加工中心对刀

关于数控铣床及加工中心对刀的一些个人理解和经验本人从事数控铣床及加工中心3年多的时间，对这些机床的坐标系设定及对刀有一些个人的理解，并积累了一些经验，想和一些从事数控加工的初级人员交流和分享。鉴于水平有限，有不足之处还请见谅及批评指正首先加工中心和数控铣床相比仅仅是多了个刀库，可以在一次加工中进行多把刀的加工操作，它们在本质上没什么区别。我们就以数控铣床为例进行讲解。我们的世界是三维世界，空间由长宽高组成，在方位上就是“东西”、“南北”、“上下”，假设我们朝北站立，对应的铣床坐标就是X、Y、Z（“东”为x正方向、“北”为y正方向、“上”为z正方向）。Xy通常为一组（也就是G17平面），Z通常为另一组。这是首先要建立的一个概念。现在我们要“铣床”帮我们加工一个工件，我们把工件放在它的工作台上，夹紧后，通过程式要“铣床”加工工件的某个地方，比如说要“铣床”在G54X20Y-10的地方钻个孔。那么现在问题就来了“铣床”它怎么知道这个G54X20Y-10是哪里咧？它不知道！因为它没长眼睛！！它怎么知道我们把工件放在了它工作台的哪个地方咧？所以我们首先要告诉它：工件到底在哪里。我以前听过一个故事，说一个瞎子出门在外杵拐杖，还时不时要敲一下小铜锣，但在家门口却什么都不需要，可以很迅速的到要去的地方。原因是他把家周围的东西都摸熟悉了，比如站在家门口（我们假设他家是座北朝南的）向南走100步就是条小路右拐300步可以到邻居家。再比如站在家门口，向左200步就是打水的井，其中在第150步的时候有块大石头要向南让20步，再向左走完剩下的50步刚好到井边。。。。盲人没有眼睛看东西，但是他可以数自己的步伐来度量距离、从家门口走可以知道起始点和方向。铣床也是一样，工作台运动的距离由伺服电机转的圈数来决定，方向由电机转的方向来确定。这些在机床的电器部分是很容易做到的。问题是从哪里开始！！我们把那个瞎子丢到我家门口（假设我家也是座北朝南），你看他还能不能找到他的邻居、还能不能找到井？不能了吧！为什么？因为起始点变了。再回到铣床，它怎么找到最初的起始点咧，它有个办法，那就是“机械坐标回零”，机械坐标是铣床固有的坐标系，在机床制造时就已经建立了的，是在各个导轨上安装限位开关，来限制工作台的行程，防止各个轴超程。工作台(X、Y)和主轴（对于立式铣床来说是Z轴）只能在各个轴的前后2个开关之间的空间活动。在铣床加电之后,就像那个瞎子刚在地上睡醒，不知道距离大门有多远。这时候他就朝一个固定方向走，比如说朝北走，碰到墙了（限位开关）这个方向就不走了，这就是机械坐标的Y0点、然后就横着走，摸到了窗户，再走，摸到门了，这里就是机械坐标X0点（当然一般机械坐标X0点在工作台的最左或是最右，这里请大家理解就行了）Z轴也一样。就这样机械坐标系就建立起来，就像那个瞎子又回到了他自家门口，什么石头啊、井啊、邻居家啊他都了然于胸。但是这样他仍然不能搞什么事，因为我不是要他去到井边打水，也不是要他坐在石头上，也不是要他去敲邻居家的门，而是要他去捡地上我丢的一块钱！！我告诉他钱在那块石头的东边20步，再向南走10步的地上，也就是说以石头为起点（G54坐标原点）向X正方向走20步（X20），Y负方向走10步（Y-10）这样不用眼睛看就可以到达目的地。但是这样问题又来了：石头在哪里？？也就是G54坐标原点在哪里。因为客户给我们的只是工件的图纸，我们根据图纸在加工工件时一般以工件上的某一点为编程原点开始发数，一般以工件的几何中心开始编程，这样便于我们编程也便于我们理解程序，以这一点建立的坐标系称为“工件坐标系”，用G54、G55、G56、G57、G58、G59表示。