数控刀范例(3篇)
数控刀范文篇1
关键词:数控车床回转刀架正转反转PLC
数控机床是一种机电一体化产品,其综合了自动控制、电子计算机、自动检测及精密机械等方面的技术。该系统通过处理相应的指令程序,可以自东完成信息的输入、译码和运算,从而完成控制机床运动和加工的过程。数控机床与普通车床相比,具有加工精度高,质量稳定、适应性、效率高、操作劳动强度低等优点。
经济型数控车床是我国当前数控车床的主流产品,主要是因为其价格低廉,设备费用投入较少。我国已有十余家企业生产规模达到年产千台以上。
经济型数控车床比较适合目前国内市场的需要,所谓的经济型数控机床就是在普通的机床上面加装数控系统的自动化机床。经济型数控机床主要依靠控制系统精度和机床本身的机械传动精度这两方面来保证和提高被加工零件的精度。由于数控车床的进给传动系统必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制,所以,数控车床与普通卧室车床相比,应具有更好的精度,以确保机械传动系统的传动精度和工作稳定性。
经济型数控车床为了能在工件的一次装夹中完成多工序加工,减少多次安装所引起的加工误差,缩短辅助时间,必须带有自动回转刀架。自动回转刀架一般四工位六工位和八工位这几种形式。根据机械定位方式的不同,自动回转刀架可分为三齿盘定位型和端齿盘定位型等。根据安装方式的不同,自动回转刀架可分为卧式和立式两种。其中端齿盘定位型虽然结构较简单,但是换刀时刀架需抬起,换刀速度较慢且密封性较差。三齿盘定位型又叫免抬型相对而言结构较复杂,但其换刀时刀架不抬起,因此换刀时速度快且密封性好。
自动回转刀架为了更好的承受加工时的切削抗力,在结构上必须要求有良好的刚性和强度。自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构以保证转位具有高的重复定位精度。自动回转刀架的自动换刀由控制系统和驱动电路来实现的。
1、自动回转刀架工作过程
电动刀架由机械换刀机构、电动机、发讯盘等组成。系统发出换刀信号时,刀架电机正转,通过升降机构和减速机构将刀体上升至一定位置,离合盘带动上刀体旋转到所选择刀位,这时发讯盘发出到位到位的信号,此时刀架电机反转,完成初定为以后上刀体下降,齿牙盘啮合,完成精确定位,并通过升降机构锁紧刀架。
2、控制系统设计
此次控制设计的是采用PLC来实现的刀架换刀过程。PLC对控制刀架的I/O进行逻辑处理和运算,以实现刀架的顺序控制。系统还要设计一些相应的参数对换刀过程进行调整来保证换刀能正确进行。此次设计采用的是西门子S7-200编程软件进行程序设计。
2.1控制电路硬件
刀架电气控制部分的主电路主要是通过控制刀架电机的正转和反转来控制刀架的正转和反转。刀架控制的PLC输入输出控制回路中每把道具都有一个固定的刀号,通过PNP型霍尔开关并接一电阻进行到位检测。
2.2PLC控制流程
数控刀架换刀有手动换刀和通过T指令进行自动换刀两种模式。手动换刀是指将机床调到手动状态,通过刀位选择按键进行目的刀位选择,有的系统是利用记数的形式来实现,例如通过检测刀位选择信号的状态,如果按下刀位选择按键,计数器的数值发生改变,系统选择也会发生相应的改变;有的系统是利用波段开关的形式进行实现,比如说也可以采用单键换刀,一个短促的按键可以换下一个刀位。T指令换刀是直接通过编程刀号作为目的刀位进行换刀。刀架电机顺时针旋转时为选刀过程,逆时针旋转时为锁紧过程,选刀监控时间和锁紧监控时间由PLC定时器决定。
2.3PLC控制程序
PLC程序部分包括换刀刀号或编程刀号的读入、刀位判断比较、正转寻刀监控及反转锁紧延时监控等。由于篇幅的限制,在此只介绍自动换刀过程。
