洪美琴

(湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院 機電工程學(xué)院，湖南 株洲 412001)

0 引 言

數(shù)控銑削加工時首先要通過對刀確定工件原點在機床坐標(biāo)系的位置，當(dāng)選用一把加工刀具進行X軸、Y軸和Z軸對刀后，在工件裝夾位置不變的情況下，更換其它加工刀具則只需進行Z軸對刀。目前大多數(shù)企業(yè)基本上還是手動完成對刀操作，即使有的企業(yè)采用機外對刀儀預(yù)先對刀具長度進行測量，但還是要手動輸入長度補償值到數(shù)控系統(tǒng)刀偏表中，所以加工刀具越多，對刀占機時間較多，手動輸入有時還會出錯。針對Z軸對刀的實際現(xiàn)狀，筆者提出了利用光電式Z軸設(shè)定器巧用宏程序?qū)崿F(xiàn)Z軸半自動對刀的方法。另外結(jié)合宏程序還提出了利用G31指令控制刀具移動實現(xiàn)Z軸對刀全自動化的方法，以提高Z軸對刀的效率。

1 巧用宏程序?qū)崿F(xiàn)Z軸半自動對刀方法

1.1 手動計算刀具長度差值法

手動Z軸對刀是用一把加工刀具試切工件表面或?qū)⒌毒呓咏鼘Φ侗砻嬖贉y量刀具與對刀表面間隙等方法來對刀，并將對刀結(jié)果輸入到數(shù)控系統(tǒng)的刀偏表中。通常稱已對刀的刀具為標(biāo)準(zhǔn)刀具，如換上其它加工刀具，要么再重復(fù)一次Z軸對刀，要么通過刀具長度補償功能來達到同等對刀效果。

調(diào)用長度補償值來達到同等對刀效果，首先要知道加工刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀具的長度差值。假設(shè)把已對好刀的刀具長度設(shè)為h0，而其它刀具長度為h1、h2、h3、…h(huán)n，則其它刀具與已對好刀的刀具的長度差值為該把刀的長度補償值，長度補償值的計算式為(hn-h0)，當(dāng)計算結(jié)果為正值時，表示該把刀具比標(biāo)準(zhǔn)刀具長。相反，為負值時，表示該把刀具比標(biāo)準(zhǔn)刀具短。把計算好的長度補償值輸入到刀偏表形狀(h)中，帶符號輸入，用G43Z-H-編程格式就能達到刀具長度補償功能。

對刀時利用Z軸設(shè)定器，如采用光電式Z軸設(shè)定器，當(dāng)用手搖脈沖形式移動刀具觸碰到對刀接觸面，發(fā)出聲光信號時，此時停止刀具移動并手動記錄Z軸的坐標(biāo)值。設(shè)標(biāo)準(zhǔn)刀具的Z軸坐標(biāo)值為Z0，其它刀具用相同的移動方式、相同的移動速度移動觸碰到對刀接觸面使Z軸設(shè)定器指示燈亮?xí)r，停止移動，此時Z軸的坐標(biāo)值為Z1、Z2、Z3、…Zn，則任一把加工刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀具的Z軸坐標(biāo)差值計算式如下：

ZΔ=Zn-Z0

當(dāng)ZΔ為負值時，Zn

當(dāng)ZΔ為正值時，Zn>Z0。Zn>Z0說明第n把刀具向下移動觸碰到Z軸設(shè)定器的對刀面時，向下移動的位移比標(biāo)準(zhǔn)刀具要小，Z坐標(biāo)值要比標(biāo)準(zhǔn)刀具的坐標(biāo)值大，說明此把刀具比標(biāo)準(zhǔn)刀具長。

將計算好的ZΔ輸入到刀偏表形狀(h)中，就完成Z軸對刀。借用Z軸設(shè)定器比試切工件上表面對刀方法操作要簡單，但手動計算長度補償值并輸入到刀偏表中仍然耗時并容易出錯。光電式Z軸設(shè)定器示意圖如圖1所示。

圖1 光電式Z軸設(shè)定器示意圖

1.2 宏程序自動計算刀具長度差值法

用手動方式控制刀具向下移動觸碰到到光電式Z軸設(shè)定器的對刀面，發(fā)出光電信號時刀具停止移動。此時利用宏程序系統(tǒng)變量讀取Z軸坐標(biāo)值，并將當(dāng)前坐標(biāo)值賦給宏程序公共變量。以FANUC 0i系統(tǒng)為例，Z軸當(dāng)前位置坐標(biāo)值的系統(tǒng)變量為#5023，#2201～或#11001～為刀偏表中形狀H的系統(tǒng)變量，將ZΔ=Zn-Z0結(jié)果賦值給形狀H的系統(tǒng)變量，用以存儲長度補償值；選擇公共變量#500～#999作為存儲刀具Z軸當(dāng)前位置坐標(biāo)，避免斷電時數(shù)據(jù)丟失而要重復(fù)操作[1-3]。

執(zhí)行程序時，要將操作面板上“單節(jié)”功能開啟，當(dāng)?shù)毒哂|碰到對刀面發(fā)出聲光信號時，按“循環(huán)啟動”執(zhí)行程序，對刀宏程序如下：

(選擇標(biāo)準(zhǔn)刀具觸碰到光電式Z軸設(shè)定器對刀面發(fā)出聲光信號時，單擊“循環(huán)啟動”)

#1=1(1號刀設(shè)為標(biāo)刀)

#2=n(刀具總數(shù))

N10 #[500+#1]=#5023(讀取標(biāo)準(zhǔn)刀具當(dāng)前Z軸坐標(biāo)值)

N20 G53 G91G0 Z-(加工刀具觸碰對刀面后抬刀到一定高度，為換刀做準(zhǔn)備)

N30 M00(換上另一把加工刀具，并手動方式控制刀具向下移動觸碰光電式Z軸設(shè)定器對刀面至發(fā)出光電信號，單擊“循環(huán)啟動”)

#1=#1+1

N40 #[500+#1]=#5023(讀取n號刀具的Z軸位置坐標(biāo)值)

N50 #[2200+#1]=#[500+#1]-#501 (計算兩把刀具的長度差值，即長度補償值，并存儲在刀偏表對應(yīng)刀具號的形狀h中。)

N60 IF[#1LE#2]GOTO20(若已對刀數(shù)小于刀具總數(shù)，返回到N20程序段抬刀后再重復(fù)執(zhí)行)

......

