计算机数控技术及理论研究生数控技术第7次课ppt
- 1. 计算机数控技术及理论研究生数控技术第7次课 开课时间：第1学期前八周 开课单位：机械工程学院
- 2. 第4章4.3极坐标和旋转轴 4.4 工件与机床补偿 4.5 Z补偿和刀具长度 4.6 刀具预设值
- 3. 4.3极坐标和旋转轴极坐标在编写数控代码中不常直接遇到，但是它们在编程所需的计算中，制造中一般技术问题里会突然出现。 通过规定距原点的半径和旋转角给定极坐标。参考旋转角的规定是设置如图4-8所示的与零度相等的三点钟位置。逆时针方向定义为正向，顺时针方向为负向。整圆分成四部分——称为象限——90°圆弧有水平轴、垂直轴划分界限。图4-8 （左）绕原点在正方向旋转参考三点钟位置。每个四分之一圆形成90°象限。（右）极坐标只是向量长度和旋转角度
- 4. 4.3极坐标和旋转轴计算机数控机床也有极轴（或旋转轴）。最常见的极轴是旋转主轴。然而，许多机床有一个或两个附加轴。这些轴用来使铣头旋转或使旋转台上或转位头中的工件旋转。
- 5. 4.3极坐标和旋转轴旋转轴设计为绕线轴旋转，它们以字母顺序配对出现如A，B，C分别绕X，Y，Z轴旋转（如图4-9所示）。决定旋转轴的符号由右手定则完成。当你的拇指指向正向，你的四指沿正向角度方向弯曲。Z轴与主轴对齐。这给定了多数机床的C轴。A、B轴仅在机床建立四轴或五轴时或当用旋转工作台时才有意义。
- 6. 4.4 工件与机床补偿 数控编程中的定位基于笛卡尔坐标系；因此，机械师在加工零件前必须建立坐标系位置。在传统机床上，使用边缘探测器定位工件是常见操作。机械师会用边缘探测器接触工件边缘，然后要么拨到零位，要么数字读出器（DRO）置零。所有位置以此点作为残考点——坐标的原点。
- 7. 4.4 工件与机床补偿 计算机数控机床用同种方式工作：在加工前零件用边缘探测器或指示器定位于工作台上。操作员按下几个按钮建立坐标系原点（作为工件原点更好了）。
- 8. 4.4 工件与机床补偿——第1个零点（机床零点） 每台机床有一个作为机床零点或机床原位的参考位置。这是由机床厂商设计的，限位开关或其它传感器建立的位置。机床零点会保持在相同物理地点，通常在机床右上角。在机床启动时，路线通常引起机床实际运动到机床零点，然后在机床控制单元中电存储位置。
- 9. 4.4 工件与机床补偿——第2个零点（工件零点） 工件零点也称为零件零点或工作零点。工作零点是编写程序的坐标原点。它就像以前讨论的探测或指示工件一样建立起来。
- 10. 4.4 工件与机床补偿——工件补偿机床零点与工件零点间的距离称为工件补偿。图4-10表明这些补偿。每个轴在机床控制单元偏移寄存器中都存储了偏移值。机床控制单元跟踪这些值，用它移动刀具至加工的合适位置。通过在机床控制单元编辑它来调整这些值是可能的。例如，X轴补偿0.005英寸会将整个坐标系向右移0.005英寸。这是用于控制加工好的产品质量的一般调整。图4-10 每个轴都有相关补偿——机床零点与工件零点间距离
- 11. 4.4 工件与机床补偿——工件补偿 许多现代机床也建立多功能工件补偿定义多功能工件零点。事实上，你在没有重新建立工件零点的同时有几个工作要做。多功能工件补偿通过使用指定G代码实现。第一个指定的补偿是G54，其它补偿为G55、G56等。如图4-11说明G54工件平面X补偿、Y补偿。图4-11 偏移寄存器输入补偿
- 12. 4.4 工件与机床补偿——工件补偿 附加工件平面如G55，可在同样零件区共存，如图4-12所示。机床厂商负责确定补偿G代码。图4-12 许多机床支持多功能工件补偿。每个补偿都会独立输入控制系统的偏移寄存器
- 13. 4.4 工件与机床补偿——工件补偿必须在零件程序中调用补偿号。例如，通常在安全线调用工件补偿。 N010 G20 G54 G90 G98 或者工件补偿在刀具更换后调用： N200 M03 T06 N205 G43 H03 N210 G54 G00 X1.0 Y1.0
- 14. 4.4 工件与机床补偿——工件补偿 每个工件补偿必须通过边缘探测器或其它方法触发零件来建立。每个工件补偿的X、Y、Z只存储在偏移寄存器的机床控制单元中。如果我们在控制系统偏移寄存器中观察，我们会看到如表4-2所示的数字。指定命令X补偿Y补偿Z补偿G54-12.3450-6.33000.0000G55-5.500-2.30000.0000G56-6.2322-5.0987-2.0表4-2 同一机床不同工作面的可能补偿值
- 15. 4.5 Z补偿和刀具长度 Z轴也有补偿值。然而，主轴刀具会使设置Z轴偏移复杂化。记住补偿值是机床必须从机床零点移动到零件边缘的距离。X、Y偏移很容易可视化，因为尽量与零件边缘和主轴中心连成线。Z补偿由于主轴刀具长度的原因而稍有不同。Z补偿必须与也有称为刀具高度补偿的刀具相协调。
