西門子802Se數(shù)控車系統(tǒng)中工件坐標(biāo)系的建立與對(duì)刀

倪 娟

（運(yùn)城學(xué)院機(jī)電工程系,山西 運(yùn)城 044000）

數(shù)控加工是利用計(jì)算機(jī)將數(shù)控程序編譯為數(shù)字信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。為了精確地完成加工過程，操作者在運(yùn)行程序之前，就必須正確地建立起機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系，這就需要對(duì)刀。但是對(duì)于初學(xué)者，在學(xué)習(xí)的過程當(dāng)中往往只是記住操作的過程，并不理解其中的原理。從而導(dǎo)致對(duì)刀的效率較低，或是換了其它品牌的數(shù)控系統(tǒng)后無法很快掌握對(duì)刀方法。本文就以SINUMERIK802Se數(shù)控系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹在數(shù)控車削加工中，對(duì)刀與工件坐標(biāo)系建立的原理。

1 數(shù)控車床的坐標(biāo)系統(tǒng)

數(shù)控程序中的坐標(biāo)信息均以編程坐標(biāo)系為依據(jù)，而機(jī)床在加工的過程中是以機(jī)床原點(diǎn)為依據(jù)對(duì)移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制的。所以，首先應(yīng)掌握數(shù)控機(jī)床中的各坐標(biāo)系統(tǒng)及相互關(guān)系。

1.1 機(jī)床坐標(biāo)系

機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，設(shè)有固定的坐標(biāo)原點(diǎn)，稱為機(jī)床原點(diǎn)（有時(shí)也稱為機(jī)床零點(diǎn)）。它由機(jī)床生產(chǎn)廠家設(shè)定，一般不允許用戶隨意改動(dòng)。機(jī)床原點(diǎn)一般設(shè)在卡盤前端面或后端面的中心，有時(shí)也設(shè)在靠近正向行程極限的位置上，可通過“回參考點(diǎn)”的操作建立起機(jī)床坐標(biāo)系。

1.2 機(jī)床參考點(diǎn)

機(jī)床參考點(diǎn)是機(jī)床制造廠在機(jī)床上設(shè)置的，通過末端行程開關(guān)粗測(cè)定，又用測(cè)量系統(tǒng)精測(cè)定的一個(gè)固定點(diǎn)，通常位于工作臺(tái)運(yùn)行范圍的一個(gè)角上。

機(jī)床參考點(diǎn)對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知定值，故可以根據(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?；貐⒖键c(diǎn)操作后，顯示器即顯示出機(jī)床參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。

1.3 編程坐標(biāo)系

編程坐標(biāo)系是在零件圖紙上建立的，由編程人員依據(jù)編程的方便自行確定，是程序中坐標(biāo)值的基準(zhǔn)。所以，編程坐標(biāo)系僅用于程序的編制，與機(jī)床坐標(biāo)系無關(guān)[1]。

1.4 工件坐標(biāo)系

在SINUMERIK802Se中，工件坐標(biāo)系是通過執(zhí)行G54～G57程序段建立起來的。工件坐標(biāo)系的建立就是確定當(dāng)工件裝夾在機(jī)床上以后，編程坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，是將機(jī)床坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系建立關(guān)系的過程。

對(duì)刀操作的實(shí)質(zhì)就是找到編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值,再以該點(diǎn)為原點(diǎn)建立與編程坐標(biāo)系一致的工件坐標(biāo)系。建立工件坐標(biāo)系后，機(jī)床才能正確地按照編程坐標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)工件進(jìn)行加工。

2 SINUMERIK802Se車削系統(tǒng)中工件坐標(biāo)系的建立

SINUMERIK802Se系統(tǒng)中，通過零點(diǎn)偏移指令G54～G57來建立工件坐標(biāo)系，其實(shí)質(zhì)就是將編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值存儲(chǔ)在G54～G57所指定的原點(diǎn)偏置寄存器中，如圖1所示。

