搖籃式五軸數(shù)控機(jī)床的對刀方法——以華中 848D 系統(tǒng)五軸機(jī)床為例
2020-12-28 來源：吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：莊德新
摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新，制造業(yè)水平的不斷提高，五軸數(shù)控機(jī)床已成為制造業(yè)中不能缺少的加工設(shè)備，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事科研、民品制造、精密器械等領(lǐng)域，五軸數(shù)控機(jī)床既是衡量國力的標(biāo)尺，又能衡量一個國家的制造業(yè)的水平高低，本文以我國自主研發(fā)的 HNC-848D 數(shù)控系統(tǒng)五軸機(jī)床為例，詳細(xì)講解對刀方法。
關(guān)鍵詞：3+2 回轉(zhuǎn)臺；五軸對刀；數(shù)控機(jī)床；搖籃式五軸
數(shù)控機(jī)床加工能力體現(xiàn)一個國家制造業(yè)水平的象征，是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，它為新產(chǎn)品的試制與研發(fā)提供了重要的技術(shù)手段，更是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國防軍工現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備。五軸機(jī)床科技含量高、精密度高、是專門加工復(fù)雜零件的機(jī)床，也是解決葉輪、葉片、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型曲軸等零件加工的唯一手段。
1、HNC- 848D 五軸數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)
1.1、HNC- 848D 五軸數(shù)控機(jī)床是在原有的 X、Y、Z 的坐標(biāo)基礎(chǔ)上增加了兩個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。圍繞著 X 軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸是 A軸，圍繞著 Z 軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸是 C 軸，機(jī)床有 5 個伺服系統(tǒng)，五軸數(shù)控機(jī)床主要有三種結(jié)構(gòu)形式：分別是工作臺傾斜型、主軸傾斜型、工作臺 / 主軸傾斜型。而一般工作臺傾斜型的結(jié)構(gòu)形式是最常用的一種形式，A 軸的一般工作范圍 +100 度至 - 100 度。當(dāng) A 軸回轉(zhuǎn)大于 90 度，工件切削時會對工作臺帶來很大的承載力矩。C 軸是 0 度～360 度任意回轉(zhuǎn)。這樣通過 A 軸和 C 軸的結(jié)合，除了固定在工作臺的底面之外，其它五個面都可以由立式主軸上的刀具進(jìn)行切削加工。A 軸和 C 軸的最小分度值一般為 0.001 度。傘式刀庫能安裝 16 把刀具，主軸錐孔為 BT30、氣壓 0.6MPa、最大工件直徑為 φ250mm。主軸每分鐘最高轉(zhuǎn)速20000 轉(zhuǎn)。
1.2、加工前，兩個旋轉(zhuǎn)軸先將進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將工件傾斜在一個固定的位置，通過回轉(zhuǎn)工作臺來定義空間中的旋轉(zhuǎn)加工面，再由 X、Y、Z 坐標(biāo)軸進(jìn)行進(jìn)給切削加工。在此工作平面，可以進(jìn)行編程 2D 或 3D 加工操作。加工時回轉(zhuǎn)軸總是將要加工的平面旋轉(zhuǎn)到與 Z 軸垂直的位置在進(jìn)行切削加工（也稱定向加工），并保持固定。
1.3、從工藝角度來講，轉(zhuǎn)臺通過旋轉(zhuǎn)可以進(jìn)行精確的定位，相比三軸機(jī)床，可將不同的三個加工平面或曲面合在一個加工程序里進(jìn)行加工，可減少因多次裝夾帶來的誤差，精度穩(wěn)定、操作靈活，可通過設(shè)計(jì)更緊湊合理的夾具，充分拓展轉(zhuǎn)臺的空間，可以一次性裝夾加工更多的平面。對于像葉輪或復(fù)雜曲面零件的加工，五軸機(jī)床有著先天的優(yōu)勢。
2、準(zhǔn)備工作
2.1、開機(jī)回零
機(jī)床上電，5 秒后數(shù)控系統(tǒng)在開機(jī)，否則會因?yàn)殡娏鬟^大，擊穿內(nèi)部零部件。等待進(jìn)入正常界面后，先進(jìn)行各坐標(biāo)軸回零操作，按機(jī)床面板上的回零鍵，（Z 軸先回零，依次 X.Y 軸回零、最后 A、C 軸回零），使各坐標(biāo)軸復(fù)位。
