FANUC 0iT系統(tǒng)數(shù)控車床的3種多刀實(shí)用對(duì)刀方法

陳青艷

(武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北武漢430205)

數(shù)字化控制技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)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(dòng)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(qiáng)、能適應(yīng)產(chǎn)品的品種和規(guī)格頻繁變化的特點(diǎn)，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(dòng)化要求，從而成為應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床。

目前，文獻(xiàn) ［1－3］中以介紹單刀對(duì)刀為主，很難滿足實(shí)際切削加工需求。即使介紹多把刀具的試切對(duì)刀方法［4－7］，也沒有把多把刀具的試切對(duì)刀方法的區(qū)別、注意事項(xiàng)與聯(lián)系說透徹，而且不同的刀具其對(duì)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(jì)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(shí)例詳細(xì)介紹FANUC 0iT系統(tǒng)數(shù)控車床的多刀實(shí)際對(duì)刀方法，對(duì)數(shù)控車床的推廣和使用很有必要。

對(duì)刀一般有試切對(duì)刀、機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀3種方法。

機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀對(duì)刀速度快、精度高，減少數(shù)控加工的對(duì)刀輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，但是機(jī)外對(duì)刀儀和自動(dòng)對(duì)刀儀的成本高，對(duì)大量的中小企業(yè)是不經(jīng)濟(jì)的;對(duì)教學(xué)來說，不利于學(xué)生掌握對(duì)刀的原理與對(duì)刀過程，所以掌握試切對(duì)刀勢(shì)在必行，而且掌握對(duì)刀的原理與對(duì)刀過程后再使用機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀儀去對(duì)刀就顯得非常簡(jiǎn)單。

1 對(duì)刀原理［8］

為簡(jiǎn)化數(shù)控程序編制及使編制的程序?qū)ν愋蜋C(jī)床有互換性，數(shù)控機(jī)床必須統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)。機(jī)床坐標(biāo)系是用來確定其刀具運(yùn)動(dòng)路徑的依據(jù);機(jī)床坐標(biāo)系在機(jī)床一經(jīng)設(shè)計(jì)和制造調(diào)整后，便被固定下來。而機(jī)床參考點(diǎn)作為機(jī)床坐標(biāo)系的固定不變的位置點(diǎn)，用于對(duì)機(jī)床工作臺(tái)、滑板與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定和控制，即根據(jù)機(jī)床參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值間接確定機(jī)床原點(diǎn)的位置。

實(shí)際上，在數(shù)控加工時(shí)刀具和工件都安裝在機(jī)床上，刀具和工件在動(dòng)力機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下按照一定的規(guī)律作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即在機(jī)床坐標(biāo)系中刀具與工件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床一般有3種相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式:(1)工件靜止，在各坐標(biāo)方向都是刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng);(2)刀具靜止，工件相對(duì)刀具運(yùn)動(dòng);(3)刀具和工件都作部分運(yùn)動(dòng)。

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

零件加工程序及其刀具運(yùn)動(dòng)軌跡必須通過某種操作來建立工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的相互位置坐標(biāo)關(guān)系，才能夠?qū)崿F(xiàn)刀具與工件在機(jī)床坐標(biāo)系中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)控加工切削。對(duì)刀就是實(shí)現(xiàn)確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系相互位置關(guān)系的操作。

機(jī)床坐標(biāo)系中的刀具通過找正與工件坐標(biāo)系中的對(duì)刀點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)刀操作，數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)刀點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值換算成對(duì)刀點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。所以對(duì)數(shù)控加工者，編制數(shù)控零件加工程序時(shí)需要選擇合理的刀具對(duì)刀點(diǎn)。對(duì)刀點(diǎn)的選擇一般原則有:便于確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)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(shí)，根據(jù)數(shù)控車床加工零件的特點(diǎn)和便于編程、測(cè)量、檢驗(yàn)的需要，工件原點(diǎn)一般設(shè)在主軸中心線與工件右端面 (或左端面)的交點(diǎn)處。

2 試切對(duì)刀的3種方法

2.1 使用刀具補(bǔ)償T指令對(duì)刀

2.1.1 對(duì)刀步驟

(1)在刀架的1號(hào)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(yuǎn)離工件 (注意Z方向數(shù)值不變)，測(cè)量工件長(zhǎng)度L1，如圖1所示，按“offset setting”鍵→按“補(bǔ)正”軟鍵→按“形狀”軟鍵，在“刀具補(bǔ)正/幾何”界面的命令行中輸入“ZL1”后按“測(cè)量”軟鍵，即將Z軸對(duì)刀后的數(shù)值自動(dòng)輸入到刀具幾何形狀Z中，如圖2所示，G001番號(hào)中Z=－397.545。