- 16. 4.5 Z补偿和刀具长度 当控制器阅读移动到Z的程序指令时，真正要做的是将编程坐标加到Z补偿，然后加入刀具长度补偿。例如，控制器阅读指令G01 Z-.500，而Z补偿是-5.32，长度补偿是0.750。控制器立即算术，移动到机床位置： 机床Z位置=-0.500+（-5.32）+0.750m 机床Z位置=-5.070 绝对的机床位置就是控制与运动控制视点相关的位置。所有其它值设法使编程和安装机床变得容易。
- 17. 4.5 Z补偿和刀具长度 Z补偿通过两种不同方法建立。第一种方法是大补偿法；第二种方法是参考刀具法。 大补偿法将Z偏移保留在与机床零点相同的位置（如图4-13所示）。机床定位到机床零点，然后设置Z补偿。寄存器中最终值是所选工件面的0.0000英寸。下一步，每个刀具嵌入主轴，小心慢走到零件表面（假设零件程序将顶面用作零面），并设置长度补偿。最终偏移是相对大的负数。图4-13 当用大补偿法时，Z轴补偿就为零，因为它设置为机床零点
- 18. 4.5 Z补偿和刀具长度图4-14说明刀具真实长度与长度补偿值间的关系。当程序中调用刀具时机床会移到Z轴，程序中刀具长度补偿值加上要求的值。例如，假设Z补偿设置为零，钻孔长度补偿是-10.505英寸。如果程序命令钻孔生成-2.0英寸深度的孔，那么在刀具到达孔底前必须移到-12.505英寸。图4-14 （左图）在机床零点工件上方定位的不同长度刀具。（右图）当使用大补偿法时，更短刀具比长刀具具有更大的负补偿值
- 19. 4.5 Z补偿和刀具长度 建立Z补偿的第二种方法称为参考刀具法。参考刀具法使用固定在刀架上的标准刀具建立Z补偿。安装人员会缓慢将参考刀具向下移到零件表面直到接触为止，然后同时设置Z补偿和刀具长度补偿。该方法的结果是一些负数的Z补偿值（对于选择的工件表面来说，如G54）和参考刀具长度补偿值为零，如图4-15所示。参考刀具有零值，因为控制系统不必加或减任何数到达工件顶部。图4-15 参考刀具高度补偿值为零。当参考刀具接触到工件顶部时，设置Z补偿和长度补偿。下面步骤只需要设置Z补偿，因为其它刀具的长度补偿是相对参考刀具的，仍保持不变
- 20. 4.5 Z补偿和刀具长度 下面刀具也会触发工件顶部。任何比参考刀具长的刀具都有正的长度补偿值，任何比参考刀具短的刀具都会有负值，如图4-16所示。图4-16 比参考刀具短的刀具有负的高度补偿（左图），而更长刀具有正的长度补偿（右图）。然而，Z补偿不能改变高度——当参考刀具定位在工件顶部时设置
- 21. 4.5 Z补偿和刀具长度 参考刀具方法的主要优点是不用再触发每个刀具很容易在机床上执行下面任务。操作员简单地将参考刀具安装到主轴上，接触工件顶部。在这点上，设置Z补偿，然后开始加工。其它刀具不用再设置，因为已经相对参考刀具设置了。
- 22. 4.5 Z补偿和刀具长度 另一方面，如果使用大补偿方法需要再触发每个刀具。这是个缓慢的过程，但是这样容易防止操作员自满。假设已经设置刀具为合适长度这不是个好想法，除非一些方法能确保刀具所处位置。
- 23. 4.6 刀具预设值 刀具预设置是建立长度补偿和新安装刀具直径的常用方法。不用停下机床物理触发刀具至工件，使用称为预调节器的专用设备就可以。刀具预调节器是可以在刀具嵌入计算机数控机床前就能建立刀具长度和直径的精确测量设备。
- 24. 4.6 刀具预设值刀具预调节器有固定轴承、与计算机数控机床相似的锥形主轴。刀具与适配器安装在预调节器上，然后接触探头调整到刀具末端和侧面建立长度补偿和直径补偿，如图4-17所示。然后这些值手动输入偏移寄存器中，刀具以非常高精度开始加工。图4-17 刀具预设置器可以建立无间歇的刀具长度、直径补偿
- 25. 4.6 刀具预设值 刀具预调节器比手动触发刀具至工件更准确。由于当刀具与工件间发生真实接触时测量限制，手动触发有些变化。相似地，直径补偿比仅用测量微米刀具直径方法建立时更准确。预调节主轴可以旋转，因此考虑偏心距（偏离中心会产生过切）。
- 26. 4.6 刀具预设值 一些刀具预调节系统比以上描述的更先进。例如，补偿值有时通过数据交换器或建在刀架中计算补偿值的计算机芯片电子输入。这可以减少当手工记录补偿数据，然后手工输入寄存器时发生的许多人为误差。刀具预调节器也更先进。最新技术使用非接触系统目视测量刀具。这通常与轮廓投影仪配合使用，允许技术人员放大可视化测量刀具。
- 27. 4.6 刀具预设值 刀具预调节器基本应用于生产加工环境。刀具与工作车间相比相当稳定。相同刀具反复变钝，因此在生产期间，需要执行多次刀具更换。技术人员可以将刀具安装在刀架上，在当前刀具变钝前建立预设值。机床操作员将锋利刀具装入到库中，将补偿值载入寄存器零值或减小停工期。刀具预设置节省时间，通过减少停工期提高质量，确保刀具第一次切削出合适的尺寸。相反，手工触发很慢，通常需要在第一次切削后调整，将工件加工成正确尺寸。
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