（在高级一点的系统中也可以扩展为G54.1Pn）瞎子要捡到钱首先要知道石头的位置，铣床要在G54X20Y-10的地方钻孔首先要知道G54原点的位置(包括G54Z0)。铣床确定G54原点的过程叫做“对刀”。现在“对刀”特指Z轴，这个后面将详细谈到。而XY平面对刀叫做“校圆”，就是工件上有几何圆形，以它的圆心为工件坐标原点，用百分表来校正。还有的地方XY平面对刀叫“分中”，是工件呈规则几何现状，如圆形、矩形等，就是把工件的中心分出来，具体要用到铣刀，电子对刀仪，分中棒。下面具体做讲解：百分表校圆：百分表校圆是对具有圆形工件操作。如图把百分表的磁力表座吸在主轴上，使其可以随主轴自由旋转（把主轴上的刀下掉，将表座吸在主轴端面上，端面上有2个卡刀柄的铁块，表座太大挡着了不太好放，但仍可以侧放着，我每次都是这么放的。觉得不好放的朋友也可以先装上一把长一点的刀柄，将表吸在刀柄表面）用手轮模式，摇动手轮将主轴中心大致对准圆心然后摇下Z轴使表显示刻度，并且保证表不会超量程。先用表打一下圆的两端即图中的1和2这两点，（点3先不要管它）用手轻轻转动主轴使表的指针从1到2或从2到1，如两边不相等则把手轮打到X 轴，以0.01的速率摇动使之相等，则X轴就已经校好了（表从1到2或从2到1会经过3，表会显示其他刻度，只要表不超量程就先不用管它。如超过量程那就摇动Y轴使它的读数变小）再校Y轴，将表的指针转到3的位置，手轮打到Y轴，以0.01的速率摇动，使3的刻度跟1和2一样就行了，这样Y也校好了，将表转动一周，你会发现表的读数基本不动，既不是无刻度也不是超量程。（有时表的指针根本就没碰到圆或是已经超过量程了，这样表的指针也不动的，这点要注意！）从整个过程看先让1=2，再让3=1=2，圆就校好了。这时主轴的旋转中心与圆的圆心重合。我们把这个主轴中心所在的位置定为工件坐标系中XY平面的原点，怎么定呢？在机床“坐标系设定”里面将这点的“机械坐标值”（一定是这点的机械坐标值！！还记得那个瞎子吗，这就是机床为了找到这个点而在“心里默数的步伐”，而机床的“心里”在回零之后只知道“机械坐标”）输入到G54的“值”里面（先只输入XY，Z以后再说。G54的“值”在哪里输入？这个因不同的系统界面有所不同，各位自己找。）给这点标记为“G54”也就是给这个坐标系起个名字，我们一说到“张三”心里马上可以与张三这个人对应起来。同样，我们在程序中一提到“G54”，机床就会它的记忆库中找G54是哪里，这样就找到了我们输入的那个机械坐标值，“心里”就默默的数啊数，“身未动心已远回到那个程序段G54X20Y-10,机床已经知道了G54原点在哪里，那么再从G54原点出发，再向X正方向默走20步，Y负方向默走10步就到了最终目的地！我们要一个人去某地办事，他不知道路了，可以根据线索慢慢找，还可以问路，还可以打电话回来求助。但是机器不行，人们在设计机床时，必须为它设计出一套方式来，让机床也能准确地找到要去的地方，于是“盲人数步”就被开发出来了。不管是那种机床，车床还是铣床，也不管是那种系统，法那克、西门子还是三菱，都是运用这种原理来实现精确加工的。前面将到了用百分表校圆来设定工件坐标系G54，现在来看其它的方式，首先来看看铣刀粗略对刀来确定G54.用以确定矩形及圆的工件坐标系。如图，将主轴装上一把铣刀,刀直径不限，略粗为好，比如4-16mm，手动将主轴转动起来，转速不限比如1000R/m，再打到手轮模式,将主轴移到矩形的最左，降下Z轴使刀可以切到工件。慢慢向工件左边靠拢使之稍稍切到工件，听声音，看切痕，看切屑都可以确认，记下X轴的机械坐标值比如X-200。