1、數控機床對刀方法及誤差研究 摘 要:介紹了數控機床的各種誤差和對刀方法,詳細分析了數控機床的對刀誤差來源及相應可采取的改善措施。通過研究這些問題,對提高數控機床的加工精度提供了依據。 關鍵詞:數控機床;對刀點;刀位點;對刀 1 數控加工過程中產生的加工誤差 (1)編程誤差:主要是數控編程時數控系統產生的插補誤差,主要由于用直線段或圓弧段避近零件輪廓時產生的。這是影響零件加工精度的一個重要因素?？梢钥吭黾硬逖a節點數解決,但會增加編程工作量。 (2)刀尖圓弧誤差:在切削內孔、外因或端面時,刀尖圓弧不影響其尺寸、形狀,但在加工錐面或圓弧時受刀尖圓弧影響造成過切或少切。此誤差可通過測量刀尖圓弧半徑,采

2、用刀具半徑補償功能來消除誤差。 (3)測量誤差:主要是受量具測量精度以及測量者操作方法影響,導致的實測尺寸不準確。此誤差可彌補。 (4)對刀誤差:此誤差主要產生在對刀過程中,刀具在移動到起刀點位置時受操作系統的進給修調比例值影響。解決辦法是合理選擇進給修調比例,尤其是當刀具靠近起刀點位置時采用最小擋進給修調使刀具精確定位于起刀點位置。 (5)機床系統誤差:受機床本體影響產生的形位公差,此公差一般不可調整;伺服單元,驅動裝置產生的重復定位誤差,主要由系統受機床脈沖當量大小、均勻度及傳動路線影響;這些誤差量很小且穩定,只有在精密加工時應予以考慮。 2 對刀方法 數控加工的對刀,對其處理的好壞直接影

3、響到加工零件的精度,還會影響數控機床的操作。所謂對刀,就是在工件坐標系中使刀具的刀位點位于起刀點(對刀點)上,使其在數控程序的控制下,由此刀具所切削出的加工表面相對于定位基準有正確的尺寸關系,從而保證零件的加工精度要求。在數控加工中,對刀的基本方法有試切法、對刀儀對刀、ATC對刀和自動對刀等。 2.1 試切法 根據數控機床所用的位置檢測裝置不同,試切法分為相對式和絕對式兩種。在相對式試切法對刀中,可采用三種方法:一是用量具(如鋼板尺等)直接測量,對準對刀尺寸,這種對刀方法簡便但不精確;二是通過刀位點與定位塊的工作面對齊后,移開刀具至對刀尺寸,這種方法的對刀準確度取決于刀位點與定位塊工作面對齊的

4、精度;三是將工件加工面先光一刀,測出工件尺寸,間接算出對刀尺寸,這種方法最為精確。在絕對式試切法對刀中,需采用基準刀,然后以直接或間接的方法測出其他刀具的刀位點與基準刀之間的偏差,作為其他刀具的設定刀補值。以上試切法,采用“試切測量調整(補償)”的對刀模式,故占用機床時間較多,效率較低,但由于方法簡單,所需輔助設備少,因此廣泛被用經濟型低檔數控機床中。 2.2 對刀儀對刀 對刀儀對刀分為機內對刀儀對刀和機外對刀儀對刀兩種。機內對刀儀對刀是將刀具直接安裝在機床某一固定位置上(對車床,刀具直接安裝在刀架上或通過刀夾再安裝在刀架上),此方法比較多地用于車削類數控機床中。而機外對刀儀對刀必須通過刀夾再

5、安裝在刀架上(車床),連同刀夾一起,預先在機床外面校正好,然后把刀裝上機床就可以使用了,此方法目前主要用于鏜銑類數控機床中,如加工中心等。采用對刀儀對刀需添置對刀儀輔助設備,成本較高,裝卸刀具費力,但可節省機床的對刀時間,提高了對刀精度,一般用于精度要求較高的數控機床中。 2.3 ATC對刀 AIC對刀是在機床上利用對刀顯微鏡自動計算出刀具長度的方法。由于操縱對刀鏡以及對刀過程還是手動操作和目視,故仍有一定的對刀誤差。與對刀儀對刀相比,只是裝卸刀具要方便輕松些。自動對刀是利用CNC裝置的刀具檢測功能,自動精確地測出刀具各個坐標方向的長度,自動修正刀具補償值,并且不用停頓就直接加工工件。與前面的

