(要求主轴转速设定在500左右)(精度高、无需维护、成本适中)和光电寻边器(主轴要求不转)(精度高,需维护,成本较高)等。
在实际加工过程中考虑到成本和加工精度问题一般选用机械寻边器来进行对刀找正
试切法对刀是实际中应用的最多的一种对刀方法。
工件和刀具装夹完毕,驱动主轴旋转,移动刀架至工件试切一段外圆。
然后保持X坐标不变移动Z轴刀具离开工件,测量出该段外圆的直径。
将其输入到相应的刀具参数中的刀长中,系统会自动用刀具当前X坐标减去试切出的那段外圆直径,即得到工件坐标系X原点的位置。
再移动刀具试切工件一端端面,在相应刀具参数中的刀宽中输入Z0,系统会自动将此时刀具的Z坐标减去刚才输入的数值,即得工件坐标系Z原点的位置。
杠杆百分表对刀:
杠杆百分表的对刀精度较高,但是这种操作方法比较麻烦,效率较低,适应于精加工孔(面)对刀,而在粗加工孔则不宜使用。
对刀方法为:
用磁性表座将杠杆百分表吸在加工中心主轴上,使表头靠近孔壁(或圆柱面),当表头旋转一周时,其指针的跳动量在允许的对刀误差内,如0.02,此时可认为主轴的旋转中心与被测孔中心重合,输入此时机械坐标系中X和Y的坐标值到G54中。
Z向测量仪对刀:
Z向测量仪对刀精度较高,特别在铣削加工中心多把刀具在机上对刀时,对刀效率较高,投资少,适合于单件零件加工。
2.4用G92指令设定工件坐标系的对刀方法
如图5所示,通过对刀将图示方形零件的x、y、z的零点设定成工件坐标系原点。
①安装工件,先用手动方式返回机床零点,再将主轴刀具先移到靠近工件的x方向的对刀基准面。
②在MDI模式下输入S500M03并启动,使主轴转速为S500启动主轴,用手轮进给方式缓慢移动机床x轴,使刀具侧面正好接触工件侧面。
设刀具直径为8mm,这时刀具中心相对于工件x轴零点的位置为:
80/2+8/2=44mm。
③停止主轴,将机床工作方式转换成手动数据输入方式,按“程序”键,输入G92X44。
按循环启动按钮执行G92X44这一程序,设定好x坐标。
④按照上述步骤对y轴操作,输入并执行G92Y-54,设定好y坐标。
⑤对Z轴同样操作,输入并执行G92Z0,设定好z坐标。
这样工件坐标系就设定好了
。
图5确定工件坐标系示意图
2.5对刀注意项
使用上述对刀方法时应注意:
①工件上的对刀基准面要选择重要基准面,如果欲选择的基准面不允许产生切痕,可在刀具和基准面之间夹上一块厚度准确的薄垫片。
②工件坐标系建立后,刀具和工件的相对位置已被系统记忆,当工件在工作台上位置变化后或刀具在主轴上的相对高度变化后,必须重新对刀建立工件坐标系。
③工件坐标系建立后,不能将机床锁定后测试运行程序,因为机床锁定后刀具和工件的相对位置不会发生变化,而程序运行后,系统记忆的坐标位置可能发生了变化。
④该方法对刀完成后,如果程序开头有G92指令,在对刀完成后须将机床3轴移动至程序中设定的准确起始位置,或将程序开头的G92指令段删除。
⑤如果关机,用G92方式建立的工件坐标系将丢失,重新开机后必须重新对刀。
2.6用G54-G59指令建立工件坐标系的对刀方法
将图5所示零件的x、y、z的零点设定成第一工件坐标系G54的原点。
当工件原点在工件中心时通常采用对称分中法进行对刀,其步骤如下:
(1)装夹工件,将机械寻边器装上主轴;
(2)在MDI模式下输入S500M03并启动,使主轴转速为S500;(3)用“手轮”方式,通过不断改变倍率使机械寻边器靠近工件X负向表面(操作者左侧),测量记录X1,同样运动机械寻边器至工件X正向表面(操作者右侧),测量记录X2(测量记录X值时,必需到POS-->综合-->机械坐标系中读取);(4)再用同样的方法分别在Y正向(远离操者)负向(正对操作者)表面找正,记录Y1、Y2;再用同样方式将主轴刀具下端面和工件z方向的对刀基准面正好接触,记录此时屏幕上显示的z坐标值L3(5)计算(X1+X2)/2,(Y1+Y2)/2,Z分别将计算结果填入OFFSETSETTING-->坐标系-->G54的XY和Z中;(6)提升主轴,在MDI模式下运行“G90G54G0X0Y0Z10”,检查找正是否正确。
当工件原点在工件某角(两棱边交接处),其步骤如下:
(1)如果四边均为精基准,或者要求被加工形状与工件毛坯有较高的位置度要求,采用先对称分中,后平移原点的方法;
(2)只有两个侧面为精基准时,采用单边推算法。
这样第一工件坐标系就设定结束。
⑤用同样方法可设定必要的其余工件坐标系。
结论
工件坐标系的设定及对刀在数控加工中非常重要,应根据不同的加工要求和编程的方便性进行恰当的选择。
G92指令和G54-G59指令都能建立工件坐标系,但使用方法有区别:
G92指令是依据刀具当前位置定义的,在加工过程中受断电或手动回机床零点的影响,此种设定工件坐标系和对刀法一次只能对一把刀,且每次装夹工件都要重新对刀,一般适用于加工工序少的车削零件。
G54-G59指令是依据机床坐标系来建立工件坐标系,一旦坐标偏置值被输入,一直有效。
对于用同一夹具加工同一工件,只对第一件工件对刀即可,且用该指令建立工件坐标一次可同时对6把刀,即可同时对同一工件完成6个工序,自动化程度高,一般适用于带自动换刀的数控机床,如加工中心和数控铣床等。
充分运用这些坐标系定义指令,能够使编程简单,加工精度容易控制。
致谢
在我的论文即将完成之际,我想向曾经给我帮助和支持的人表示衷心的感谢!
首先感谢苏州技师学院,给我提供这么好的学习生活环境,在校学习和生活的日子是我一生中一段难忘的经历!
致谢本文完成首先感谢我的导师吴新龙老师,吴新龙渊博的知识、永不满足的精神、高度的事业心和责任感以及他宽容豁达、平易近人和严谨治学的态度将使我终身受益。
时刻激励我不断进取,本人所取得的每一点进步,都离不开吴老师的关心和教诲。
在此,特向吴老师致以最诚挚的感谢和崇高的敬意!
衷心感谢刘明玺老师为论文选题及进行提供了无私的支持和帮助,同时给予我良好建议。
在此,我表示深深的谢意!
感谢教数控的吴新龙、陈昌亚及全体老师的帮助。
是他们给我了一个良好的学习环境和机会,是他们在学业上和生活中都给了无微不至的培养和帮助。
谨向所有曾经给予我关怀和帮助的亲人和朋友表示最诚挚的谢意!
参考文献:
加工中心编程与操作沈建锋辽宁科学出版社
数控系统调整与维修实训王兹宜机械工业出版社
机械制造技术王伟林东南大学出版社
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