自动换刀的PLC控制系统,采用字节传送指令将当前刀位开关信号转换成当前刀号存放到继电器中,在T选通信号的作用下将当前刀号和指令刀号进行比较,如果不相等则置位,刀架电机开始正向旋转;刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测,刀架中的每把刀具各有一个霍尔位置检测开关,各个刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号。当产生的刀位信号和指令刀号相一致的时候,PLC认为所选刀具已经到位。刀具到位以后,刀架仍继续正向旋转一段时间,这一时间由时间继电器来设定,不能太长,过长会造成手动或自动换刀时目的刀位不正确,过短会造成有些刀架换不到位,特别是手动换刀时会因为找不到下一个刀位而在原位转换,这个时间的设定在调试时要根据情况具体调定。自动换刀时延时一定时间以后,电机停止正向旋转,刀架开始反转,其实就是刀架锁紧的过程,这个过程会延续一段时间,直到刀架锁紧到位停止,但反转时间也不宜过长或过短。过长有可能烧坏电机或造成电机过热空开跳闸,时间过短有可能造成刀架不能够锁紧。刀架锁紧以后,整个换刀过程结束。
当然,在设计中还要考虑一些保护和安全因素,如刀架电动机长时间旋转,而检测不到刀位信号,则认为刀架出现故障,立即停止刀架电动机,以防止将其损坏并报警提示;刀架电动机过热报警时,停止换刀过程,并禁止自动加工等。
3、结论
回转刀架在数控车床中占有重要地位。回转刀架如果转位不到位或又很大误差,会使加工的工件报废。因此在设计时除了结构的合理之外,还综合考虑了精度等。刀架的回转精度用步进电机控制,因此选用的步进电机的步距角是受刀架精度影响的。
数控刀范文
关键词：对刀；坐标系；找正器
目前我国已经成为机械制造大国，设备的拥有量名列前茅，数控机床在设备总量中占有的比例越来越大。对于一名数控操作工来说，对刀是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工件的加工精度，同时对刀的效率直接影响数控加工效率。下面以FANUC0i数控系统为例论述数控铣床的对刀原理及方法。
一、对刀的概念
一般情况下，数控编程员根据图纸，选定一个便于编程和对刀的坐标系及其原点，这个原点称为程序原点。程序原点一般与工件的工艺基准或设计基准重合，因此又把程序原点称为工件原点。
数控铣床通电后，要进行回零操作，目的是建立数控机床的位置测量、控制、显示的统一基准，这个基准点就是机床原点，它的位置由机床位置传感器决定。图1中M点为机床原点，W点为工件原点。
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图1
所谓对刀，其实就是在机床上测量机床原点与工件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中的坐标。
二、对刀方法
数控铣床对刀可分为两大类：一是用加工刀具直接试切对刀，这种对刀方法在数控铣床上应用的较少，只适用于来料为没有加工过的毛坯件；二是使用找正器等对刀工具来对刀，这种方法刀具不与工件直接接触，所以适用于来料经过粗加工或精加工的毛坯件和对已加工过的工件进行修复。下面论述使用找正器在数控铣床上对刀的几种方法。
（一）常用找正器的种类
X、Y轴常用的找正器有标准验棒、偏心式找正器、光电式找正器、百分表及表架等，辅助工具有塞尺等。Z轴对刀使用工具有刀具长度测量仪、Z轴对刀仪、量块、塞尺等。
无论使用何种找正工具，它的找正原理是相同的，都是利用找正器来确定主轴的中心及刀尖与找正边的关系。
（二）使用偏心式找正器进行X、Y轴对刀的方法
1.分中法（如图2）。这种方法适用于程序原点在对称中心的工件。
（1）在刀柄上安装找正器，并将刀柄装入主轴，在MDI下运转主轴，转速为500r/min；
（2）快速移动各轴，逐渐靠近工件，将找正器的测量部分靠近工件X的正向表面，主轴沿X的负方向逐渐移动，使用手轮微量移动靠近工件，观察找正器状态：
①未接触工件时，找正器下半部分偏摆不定。
②接触工件后，随着距离的逐渐缩小，找正器的下半部分受到工件边缘的约束，偏摆幅度逐渐缩小，最后逐渐没有偏摆。
③逐渐缩小移动倍率，找正器上半部分继续移动，超过相切的临界状态后，找正器的上下部分突然错开一段距离，如果当前档位足够小（×1），则记录下当前机床坐标系X轴的数值。如果还在较大档位（×10或×100）则退回未错位前的位置，缩小档位继续靠近工件，直至确定发生偏移的精确值，即为X1。