圖1 FANUC 0iT系統(tǒng)測(cè)量界面

圖2 FANUC 0iT系統(tǒng)“刀具補(bǔ)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(yuǎn)離工件 (注意X方向數(shù)值不變)，用上述同樣的方法測(cè)量外圓直徑D1，在“刀具補(bǔ)正/幾何”界面的命令行中輸入“XD1”后按“測(cè)量”鍵，即將X軸對(duì)刀后的數(shù)值自動(dòng)輸入到刀具幾何形狀X中，如圖2所示，G001番號(hào)中X=－260.000。

(3)回機(jī)床參考點(diǎn)，第一把刀試切對(duì)刀完畢。

(4)在刀架的2號(hào)刀位裝上第二把刀，分別試切外圓、端面后測(cè)量外圓直徑D2、工件長(zhǎng)度L2，用同樣的方法將X軸、Z軸對(duì)刀坐標(biāo)值輸入到“刀具補(bǔ)正/幾何”界面中，第二把刀對(duì)刀完畢。

(5)同理進(jìn)行其他刀具的對(duì)刀。

2.1.2 對(duì)刀注意事項(xiàng)

(1)在對(duì)刀之前，每一把刀一定要進(jìn)行回參考點(diǎn)REF操作。

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

(3)機(jī)床顯示的機(jī)床坐標(biāo)為負(fù)值，測(cè)量的直徑、長(zhǎng)度均為正值;工件原點(diǎn)設(shè)置在主軸中心線與工件左端面的交點(diǎn)處;如果要將工件原點(diǎn)設(shè)置在主軸中心線與工件右端面的交點(diǎn)處，只需在命令行中將輸入值“ZL1”作適當(dāng)修改即可。

(4)必須將“刀具補(bǔ)正/磨耗”界面對(duì)應(yīng)的地址X、Z處清零;“刀具補(bǔ)正/磨耗”界面中G001～G006番號(hào)的X=0.00、Z=0.00清零，如圖3所示。

圖3 FANUC 0iT系統(tǒng)“刀具補(bǔ)正/磨耗”界面

(5)程序中不能含有G50XαZβ的對(duì)刀指令，此處的α、β表示對(duì)刀點(diǎn)到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)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(biāo)系設(shè)定”界面命令行中輸入X0、Z0使對(duì)應(yīng)的地址X、Z處清零?！肮ぜ鴺?biāo)系設(shè)定”界面中番號(hào)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(biāo)系設(shè)定”界面

(7)在程序開頭的適當(dāng)處必須寫入刀具T指令。

(8)內(nèi)孔鏜刀、內(nèi)螺紋刀的對(duì)刀方法與外圓車刀、外螺紋刀的對(duì)刀方法相同，但是試切對(duì)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(dòng)到與工件剛發(fā)生“沙沙”聲時(shí)立即停止主軸，在“刀具補(bǔ)正/幾何”界面的命令行中輸入X0、ZL到對(duì)應(yīng)的X、Z處即可完成對(duì)刀。

2.2 使用G54～G59指令對(duì)刀

2.2.1 對(duì)刀步驟

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

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

(3)回機(jī)床參考點(diǎn)REF，第一把刀試切對(duì)刀完畢。

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

(5)同理進(jìn)行其他刀具的對(duì)刀。

2.2.2 對(duì)刀注意事項(xiàng)

(1)必須將“刀具補(bǔ)正/幾何”界面對(duì)應(yīng)的地址X、Z處清零?！暗毒哐a(bǔ)正/幾何”界面中G001～G006番號(hào)的X=0.000、Z=0.000，如圖5所示。

圖5 FANUC 0iT系統(tǒng)“刀具補(bǔ)正/幾何”界面

(2)程序開頭適當(dāng)處寫入G54～G58指令和刀具T指令，程序才能正常運(yùn)行。

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

(4)其他注意事項(xiàng)同使用刀具補(bǔ)償T指令對(duì)刀的注意事項(xiàng) (1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(7)、(8)。

2.3 使用G50指令對(duì)刀

2.3.1 對(duì)刀步驟

(1)在刀架的1號(hào)刀位裝上第1把車刀，將顯示方式置于絕對(duì)坐標(biāo)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(cè)量外圓直徑D1，在“程式 (MDI)”界面的命令行中，采用手動(dòng)輸入 (MDI)方式，輸入G50 XD1完成X軸方向的對(duì)刀;