圖1 G54～G57建立工件坐標(biāo)系

圖2 回參考點(diǎn)

這一過程可通過對(duì)刀來完成，數(shù)控車床上常用的對(duì)刀方法有三種：①試切對(duì)刀法，此方法操作簡(jiǎn)單，但對(duì)刀時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)每一把刀具都要進(jìn)行對(duì)刀操作；②機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀，可自動(dòng)計(jì)算各把刀刀長(zhǎng)與刀寬的差值，并將其存入系統(tǒng)中，大大節(jié)約時(shí)間；③自動(dòng)對(duì)刀，自動(dòng)對(duì)刀是通過刀尖檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的[2]?？紤]機(jī)床成本,試切對(duì)刀法應(yīng)用較廣，本文以此為例。

首先通過機(jī)床控制面板上的“回零”操作，使刀架返回參考點(diǎn)R，此時(shí)顯示器如圖2所示。由此可知，該機(jī)床參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)重合。下面開始通過試切對(duì)刀建立工件坐標(biāo)系：

2.1 Z向?qū)Φ?/h3>

用外圓車刀沿“-X”車削工件端面,加工完后刀具Z坐標(biāo)不變沿“+X”退刀遠(yuǎn)離工件，如圖3a所示。按下“菜單”—“參數(shù)”—“零點(diǎn)偏移”，選擇G54～G57任一指令，將光標(biāo)移至Z軸（此處選擇G54），然后“測(cè)量”—“計(jì)算”—“確認(rèn)”，系統(tǒng)自動(dòng)記錄工件原點(diǎn)相對(duì)機(jī)床原點(diǎn)Z方向坐標(biāo)值，如圖3b所示。

圖3 Z向?qū)Φ对?/p>

2.2 X向?qū)Φ?/h3>

如圖4a所示，沿“-Z”車外圓，保持刀具X坐標(biāo)不變“+Z”向退刀遠(yuǎn)離工件,主軸停轉(zhuǎn)。使用游標(biāo)卡尺測(cè)量剛才切削的外圓直徑,測(cè)量值是Φ75.756 mm。“菜單”——“參數(shù)”——“零點(diǎn)偏移”，將光標(biāo)移至G54的X值處，“測(cè)量”—確認(rèn)刀號(hào)。注意，此時(shí)刀具所在的位置與工件原點(diǎn)在X方向上還差一個(gè)半徑值。所以需將將光標(biāo)移至“零偏”處，輸入直徑值“75.756”—“確認(rèn)”，則系統(tǒng)自動(dòng)沿著-X方向偏移一個(gè)半徑值，計(jì)算結(jié)果如圖4b所示。最終G54下所示坐標(biāo)值即為工件原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。

圖4 X向?qū)Φ对?/p>

2.3 校驗(yàn)

通過 MDI功能，輸入“G54 G01 X0 Z0 F0.2”，即可校驗(yàn)此方法的正確性。

上述方法適合于在加工過程中不換刀，只用一把刀具進(jìn)行。但是數(shù)控車床最少可裝4把刀，轉(zhuǎn)塔式的刀架一次可裝更多刀具，在加工過程中肯定要進(jìn)行多次換刀操作，此時(shí)還需要通過對(duì)刀建立刀具補(bǔ)償。

3 設(shè)置刀補(bǔ)

將外圓車刀、切斷刀、螺紋刀分別裝在刀架的1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)刀位上。

3.1 刀補(bǔ)建立的原因

在編程時(shí)，假設(shè)切削加工位上的每把刀的刀尖都是重合的。但是在實(shí)際裝刀時(shí)，其X、Z向的伸長(zhǎng)量和位置均不同，即刀尖不可能完全重合，如圖5所示。當(dāng)各刀轉(zhuǎn)至加工位置時(shí)，刀尖的位置就會(huì)產(chǎn)生偏差△X、△Z，那由前一把所建立的工件坐標(biāo)系不再適用于其它刀具[3]。所以，必須確定一基準(zhǔn)刀，并測(cè)出其它刀相對(duì)于基準(zhǔn)刀在X向和Z向上的刀偏值，亦即刀具補(bǔ)償值。