抬起主轴Y轴不动，只移X轴到最右边，再降下主轴，慢慢向工件的右边靠拢，稍稍切到工件再记下这点的X轴机械坐标值比如X350.抬起主轴将X移到这两点的中间位置：机械坐标X75([（-200）+350]/2=75)同理将Y轴也这样做，这样就将主轴移到了矩形工件的几何中心，中心设定G54就行了。（主轴找几何中心的过程中可以看机械，也可以看绝对坐标，还可以看相对坐标，总之这些只是帮助主轴移到工件中心的，只起参考作用。在设定G54时才输入机械坐标值。为了更方便我们找中心，可以在左边将相对值清零，看右边是好多比如550，再将右边的相对值直接除以2，550/2=275，将主轴抬起后移到相对坐标值X275即可。你看它这时的机械坐标值还是“75”。“相对值”不影响“机械值”）·电子对刀仪和分中棒找中心的原理与此一样，只不过铣刀会留下切痕，切的时候一不小心可能切下几十丝，伤工件，又不太准确，一般用于不太精准的对刀。电子对刀仪和分中棒就不一样，不伤工件，也很精准。电子对刀仪有各种各样的，简单的一种就是末端为球形的一根金属棒子，里面装有纽扣电池和发光二极管，夹在刀柄装在主轴上，主轴不旋转，也是用球型末端左靠右靠，末端一接触工件，棒内的电路通过刀柄、主轴、机床导轨、工作台再到工件（一般工件是金属的）形成回路，二极管就会发光，就可以记下数值了。其他一样。分中棒有上下2段，用弹簧连接，在中速旋转下（我们一般用700-900）可以保持上下同轴，在用下段靠工件的时候，稍一碰触工件，上下就会不同轴，我们就可以记下数值了。其他一样其他的还有，我没用过，就不说了。大家可以自己多查查资料。XY平面对刀对好了，还剩Z轴对刀，下面我给大家讲讲我在实际工作中学到的一些经验。我们这里有一种Z轴对刀方法，就是将机械坐标Z零点设为工件坐标系Z零点，也就是在XY对刀后，将Z轴进行机械坐标回零操作，回零后设定G54Z0。这样Z轴的机械坐标值和工件坐标值就是一样的了。我们装上不同长度的刀（这里为方便讲解，刀的长度为“主轴端面”到“刀尖”的纵向长度。如图）当刀尖接触对刀平面时，比如工件表面，此时Z轴的机械值是多少就在这把刀对应的刀号里的“长度”栏补上多少，同时“磨耗”要清零。（或补“磨耗”清“长度”，效果一样但不太好理解）如图假设刀长是L100，Z回零状态下刀尖到工件表面高度H400，用手轮我们把刀尖摇到工件上方，用试切，塞尺，对刀棒或是对刀器等等方法使其接触到工件表面后，看此时Z机械坐标值是多少1号刀长度L1001号刀长度L100Z轴回零状态下刀尖到工件的高度H4002号刀长度L150Z回零下刀尖到工件高度H350主轴端面到工件表面500在例子中刀尖要接触工件，Z必须从机械值Z0降到Z-400，那么我们在这把刀的刀号#001的长度栏输入“-400”即可这里有点要注意的是，对应“程序里”的工件坐标系的“0平面”也就是“G54Z0”在哪里对刀面就在哪里，我们就在哪里对刀。虽然我们把G54Z0设为机械Z0，但在“机床”看来，G54Z0仍然在工件表面这里的长度输入一定要是机械坐标值，不能看绝对坐标值和工件坐标值，虽然在这种对刀方式下，3个坐标的Z值是一样的，但是“盲人数步”，机床是数了-400步，才将1号刀接触到工件表面、数了-350步才将2号刀接触到了工件表面。我们要根据这个原理来理解机床的运作方式。假如我们把1号刀和2号刀顺序装反了，长度为150的刀，SB机床仍然数400步！完了，以G0的速度刀尖一下子伸到了工件表面以下50的地方，都撞刀了它还以为走到位了！所以大家在工作的时候认真的回过头来检查一下自己是否输入错误，也不要把刀装错，这样会避免很多低级错误的发生。