(2)在“刀具補(bǔ)正/磨耗”界面和“刀具補(bǔ)正/幾何”界面對(duì)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?！暗毒哐a(bǔ)正/磨耗”界面中G001番號(hào)的X=0.00，如圖3所示;“刀具補(bǔ)正/幾何”界面中G001番號(hào)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(shí)測(cè)量工件長(zhǎng)度L(正值)，在“程式 (MDI)”界面的命令行中，采用手動(dòng)輸入 (MDI)方式輸入G50 ZL1完成Z軸方向的對(duì)刀;

(4)在“刀具補(bǔ)正/磨耗”界面和“刀具補(bǔ)正/幾何”界面對(duì)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(bǔ)正/磨耗”界面中番號(hào)G001的Z=0.000，如圖3所示;“刀具補(bǔ)正/幾何”界面中G001番號(hào)的Z=0.000，如圖5所示。

(5)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)后，為運(yùn)行方便，使用MDI方式，輸入“G00 X200 Z350”并運(yùn)行，刀具即移動(dòng)到距工件原點(diǎn) (200，350－L)處，第一把刀試切對(duì)刀完畢。

(6)在刀架的2號(hào)刀位裝上第二把刀試切端面后，測(cè)量工件長(zhǎng)度L2，在“刀具補(bǔ)正/幾何”界面的命令行中輸入“L2－L1”到番號(hào)G002對(duì)應(yīng)的地址Z中。

(7)第二把刀試切外圓后，測(cè)量外圓直徑D2，在“刀具補(bǔ)正/幾何”界面的命令行中輸入“D2－D1”到番號(hào)G002對(duì)應(yīng)的地址X中，第二把刀對(duì)刀完畢。

(8)同理進(jìn)行其他刀具的對(duì)刀。

2.3.2 對(duì)刀注意事項(xiàng)

(1)第一把刀對(duì)好之后，不能再回機(jī)床參考點(diǎn)，也就是說，后面的刀具是以第一把刀為基準(zhǔn)的。

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

(3)在程序開頭的適當(dāng)處寫入G50 X200 Z350－L，程序才能正常運(yùn)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(xiàng)同使用刀具補(bǔ)償T指令對(duì)刀的注意事項(xiàng) (2)、(3)、(7)、(8)。

3 加工實(shí)例

3.1 加工實(shí)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(diǎn)設(shè)置在軸心線與試切后右端面的交點(diǎn)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(shí)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(duì)刀方法進(jìn)行對(duì)刀。若要采用第3種試切對(duì)刀方法，只需將G54指令用G50 G00指令取代，同時(shí)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(duì)刀相關(guān)的手工程序如下:

4 結(jié)束語

詳細(xì)闡述了3種典型的多刀試切對(duì)刀方法的具體步驟、注意事項(xiàng)、3種對(duì)刀的區(qū)別與聯(lián)系。通過實(shí)例說明數(shù)控加工的對(duì)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(duì)刀的原理和步驟要領(lǐng)、注意事項(xiàng)及不同對(duì)刀方法的區(qū)別與聯(lián)系，才能在實(shí)際CNC加工中靈活運(yùn)用各種試切對(duì)刀方法。

【1】牛祿峰，高秀蘭，王寶.數(shù)控機(jī)床編程技術(shù)及對(duì)刀操作中的幾個(gè)問題［J］.機(jī)床與液壓，2006(9):48－51.

【2】許春田，宗旭.數(shù)控車床自動(dòng)換刀刀偏的設(shè)定與對(duì)刀技巧［J］.機(jī)床與液壓，2008，36(4):221－222

【3】陳光明，吳洪彬.數(shù)控車床的對(duì)刀原理及對(duì)刀方法［J］.機(jī)床與液壓，2002(3):179－181.

【4】唐明媚，趙保亞，谷紀(jì)廣.FANUC 0i系統(tǒng)數(shù)控車床的手動(dòng)對(duì)刀法［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008(3):178－179

【5】蔣建強(qiáng).FANUC 0i系統(tǒng)數(shù)控車床車削加工的幾種對(duì)刀方法［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005(3):132－133.

【6】李天生，徐慧，羅垚.FANUC 0i－mate數(shù)控車床多把刀具對(duì)刀方法和技巧［J］.機(jī)床與液壓，2010，38(2):102－104.

【7】陳志群.采用G50建立工件坐標(biāo)系的原理及應(yīng)用分析［J］.機(jī)床與液壓，2011，39(16):124 －126.

【8】周志平，陳勇.數(shù)控機(jī)床的對(duì)刀原理及在加工中的對(duì)刀技巧［J］.機(jī)械制造，2009，47(6):36 －39。

【9】劉雄偉.數(shù)控機(jī)床操作與編程培訓(xùn)教程［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

【10】孫竹.數(shù)控機(jī)床編程與操作［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

【11】趙紅梅.不同數(shù)控系統(tǒng)的車削編程［J］.機(jī)械工程師，2008(10):98－99.