（3）将主轴提起，Y轴不动，X轴移到工件的负向表面；
（4）用同样的方法得到工件X的负向表面机床坐标系X2的值；
（5）计算（X1+X2）/2，将值输入OFSET中G54的X位置；
（6）用X轴的找正方法找正Y轴，得到Y1和Y2，
并将（Y1+Y2）/2的值输入OFSET中G54的Y位置；
工件的X、Y轴找正完成。如图：
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图2分中原理图3工件坐标系界面
2.单边推算法（单边靠，如图4）。这种方法适用于程序原点位于工件边缘某一角的情况。
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图4单边推算法原理图5相对坐标系清零界面
X、Y轴的找正过程：
（1）找正器的使用与分中法时相同。将找正器与工件X正方向的基准边对正，此时主轴的中心与基准边相差找正器工作部分的半径；
（2）按面板上的POS键，选择相对坐标系，将X轴清零；
（3）升起主轴，参照相对坐标系将主轴向X正方向移动找正器工作半径R；
（4）按OFSET键，选择坐标系界面，光标指在G54X处，输入X0按测量键，此时X轴对刀完成。
用同样的方法可完成Y轴的对刀。
3.圆柱形工件X、Y轴的对刀方法。
表面为圆柱形的工件程序原点一般在圆柱截面的中心，对刀时可以用分中法，也可以用百分表对刀。具体方法如下：
（1）将圆柱形工件夹正，圆柱侧面与工作台垂直；
（2）将带有磁力表座的表架吸于主轴的轴头上，安装百分表，表的触杆指向要穿过工件的中心；
（3）用手转动表架，不断调整百分表与工件圆柱面的距离（可调表架和X、Y轴）；
（4）当触杆与工件表面完全接触后，只有表针摆动时，根据表针的偏转方向判断高低点，通过移动X、Y轴来调整。直至表架转动时表针不动或摆动极小时找正完成；
（5）此时主轴的中心与工件的中心同轴，选择坐标系界面，光标指在G54X处，输入X0按测量键，光标指在G54Y处，输入Y0按测量键。X、Y轴的对刀完成。
（三）数控铣床Z轴的对刀方法
Z轴对刀是要确定当前加工刀具的刀尖在机床坐标系中的位置，不能使用其他工具来代替刀具来对刀。常用的对刀有两种，一是直接试切工件的上表面，二是借助于中间测量工具来对刀，如量块、塞尺等。下面论述用塞尺来对Z轴的方法。
1.当工件的上表面为Z向的对刀面。
（1）主轴停转，将刀具移动至工件正上方，用塞尺放于刀具和工件之间，刀具慢慢下移的同时塞尺要来回移动，调节刀具、塞尺、工件三者距离至塞尺移动时松紧合适
（2）取出塞尺，读出当前机床坐标系中Z值，并将Z值减去塞尺的厚度，将结果输入OFSET中G54的Z值中。Z轴对刀完成。如图所示。
2.当工件的底平面为Z向的对刀面。
（1）主轴停转，将刀具慢慢移动到工件底平面所在的基准上方（如工作台），用塞尺放于刀具和工作台之间，刀具慢慢下移的同时塞尺要来回移动，调节刀具、塞尺、工作台三者距离至塞尺移动时松紧合适。
（2）取出塞尺，将相对坐标系中Z轴清零，主轴升到要到达的高度值（升高的值减塞尺的厚度）。
（3）选择坐标系界面，光标指在G54Z处，输入Z0按测量键，此时Z轴对刀完成。如图所示。
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图6Z轴基准平面在上表面图7Z轴基准平面在底平面
三、对刀的注意事项
1.对刀后在G54的设定中，值均为负数。
2.对刀时注意逐渐缩小微量移动档位，最终确定在最小档（×1）。
3.注意安全移动机床主轴，避免危险动作。
4.分中对刀时X1、X2、Y1、Y2值应从机床坐标系中读取。
5.Z轴对刀时使用加工的刀具对刀，不可使用找正器（或标准棒）对刀。
6.调节Z向位置时，Z轴的移动速度要慢，防止挤坏刀具、塞尺及工件。
数控刀范文
【关键词】数控加工；刀尖半径补偿；编程
中图分类号：TH69文献标识码A文章编号1006-0278（2013）06-168-02
一、引言