（工作中这种低级错误很多，我的经验是输好了之后再用手指指着一个字一个字的检查一遍。）平时用的最多的就是将对刀面设为G54Z0的，假如程序是从工件表面发数的，我们就在工件表面对刀，然后将其设为工件坐标系G54的Z0点。还以上图为例，用手轮将Z轴摇到工件上方，同样用试切，塞尺，对刀棒或是对刀器等等方法使1号刀的刀尖刚好到达工件表面。这时打开坐标系设定界面，在G54的Z值栏里输入此时的机械坐标值-400（机床要向下走400步才使长度为100的1号刀的刀尖接触到工件表面。同时1号刀的刀补清零）抬起刀后在MDI模式下输入“G54”，自动模式下运行一遍（或单段模式下，不同的机床具体方法不同，大家都试一下。总之是让机床引用一遍，让它刷新G54）刷新之后你会发现绝对坐标和当前工件坐标G54的Z值与机械坐标总是相差400。比如G54Z10时，机械坐标Z值为-390，G54Z100时，机械值为Z-300，大家自己去体会。这样1号刀就对好了，一般我们把这把刀叫做“基准刀”。再看2号刀。2号刀到工件表面后，这时我们不能再像1号刀一样输入Z值了，因为此时工件坐标系已经完全建立了，不能在变。我们只好输刀补，在多把刀的机械加工中，这实际上可看成是一种调节手段，把其它长度的刀通过刀具补偿的形式调的跟基准刀一样的高度，使其在执行包含同样的Z值命令时，所有的刀尖都能准确到达这一高度。回到2号刀的对刀，我们打开设定里的长度设定，在#002的长度栏里输入“绝对坐标”的Z值，这里不能再输机械坐标了，此时的绝对坐标系就是当前工件坐标系G54，此时绝对坐标Z值应该是50（大家想想为什么是50？）机床没长眼睛，它不知道刀1和刀2到底有什么区别，为了使刀1加工到工件表面，我们设定了G54Z0点，也就是当执行G0G54Z0时。刀1的刀尖刚好到达工件表面。现在我们换成刀2，长度为150，假如同样执行G0G54Z0时刀尖就会伸到工件表面以下50的地方造成撞刀，为了不撞刀，刀2需要向上抬50，才能使刀尖刚好接触工件表面，这时绝对坐标，也就是G54的Z值显示为Z50。我们在2号刀的长度里面补入+50,意思是告诉没长眼睛的机床：2号刀比基准刀1号刀长50，用刀2加工时，你的主轴得夹着刀往上抬50才能加工！同样假如3号刀长度是80，我们应该补-20，用刀3加工时，主轴得夹着刀往下再伸20才能加工。每把刀的长度我们不可能事先量出来，但是一旦设定了基准刀之后，其它的刀与其的差值比如+50、-20就是那个绝对坐标值，我们只需看绝对坐标Z值就行了。我们也可以把基准刀看成有刀补的，只不过刀补为0而已。大家仔细想想机床的对刀过程，它的实质就是在加工过程中让不同长度的刀的刀尖都能被机床掌握其到了具体的哪个位置，这样才能按照程序把工件加工好。于是我们选一个G54Z0平面，把每把刀的刀尖都降到那个平面来比长短，根据Z0的高度设一个基准刀（也就是刀尖到达这个Z0平面时刀补为零），比基准刀长的往上抬，短的往下降。这个G54Z0平面可以随便设定在哪里，比如我们可以把G54Z0设置在机械坐标Z0的地方，也可以设置在工件表面，还可以设定在工作台上，甚至可以设定任意一个值，比如说我们将机械坐标Z-220的地方设定为G54Z0平面，如图主轴端面到工件表面500主轴端面到工件表面500机械值Z-220刀长100220按以前的做法基准刀的刀尖接触工件，此时G54Z轴设置成0点也就是G54Z输入栏里设置此时的机械坐标值-220，意思是当主轴降到-220时，基准刀刚好接触工件表面。但是此时基准刀并没有接触到工件表面，这时我们可以虚拟出一把基准刀“0号刀”其长度为280。当主轴下降到机械Z值-220时，长度为280的虚拟基准刀的刀尖就