自從工業(yè)革命以來(lái)，機(jī)床工業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。大多數(shù)人了解的是銑床、車床和鉆床，也就是所說(shuō)的普通機(jī)床，這些設(shè)備通過(guò)技術(shù)工人操作手輪移動(dòng)刀架使刀具沿正確的方向走刀到零件所加工的位置。普通機(jī)床需要通過(guò)接受過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的專業(yè)培訓(xùn)并且具有一定操作技能的操作者在具備一定條件的環(huán)境下才能加工出高質(zhì)量的零件。相對(duì)來(lái)說(shuō)，普通設(shè)備的加工效率較低，成本較高?！ ?shù)控設(shè)備在相當(dāng)多的領(lǐng)域已經(jīng)完全或逐漸取代了普通設(shè)備，與普通機(jī)床不同，數(shù)控機(jī)床加工零件的過(guò)程完全自動(dòng)地進(jìn)行，加工過(guò)程中人工不能干預(yù)。因此，首先必須將所要加工件的全部信息，包括工藝過(guò)程、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡及走刀方向、位移量、工藝參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、切削深度）以及輔助動(dòng)作（換刀、變速、冷卻、夾緊、松開(kāi)）等，按加工順序采用標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定的程序指令編寫出正確的數(shù)控加工程序，然后輸入到數(shù)控設(shè)備的控制系統(tǒng)中，隨后控制系統(tǒng)按數(shù)控程序的要求控制數(shù)控機(jī)床對(duì)零件進(jìn)行加工。所謂數(shù)控編程，一般指包括零件圖樣分析、工藝分析與設(shè)計(jì)、圖形數(shù)學(xué)處理、編寫并輸入程序清單、程序校驗(yàn)的全部工作過(guò)程。數(shù)控編程可分為手工編程和自動(dòng)編程兩種方式?！ ?shù)控銑床可進(jìn)行鉆孔、鏜孔、攻螺紋、輪廓銑削、平面銑削、平面型腔銑削及空間三維復(fù)雜型面的銑削加工。加工中心、柔性加工單元是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，其主要加工方式也是銑加工方式?！ ?shù)控銑床可按通用銑床的分類方法分為以下3類： ?。?）數(shù)控立式銑床 數(shù)控立式銑床主軸軸線垂直于水平面，這種銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。目前三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床占數(shù)控銑床的大多數(shù)，一般可進(jìn)行三軸聯(lián)動(dòng)加工?！ 。?）臥式數(shù)控銑床 臥式數(shù)控銑床的主軸軸線平行于水平面。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)充功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)或萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)四軸和五軸聯(lián)動(dòng)加工。這樣既可以加工工件側(cè)面的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓，又可以實(shí)現(xiàn)在一次裝夾中通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)改變零件的加工位置也就是通常所說(shuō)的工位，進(jìn)行多個(gè)位置或工作面的加工。 ?。?）立臥兩用轉(zhuǎn)換銑床 這類銑床的主軸可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可在同一臺(tái)數(shù)控銑床上進(jìn)行立式加工和臥式加工，同時(shí)具備立、臥式銑床的功能?！ ?.數(shù)控銑床的主要加工對(duì)象 （1）平面類零件 平面類零件的特點(diǎn)表現(xiàn)在加工表面既可以平行水平面，又可以垂直于水平面，也可以與水平面的夾角成定角；目前在數(shù)控銑床上加工的絕大多數(shù)零件屬于平面類零件，平面類零件是數(shù)控銑削加工中最簡(jiǎn)單的一類零件，一般只需要用三坐標(biāo)數(shù)控銑床的兩軸聯(lián)動(dòng)或三軸聯(lián)動(dòng)即可加工。在加工過(guò)程中，加工面與刀具為面接觸，粗、精加工都可采用端銑刀或牛鼻刀?！ 。?）曲面類零件 曲面類零件的特點(diǎn)是加工表面為空間曲面，在加工過(guò)程中，加工面與銑刀始終為點(diǎn)接觸。表面精加工多采用球頭銑刀進(jìn)行?！ ?.數(shù)控銑床的坐標(biāo)系 為了描述點(diǎn)在平面和空間中的位置，首先需要定義一個(gè)確定方向和相對(duì)位置的坐標(biāo)系，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系。