2 用G31指令實現(xiàn)Z軸全自動對刀方法

2.1 G31指令功能

G31指令也稱為跳轉(zhuǎn)功能指令[2]，通常用于測量功能。G31指令執(zhí)行過程中，當(dāng)跳轉(zhuǎn)信號即SKIP信號觸發(fā)時，在信號觸發(fā)點位置清除剩余的運動量，從而控制刀具停止移動，而當(dāng)SKIP信號沒有觸發(fā)時，G31指令功能與G01功能一樣。G31指令功能需要外部信號輸入來觸發(fā)SKIP功能，外部輸入信號接入地址為X4.7。

G31指令在SKIP信號觸發(fā)點位置的坐標(biāo)存儲在#5061～#5064數(shù)控宏程序系統(tǒng)變量中，其中#5063為對應(yīng)Z軸的存儲地址，對刀時也可以通過#5063讀取信號觸發(fā)點Z軸位置坐標(biāo)。

2.2 實現(xiàn)Z軸自動對刀的原理

當(dāng)用光電式Z軸設(shè)定器半自動對刀時，要手動控制刀具觸碰Z軸設(shè)定器的對刀面發(fā)出聲光信號時刀具停止移動。而要實現(xiàn)全自動對刀，則必須使刀具往下移動某個對刀位置點時要觸發(fā)跳轉(zhuǎn)信號使G31指令控制刀具停止移動。

采用光電傳感器作為觸發(fā)跳轉(zhuǎn)信號的信號源，當(dāng)G31指令控制刀具向下移動使光電傳感器發(fā)射端光源被遮擋時，光電傳感器的接收端就動作輸出一個開關(guān)控制信號，該信號作為外部輸入信號經(jīng)具有電隔離功能的固態(tài)繼電器后再接入跳轉(zhuǎn)信號接點，跳轉(zhuǎn)信號在轉(zhuǎn)入PMC時，會同時高速跳轉(zhuǎn)進入系統(tǒng)，控制G31指令的執(zhí)行[2]，信號觸發(fā)示意圖如圖2所示。圖2中當(dāng)?shù)毒呦蛳乱苿幼钃豕馐鴷r，光電傳感器接收端輸入控制信號使跳轉(zhuǎn)信號跳轉(zhuǎn)，刀具停止在當(dāng)前位置，同時宏程序讀取Z軸當(dāng)前位置坐標(biāo)。

圖2 信號觸發(fā)示意圖

光電傳感器發(fā)射端和接收端的電氣接線圖如圖3所示。

圖3 光電傳感器接線圖

2.3 對刀宏程序

與利用光電式Z軸設(shè)定器進行Z軸半自動對刀相比，全自動進行Z軸對刀，其對刀宏程序是用G31指令來控制刀具移動，而不用M00程序停止方式來手動移動刀具向下運動。將半自動對刀程序其中的手動控制程序段進行修改，則程序如下：

#1=1(1號刀設(shè)為標(biāo)刀)

#2=n(刀具總數(shù))

N10 G53 G91G0 Z-(加工刀具對完刀后抬刀到一定高度，為換刀做準(zhǔn)備)

N20 Z-(刀具下刀至對刀起始平面)

N30 G31 G91 Z-F100(從起始平面開始以工進速度下刀至對刀點，即圖1中光束點位置，觸發(fā)跳轉(zhuǎn)信號，控制刀具停止移動)

N40 #[500+#1]=#5063(讀取n號刀觸發(fā)點的Z軸位置坐標(biāo)值)

N50 #[2200+#1]=#[500+#1]-#501(計算當(dāng)前刀具與1號刀的長度差值，即長度補償值，并存儲在刀偏表對應(yīng)刀具號的形狀h中。)

#1=#1+1

N60 IF[#1LE#2]GOTO10(若已對刀數(shù)小于刀具總數(shù)，返回到N10程序段抬刀后再重復(fù)執(zhí)行)

......

對刀時為保證對刀精度，可以設(shè)置粗、精對刀操作，即第一次粗對刀后，再向上回退一定高度，后以較小的進給速度向下移動進行第二次觸發(fā)，以減少刀具運動慣性對對刀精度的影響。

3 結(jié) 語

數(shù)控銑削加工中Z軸對刀是避免不了的，但僅僅采用傳統(tǒng)的手動對刀方法不能提高對刀速度，在生產(chǎn)實踐中可以巧用Z軸設(shè)定器和宏程序來實現(xiàn)Z軸的半自動對刀，自動計算刀具長度補償值并輸入到刀偏表中。另外根據(jù)Z軸全自動對刀原理設(shè)計簡易Z軸對刀器，當(dāng)?shù)毒呦蛳乱苿诱趽豕怆妭鞲衅靼l(fā)射端的光束時觸發(fā)跳轉(zhuǎn)信號，G31指令控制刀具停止移動來讀取觸發(fā)點的Z軸位置坐標(biāo)，實現(xiàn)Z軸的全自動對刀，這種對刀快捷，且不需要手動操作，省時省力。