圖5 刀補(bǔ)建立位置

3.2 建立坐標(biāo)系

此時(shí)刀架上有多把刀具，一般選用外圓車刀作為基準(zhǔn)刀，即1號(hào)刀，建立的方法同前所述，但此時(shí)G54當(dāng)中的X值應(yīng)設(shè)置為“0”，按下“參數(shù)”—“刀具補(bǔ)償”——“長(zhǎng)度1”中—“對(duì)刀”，在軸X的“零偏”中輸入直徑75.756 mm，如圖6a所示，“計(jì)算”—“確認(rèn)”。得圖6b所示畫面，則之前G54中工件原點(diǎn)X向坐標(biāo)被存入基準(zhǔn)刀的刀補(bǔ)長(zhǎng)度L1中。

圖6 基準(zhǔn)刀建立工件坐標(biāo)系

3.3 設(shè)置刀具補(bǔ)償

調(diào)用2號(hào)刀,對(duì)2號(hào)刀進(jìn)行對(duì)刀。其對(duì)刀過程如1號(hào)刀所述。①確定：移動(dòng)2號(hào)刀使其輕觸端面，在“刀具補(bǔ)償”找到2號(hào)刀，光標(biāo)移動(dòng)到“長(zhǎng)度L2”—“對(duì)刀”—軸 Z 中輸入“G54”，如圖 7 所示，“計(jì)算”—“確認(rèn)”，則L2中即為2號(hào)刀相對(duì)于基準(zhǔn)刀在Z方向上的偏移值；②確定：移動(dòng)2號(hào)刀使其輕觸外圓，將光標(biāo)移動(dòng)至在刀具補(bǔ)償?shù)摹伴L(zhǎng)度L1”中，“對(duì)刀”—“零偏”中輸入直徑值75.756 mm，如圖8所示，“計(jì)算”—“確認(rèn)”。注意此時(shí)L1中記錄的并不是2號(hào)刀相對(duì)于1號(hào)刀在X向的偏移量，而是此時(shí)2號(hào)刀在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。而實(shí)際的，由此可見，SINUMERIK802Se中刀補(bǔ)的L1記錄的是刀具在X向上的坐標(biāo)值而不是偏移量，所以G54中的X值應(yīng)為0。

3號(hào)刀刀補(bǔ)的建立同2號(hào)刀。

圖7 Z向刀具補(bǔ)償

圖8 X向刀具補(bǔ)償

3.4 校驗(yàn)

校驗(yàn)工件坐標(biāo)系和刀具補(bǔ)償?shù)姆椒ㄈ缜八谩癕DI”功能。

4 結(jié)束語

綜上所述，G54～G57指令猶如寄存器的名稱，里面設(shè)置的應(yīng)試工件原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，而SINUMERIK802Se車削系統(tǒng)中，由于其刀具補(bǔ)償中的長(zhǎng)度L1并不直接記錄，而是加工位上刀架參考點(diǎn)的X坐標(biāo)值，故用G54～G57設(shè)置零點(diǎn)偏移時(shí)X應(yīng)置0。生產(chǎn)中有各種數(shù)控系統(tǒng)，工件坐標(biāo)系建立方法和刀補(bǔ)記錄方式亦有所不同，但其原理是一致的。掌握對(duì)刀原理是將編程和加工連接起來的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)提高數(shù)控編程技術(shù)、合理使用數(shù)控設(shè)備都具有重要意義。

[1]宋理敏，張子祥.數(shù)控車床對(duì)刀[J].機(jī)械管理開發(fā)2008（4）64-65.

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