2.2、裝夾工件
將毛坯安裝固定在旋轉(zhuǎn)臺上，使得毛坯露出夾具的高度大于銑削加工的深度。夾持工件時應(yīng)遵循力的大小，力的方向和作用點(diǎn)，夾緊工件時，力的方向不能破壞工件定位。應(yīng)夾持工件剛性較好的部位，以免工件產(chǎn)生變形，并且應(yīng)夾持靠近工件的加工部位。夾緊力的大小要合適，過大會使工件變形或夾具損壞，過小會使工件在加工過程中發(fā)生松動或飛出造成事故。
3、對刀原理與方法
3.1、當(dāng)各坐標(biāo)軸回零后（Z/X/Y/A/C 軸回零）使主軸軸線垂直于工作臺，手輪模式下，搖動手輪將基準(zhǔn)刀具移動到工件的上方中心位置。編程原點(diǎn)一般設(shè)置在工件上表面中心位置，即對刀時采用四面碰邊，頂面為零的方法。
3.2、測量刀長可分為以下兩種
一種是機(jī)內(nèi)測量刀具長度，另一種是機(jī)外對刀儀測量，本文以機(jī)內(nèi)測量刀具長度為例，詳細(xì)講解對刀操作的方法。
3.3、對刀步驟
（1）將杠桿百分表安裝在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的電機(jī)平面上，使百分表歸零，移動百分表與主軸端面接觸，測量時需注意觀察百分表的測頭與主軸端面接觸良好，主軸端面與百分表接觸后，使主軸端面向 Z 軸負(fù)方向移動約0.2mm 左右，觀察并記住表指針的擺動位置，把機(jī)床的相對坐標(biāo)清零。（如圖 1 和圖 2 所示）
（2）注意安裝的百分表不能動，將基準(zhǔn)刀具安裝在主軸上，使得刀具的底面切削刃與百分表的觸頭接觸，并且使得百分表的指針指向與測量主軸端面時的指針數(shù)值保持一致，測量后讀取數(shù)值，此時 Z 軸的相對坐標(biāo)值就是刀具的長度補(bǔ)償值。（如圖3 和圖 4 所示）
（3）按刀補(bǔ)鍵，找到與刀具號相對應(yīng)的補(bǔ)償號，測量的是幾號刀具就將測量所得的刀長數(shù)值輸入到對應(yīng)的幾號刀具長度補(bǔ)償?shù)刂分抵校ㄈ?2 號刀具，輸入到刀補(bǔ)值 002 號的長度補(bǔ)償 Z值參數(shù)中），注意輸入刀長的參數(shù)一定為正值，否則撞刀，此時基準(zhǔn)刀具長度測量完成。（如圖 5 所示）
（4）MDI 狀態(tài)下輸入 M03 S500，將刀具轉(zhuǎn)動，手輪模式下將刀尖或刀具底面切削刃搖到與工件上表面接觸。
（5）當(dāng)?shù)都鈸u到與工件接觸后，將 Z 軸當(dāng)前機(jī)械坐標(biāo)值，輸入到 G54～G59 坐標(biāo)系的 Z 坐標(biāo)值中，H 值的偏置運(yùn)算：用當(dāng)前的 Z 軸的機(jī)械坐標(biāo)值減去刀具的長度補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值，并將 Z 軸計(jì)算的結(jié)果輸入到 G54～G59 坐標(biāo)系的 Z 坐標(biāo)值中，此時的坐標(biāo)就是最終 G54 的 Z 軸坐標(biāo)值。（實(shí)際是主軸端面是 Z 軸的零點(diǎn)，只是在調(diào)用刀具號時，Z 軸抬起的高度正好是刀補(bǔ)中長度補(bǔ)償值的數(shù)值，所以使得刀尖或刀刃與工件上頂面正好接觸，即為 Z0）。（如圖 6 所示）
（6）工件 X、Y 方向的對刀，如工件規(guī)整可用分中法來設(shè)定工件 X、Y 軸的坐標(biāo)值，采用尋邊器進(jìn)行分中，五軸的工件分中原理與方法與 3 軸數(shù)控銑床一致，設(shè)置數(shù)值也相同，都是將 X、Y 坐標(biāo)值設(shè)置到 G54～G59 的坐標(biāo)系中。
（7）對刀結(jié)束后，進(jìn)行驗(yàn)證刀具，在 MDI 模式入:G54 G90G01 X0 Y0 F800 G01 G43.4 H02 Z20，啟動程序開始運(yùn)行，機(jī)床運(yùn)動停止后，用直徑20 刀棒進(jìn)行測量驗(yàn)證高度。
（8）如加工需要多把刀，其他刀具的刀具長度測量方法，重復(fù) a～c 的步驟，按照所測量的刀具號輸入到對應(yīng)的 Z 軸刀具長度補(bǔ)償?shù)刂分抵校乙欢檎怠?/span>
4、結(jié)論
本文介紹了華中 848D 系統(tǒng)搖籃式五軸數(shù)控機(jī)床的對刀方法和操作步驟，當(dāng)然在具體操作實(shí)施過程中還需要掌握一些技術(shù)和要領(lǐng)，本文所講述的操作步驟雖然看起來簡單，但要真正的掌握和應(yīng)用它，還需要理論結(jié)合實(shí)踐，實(shí)踐驗(yàn)證理論，并在實(shí)踐中不斷體驗(yàn)、反思和提升。
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