它規(guī)定直角坐標(biāo) X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的正方向用右手法則判定，圍繞各坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)軸A、B、C的正方向用右手螺旋法則判定。數(shù)控加工采用的是空間三維坐標(biāo)系，三維坐標(biāo)系是在二維即平面坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)垂直方向的軸，通常稱之為Z軸，為平行于機(jī)床主軸的坐標(biāo)軸，如圖1所示。 （1）建立加工坐標(biāo)系的步驟 為了在數(shù)控設(shè)備上加工零件，首先需要確定工件在機(jī)床上的位置，因此，必須建立一個(gè)與加工零件相關(guān)的坐標(biāo)系，雖然數(shù)控設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于允許或者機(jī)床上、或者工件上、或者夾具上的任何位置都可以作為數(shù)控編程的零點(diǎn)而建立坐標(biāo)系，但最佳的解決方案選擇既簡(jiǎn)單又方便定位的位置，這樣操作者通過(guò)按控制面板上的幾個(gè)按鈕就可以完成建立加工坐標(biāo)系了。具體操作可以簡(jiǎn)單的定義為以下幾個(gè)步驟： ?、俑鶕?jù)數(shù)控編程坐標(biāo)系或加工坐標(biāo)系確定零件坐標(biāo)系的位置和坐標(biāo)軸的方向?！ 、诶昧慵蛫A具上定位面建立加工坐標(biāo)系?！ 、坌Ｕ庸ぷ鴺?biāo)系，通過(guò)校正加工坐標(biāo)系，使建立的加工坐標(biāo)系滿足數(shù)控加工的要求?！ 。?）建立加工坐標(biāo)系的要素 幾何元素點(diǎn)、線、面對(duì)找正和校正加工坐標(biāo)系非常有用，一個(gè)關(guān)鍵的因素是可以確定零件和夾具上的特征位置，進(jìn)而確定加工坐標(biāo)系的位置。在實(shí)際操作中，零件和夾具上的定位面、定位孔等經(jīng)常作為找正和校正加工坐標(biāo)系的主要手段，這主要基于通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何運(yùn)算就可以將機(jī)床坐標(biāo)系和零件坐標(biāo)系聯(lián)系起來(lái)。以下是建立加工坐標(biāo)系的三個(gè)要素。 ?、俅_定坐標(biāo)平面：選擇和找正定位面確定工作平面的方向和位置。 ?、诖_定坐標(biāo)軸方向：平移或旋轉(zhuǎn)所測(cè)量的元素作為方向矢量確定加工坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向，旋轉(zhuǎn)元素需垂直于已找正的元素。這控制著軸線相對(duì)于工作平面的旋轉(zhuǎn)定位。 ?、鄞_定坐標(biāo)系原點(diǎn)：作為定義X、Y、Z坐標(biāo)軸的原點(diǎn)或零點(diǎn)。4.數(shù)控銑床的零點(diǎn) 數(shù)控程序的刀位點(diǎn)位置和刀位矢量確定依賴于加工坐標(biāo)系的位置，所以，在加工零件前必須確定加工坐標(biāo)系或編程坐標(biāo)系的準(zhǔn)確位置?！ ≡谄胀ㄔO(shè)備上加工工件時(shí)，操作技師通常使用刀具的刃邊或刃口來(lái)確定工件的邊緣位置作為加工的零點(diǎn)，然后用機(jī)床刻度盤的刻度值或者數(shù)字顯示器顯示的讀數(shù)通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)確定工作坐標(biāo)系的零點(diǎn)，所有的位置都以此點(diǎn)作為參考點(diǎn)，這也就是加工坐標(biāo)系的由來(lái)?！ ?shù)控銑床和普通銑床的工作原理是一樣的：加工前必須確定工件在機(jī)床上的位置，或者用刻度盤值或者用位置數(shù)字顯示器的數(shù)值給零件定位。然后，操作者通過(guò)按數(shù)控機(jī)床控制面板上的按鈕來(lái)建立加工坐標(biāo)系，也就是通常所說(shuō)的零點(diǎn)。只不過(guò)零點(diǎn)的位置確定通過(guò)數(shù)控設(shè)備控制系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)算來(lái)完成?！ ≡跀?shù)控銑床上建立工件的加工坐標(biāo)系，是為了確定工件在加工坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置，首先應(yīng)該了解兩個(gè)零點(diǎn)的概念，它們分別是機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)和加工坐標(biāo)系原點(diǎn)?！ ?shù)控銑床都有一個(gè)參考點(diǎn)，也就是通常所說(shuō)的機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)或機(jī)床的初始位置，是由機(jī)床制造商設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)固定基準(zhǔn)位置點(diǎn)，通過(guò)限位開(kāi)關(guān)或傳感器來(lái)建立。作用是使機(jī)床與控制系統(tǒng)同步，建立測(cè)量機(jī)床運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)。從實(shí)際意義上講，機(jī)床零點(diǎn)是固定不變的，通常在機(jī)床的右上方。當(dāng)機(jī)床啟動(dòng)后，機(jī)床必須執(zhí)行返回到機(jī)床零點(diǎn)的固定循環(huán)程序即初始化程序，然后將機(jī)床參考點(diǎn)和機(jī)床原點(diǎn)之間的偏置值自動(dòng)存儲(chǔ)在機(jī)床控制單元MCU（Machine Control Unit）中?！ ?duì)于數(shù)控編程和數(shù)控加工來(lái)說(shuō)，還有一個(gè)重要的原點(diǎn)是程序原點(diǎn)，是編程員在進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)定義的幾何基準(zhǔn)點(diǎn)，并以此點(diǎn)作為加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)，即通常所說(shuō)的工件原點(diǎn)。工件坐標(biāo)系是零件進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)確定的加工坐標(biāo)系。 5.數(shù)控銑床偏置 ?。?）機(jī)床偏置的概念 機(jī)床零點(diǎn)和工作零點(diǎn)之間的距離，叫做偏置，如圖2所示。每個(gè)坐標(biāo)軸都有互相關(guān)聯(lián)的各自的偏置值，該值存儲(chǔ)在機(jī)床控制單元的偏置寄存器中。在進(jìn)行零件數(shù)控加工時(shí)，機(jī)床控制單元將一直存儲(chǔ)這些偏置值，并利用這些偏置值自動(dòng)跟蹤和移動(dòng)刀具到正確的位置。偏置值也可以在機(jī)床控制單元中進(jìn)行編輯或調(diào)整。例如：在X-偏置值上加1mm，則整個(gè)坐標(biāo)系就會(huì)向X正向移動(dòng)1mm，一種常見(jiàn)的控制工件加工質(zhì)量而進(jìn)行的調(diào)整方法。 ?。?）機(jī)床坐標(biāo)系的設(shè)置和偏置 現(xiàn)在，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都能建立多個(gè)工件偏置來(lái)定義多個(gè)工件坐標(biāo)系。事實(shí)上，即便加工同一個(gè)工件需要建立多個(gè)工件坐標(biāo)系，也無(wú)需完全重新建立工作坐標(biāo)系。該任務(wù)可以通過(guò)設(shè)置G代碼或G指令來(lái)完成工件的偏置。最常用的坐標(biāo)系設(shè)置指令為G54，其他坐標(biāo)系設(shè)置指令為G55～G59等。如圖3所示的X軸偏置值和Y軸偏置值即為G54指令所設(shè)定的工作坐標(biāo)系。 其他的工作坐標(biāo)系設(shè)置，如G55指令所定義的工作坐標(biāo)系可以存儲(chǔ)在同一個(gè)坐標(biāo)工作平面如G54中，如圖4所示，選擇G55指令也就是通常所說(shuō)的建立另一個(gè)工件坐標(biāo)系G55。 建立另一個(gè)工件坐標(biāo)系指令代碼可以是常見(jiàn)的G54～G59，也可以為其他的G代碼，完全取決于機(jī)床制造商為偏置值而設(shè)定的G代碼定義格式。必須在你的零件程序中使用該代碼定義偏置值或坐標(biāo)系。調(diào)出定義工件偏置值的G代碼通常在絕對(duì)的安全位置如在程序開(kāi)始部分： O1111；N5 G54 G90 G40 G70；或者在換刀后：N20 M06 T09；N25 G54 G00 X50.0 Y20.0 Z100.0； 設(shè)置工件偏置必須通過(guò)刀尖或刀具刃部接觸零件或其他方法來(lái)完成，所定義的工件各軸的偏置值X、Y、Z存儲(chǔ)在機(jī)床控制單元的寄存器中。若查看數(shù)控機(jī)床控制面板上的偏置記錄，如下表所示。 表 坐標(biāo)系偏置值 Designation X-offset Y-offset Z-offset
G54 -30.221 -65.864 0
G55 -7.987 -33.366 -9.873
G56 -15.765 -7.832 -35