编制数控车床加工程序时，理论上是将车刀刀尖看成一个点，如图1a所示的P点就是理论刀尖。但为了提高刀具的使用寿命和降低加工工件的表面粗糙度，通常将刀尖磨成半径不大的圆弧（一般圆弧半径R是0.4―1.6之间），如图1b所示X向和Z向的交点P称为假想刀尖，该点是编程时确定加工轨迹的点，数控系统控制该点的运动轨迹。然而实际切削时起作用的切削刃是圆弧的切点A、B，它们是实际切削加工时形成工件表面的点。很显然假想刀尖点P与实际切削点A、B是不同点，所以如果在数控加工或数控编程时不对刀尖圆角半径进行补偿，仅按照工件轮廓进行编制的程序来加工，势必会产生加工误差。
二、假想刀尖的轨迹分析与偏置值计算
用圆头车刀进行车削加工时，实际切削点A和B分别决定了X向和Z向的加工尺寸。如图2所示，车削圆柱面或端面（它们的母线与坐标轴Z或X平行）时，P点的轨迹与工件轮廓线重合；车削锥面或圆弧面（它们的母线与坐标轴Z或X不平行）时，P点的轨迹与工件轮廓线不重合，因此下面就车削锥面和圆弧面进行讨论：（见图2）
（一）加工圆锥面的误差分析与偏置值计算
如图3（a）所示，假想刀尖P点沿工件轮廓CD移动，如果按照轮廓线CD编程，用圆角车刀进行实际切削，必然产生CDD1C1的残留误差。因此，实际加工时，圆头车刀的实际切削点要移至轮廓线CD，沿CD移动，如图3（b）所示，这样才能消除残留高度。这时假想刀尖的轨迹C2D2与轮廓线CD在X向相差Z。设刀具的半径为r，可以求出：（见图3）
（二）加工圆弧面的误差分析与偏置值计算
圆头车刀加工圆弧面和加工圆锥面基本相似。如图4是加工1/4凸凹圆弧，CD为工件轮廓线，O点为圆心，半径为R，刀具与圆弧轮廓起点、终点的切削点分别为C和D，对应假想刀尖为C1和D1。对图4（a）所示凸圆弧加工情况，圆弧C1D1为假想刀尖轨迹，O1点为圆心，半径为（R+r）；对图4（b）所示凹圆弧加工情况，圆弧C2D2为假想刀尖轨迹，其圆心是O2点，半径为（R-r）。如果按假想刀尖轨迹编程，则要以图中所示的圆弧C1D1或C2D2（虚线）有关参数进行程序编制。
三、刀尖圆角半径补偿方法
现代数控系统一般都有刀具圆角半径补偿器，具有刀尖圆弧半径补偿功能（即G41左补偿和G42右补偿功能），对于这类数控车床，编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程，编程时可假设刀具圆角半径为零，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输入刀具圆弧半径值，加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算假想刀尖轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀号补偿号的刀具圆弧半径值即可。需要注意的是：有些具有G41、G42功能的数控系统，除了输入刀头圆角半径外，还应输入假想刀尖相对于圆头刀中心的位置，这是由于内、外圆车刀或左、右偏刀的刀尖位置不同。
当数控车床的数控系统具有刀具长度补偿器时，直接根据零件轮廓形状进行编程，加工前在机床的刀具长度补偿器输入上述的Z的值，在加工时调用相应刀具的补偿号即可。对于有些不具备补偿功能经济型数控系统的车床可直接按照假想刀尖的轨迹进行编程，即在编程时给出假想刀尖的轨迹，如图3（b）和图4所示的虚线轨迹进行编程。如果采用手工编程计算相当复杂，通常可利用计算机绘图软件（如AutoCAD、CAXA电子图版等）先画出工件轮廓，再根据刀尖圆角半径大小绘制相应假想刀尖轨迹，通过软件查出有关点的坐标来进行编程；对于较复杂的工件也可以利用计算机辅助编程（CAM），如用CAXA数控车软件进行编程时，根据给出的刀尖半径和零件轮廓数控系统会自动计算出假想刀尖轨迹，通过软件后置处理生成假想刀尖轨迹的加工程序。刀尖半径补偿有两种方式：编程时考虑半径补偿和由机床进行半径补偿。对于有些不具备补偿功能数控系统应该采用编程时考虑半径补偿，对于这类数控系统当刀具磨损、重磨、或更换新刀具而使刀尖半径变化时，需要重新计算假想刀尖轨迹，并修改加工程序，既复杂烦琐，又不易保证加工精度。