6、對刀方法相比,這種方法減少了對刀誤差,提高了對刀精度和對刀效率,但需由刀檢傳感器和刀位點檢測系統組成的自動對刀系統,而且CNC系統必須具備刀具自動檢測的輔助功能,系統較復雜,投入資金大,一般用于高檔數控機床中。 2.4 自動對刀 自動對刀是利用CNC裝置的刀具檢測自動修正刀具補償值功能,自動精確地測出刀具各個坐標方向的長度,并且不用停頓就直接加工工件。自動對刀亦稱刀尖檢口功能,如下圖1: 在加工中心上一次安裝工件后,需用刀庫中的多把刀具加工工件的多個表面。為提高對刀精度和對刀效率,一般采用機外對刀儀對刀、ATC對刀和自動對刀等方法,其中機外對儀對刀一般廣泛用于中檔鏗銑類加工中心上。在采用對刀儀

7、對刀時,一般先選擇基準芯棒對準好工件表面,以確定工件坐標原點,然后選擇某一個方便對刀的面,采用動態(刀轉)對刀方式。 3 加工誤差的原因及采取的措施 概括起來,產生對刀誤差的原因有: (1)當用試切法對刀時,對刀誤差主要來源于試切工件之后的測量誤差和操作過程中目測產生的誤差。 (2)當使用對刀儀、對刀鏡對刀和自動對刀時,誤差主要未源于儀器的制造、安裝和測量誤差,另外使用儀器的技巧欠佳也會造成誤差。 (3)測量刀具時是在靜態下進行的,而加工過程是動態的,同時要受到切削力和振動外力的影響,使得加工出來的尺寸和預調尺寸不一致。此項誤差的大小決定于刀具的質量和動態剛度。 (4)在對刀過程中,大多時候要

8、執行“機床回參考點”的操作,在此過程中可能會發生零點漂移而導致回零誤差,從而產生對刀誤差。 (5)機床內部都有測量裝置,最小度量單位的大小也與誤差有關。一般說來,最小度量單位大的測裝置其誤差就大,最小度量單位小的測量裝置其誤差就小。 減小對刀誤差的主要措施有: (1)當用試切法對刀時,操作要細心。對刀后還要根據刀具所加工零件的實際尺寸和編程尺寸之間的誤差來修正刀具補償值,還要考慮機床重復定位精度對對刀精度的影響以及刀位點的安裝高度對對刀精度的影響。 (2)當使用儀器對刀時,要注意儀器的制造、安裝和測量精度。要掌握使用儀器的正確方法。 (3)選擇刀具時要注意刀具的質量和動態剛度。 (4)定期檢查

9、數控機床零點漂移情況,注意及時調整機床。 通過采用試切法與近似定值法法對零件進行加工,每種方法均加工五個零件。分別測量其軸向尺寸與其中一個徑向尺寸(10),求尺寸偏差絕對值的平均值,平均值大的那一組工件說明其對刀誤差較大。 如果零件的軸向尺寸精度要求高的話,不要用手動測量的試切對刀,因為測量時的人為誤差難以避免,可用系統自動測量的那種試切對刀方法,不過也要看系統測量精度是否與需要保證的尺寸精度。如果零件的徑向尺寸要求較高,盡量不要用近似定值法對刀,此對刀方法很難保證刀剪準確的對準工件旋轉中心。不過這種方法對刀零件的軸向尺寸不會有太大的誤差,因為對刀時的軸向尺寸是系統自動測量的,避免了人為誤差的介入。 參考文獻 1陳國平.數控機床加工的對刀技巧J.機床與液壓,20