G57 -50.352 -0.788 -8.963 DesignationX-offsetY-offsetZ-offset G54-30.221-65.8640 G55-7.987-33.366-9.873 G56-15.765-7.832-35 G57-50.352-0.788-8.963 ?。?）工件偏置的作用 在數(shù)控編程過(guò)程中，為了避免尺寸計(jì)算，需要多次將工作坐標(biāo)系進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠揭?、旋轉(zhuǎn)。一般數(shù)控機(jī)床可以預(yù)先設(shè)定6個(gè)（G54～G59）工件坐標(biāo)系，這些坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)相對(duì)于機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)偏置值存儲(chǔ)在機(jī)床控制單元中，在機(jī)床進(jìn)行回零操作或初始化后仍然存在，一旦程序中指定了該G指令，數(shù)控系統(tǒng)即指定并調(diào)出該坐標(biāo)系作為當(dāng)前的工件坐標(biāo)系，該工件坐標(biāo)系原點(diǎn)即為當(dāng)前程序原點(diǎn)，后續(xù)程序中工件移動(dòng)坐標(biāo)值均為相對(duì)該坐標(biāo)系原點(diǎn)的坐標(biāo)值?！ 。?）Z坐標(biāo)偏置和刀具長(zhǎng)度偏置 Z軸的坐標(biāo)偏置值由于主軸上裝有刀具而使得Z方向的偏置值設(shè)置變得復(fù)雜一些，因?yàn)樵撈弥凳菣C(jī)床原點(diǎn)到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的Z軸的偏置值，而不是銑刀刃端到工件坐標(biāo)系之間的Z軸偏置值。相對(duì)來(lái)說(shuō)，X、Y兩個(gè)軸偏置值的測(cè)量和設(shè)置相對(duì)簡(jiǎn)單一些，因?yàn)椴僮髡呖梢栽囍褭C(jī)床主軸的中心線與工件的邊緣對(duì)齊。Z坐標(biāo)偏置值設(shè)置則有一些不同之處，原因是數(shù)控銑床主軸上裝有刀具，因而不得不考慮刀具對(duì)Z軸偏置值的影響。刀具長(zhǎng)度偏置成為解決這個(gè)問(wèn)題的有效方法。當(dāng)控制系統(tǒng)執(zhí)行程序中的指令使Z軸到達(dá)指定的水平位置時(shí)，控制系統(tǒng)要做的工作是將程序中的坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)值和刀具長(zhǎng)度偏置值都加到Z軸的坐標(biāo)偏置值中。例如： 控制系統(tǒng)執(zhí)行的數(shù)控程序?yàn)椋篏01 Z-100.0；Z坐標(biāo)偏置值為：-12.5；刀具長(zhǎng)度偏置值為：35.8；則控制系統(tǒng)執(zhí)行該程序段時(shí)迅速進(jìn)行如下數(shù)學(xué)運(yùn)算：機(jī)床Z位置=-100.0+（-12.5）+35.8=-76.7 然后主軸帶動(dòng)刀具移動(dòng)到該位置。 機(jī)床控制系統(tǒng)只執(zhí)行運(yùn)動(dòng)控制點(diǎn)的機(jī)床絕對(duì)位置也就是機(jī)床坐標(biāo)系的絕對(duì)坐標(biāo)值，而所有的其他數(shù)值的作用只是使數(shù)控編程和刀具設(shè)置變得簡(jiǎn)單罷了?！ ‘?dāng)運(yùn)行數(shù)控程序時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)刀具長(zhǎng)度偏置值使刀具自動(dòng)離開(kāi)工件一個(gè)適當(dāng)?shù)木嚯x，來(lái)完成刀具長(zhǎng)度偏置工作。 在加工過(guò)程中，為了控制切削深度或進(jìn)行試切加工，常常采用加大刀具長(zhǎng)度偏置值的方法，以控制刀具的切削深度，而不需重新修改數(shù)控程序?！ ?.刀具參數(shù)預(yù)設(shè)置 刀具預(yù)設(shè)置常常用來(lái)設(shè)置最新安裝的刀具參數(shù)包括長(zhǎng)度偏置值、直徑值等。設(shè)置的方法有試切法、機(jī)床內(nèi)部對(duì)刀法、機(jī)床外部對(duì)刀法，下面介紹最常見(jiàn)的對(duì)刀儀測(cè)量法?！ 。?）對(duì)刀儀測(cè)量法 對(duì)刀儀測(cè)量法為機(jī)床外部對(duì)刀法，其目的是在數(shù)控機(jī)床外部預(yù)先設(shè)置刀具參數(shù)，而不需將數(shù)控機(jī)床停下來(lái)，手動(dòng)方式使刀具觸及到工件來(lái)進(jìn)行刀具參數(shù)設(shè)置?！ ?duì)刀儀上有一個(gè)預(yù)先裝好的、與刀柄相配合的錐孔，對(duì)刀時(shí)先將刀具安裝到刀柄上，再將裝有刀具的刀柄插到對(duì)刀儀的配合錐孔中；然后使用一個(gè)無(wú)接觸光學(xué)系統(tǒng)來(lái)測(cè)量刀具，無(wú)接觸光學(xué)系統(tǒng)通常為一個(gè)剖面投影儀，它能通過(guò)較大的放大倍數(shù)允許操作者測(cè)量刀具參數(shù)。對(duì)刀儀上的光學(xué)放大鏡可以聚焦刀具的刃端，記錄聚焦后的刀具長(zhǎng)度偏置值、刀尖圓角和直徑值等刀，如圖5所示刀具參數(shù)；最后將所有的刀具參數(shù)值手工輸入或通過(guò)系統(tǒng)傳輸?shù)綑C(jī)床控制系統(tǒng)偏置值寄存器中，這樣，精確的數(shù)控加工就可以開(kāi)始了
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