工件坐标系（共4篇）
工件坐标系 篇1
摘要：数控车床加工零件时工件原点一般选择在工件右端面,但有时采用这种方案却很难实现零件的加工要求。结合一盘形端盖零件的加工,说明灵活运用工件坐标系能实现零件的高效、精确加工。
关键词：数控加工,工件坐标系,效率
1 引言
由于采用了计算机控制系统和数控机床,使得数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、加工效率高的优势,在生产中被广泛应用。工艺分析和加工工艺的制定(如划分工序、选取零件的定位基准、装夹方案、刀具和切削用量选择、工件坐标系的确定等)在数控加工中起到了关键的作用,直接决定了数控加工质量的好坏与成败。
工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系,工件原点的位置是人为设定的,它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的,所以也称编程原点。考虑到对刀方便,数控车床加工零件的工件原点一般选择在工件右端面,但有时采用这种方案却很难实现零件的加工要求。结合一盘形端盖零件的加工,笔者采用将工件原点选择在工件左端面,能实现零件的高效、精确加工。
2 应用实例
零件如图1所示,前面已安排工序完成了准108的外圆的加工,中心工艺孔直径为准50,圆盘厚度为220-0.21,来料坯料如图2所示。现要求完成两侧端面、两侧准95沉孔及中心准52的通孔的数控车削加工。
综合考虑零件尺寸及车床和三爪卡盘尺寸,采用三爪卡盘正爪不能装夹,所以采用图3所示反爪定位夹紧方案,由于两端面都需要加工,若将工件原点放在工件右端面O点,则200-0.039不好保证,所以采用了将工件原点放在工件左端面O′点的方案。由于工件的端面及准95沉孔及中心准52的通孔都需要加工,综合考虑工件的装夹情况及走刀路线,决定采用一把机夹镗孔刀来实现各个部位的加工。
工件原点的建立通过车削试件对刀实现,以配置西门子802C系统的数控车床为例,具体操作为:安装好刀具后,镗削一试件内孔并精确测量出试切直径(准X),进入刀具X向对刀界面,输入试切直径(准X)并按“测量”键,完成X方向对刀;试切试件端面,沿X向退刀,精确测量试件长度(L),进入刀具Z向对刀补偿界面,输入试切试件长度(L)并按“测量”键,即可完成Z方向对刀,这样便建立了O′点处的工件坐标原点。
由于端面准95沉孔轴向尺寸小而径向尺寸较大,所以采用轴向吃刀,径向切削的分层加工方法,可减小空行程,提高加工效率。通过程序实现零件的厚度尺寸控制,加工质量和效率都得到了保证,若采用正爪装夹或将工件原点放在工件右端面O点,则很难做到厚度尺寸的控制。参考程序如下:
根据设备情况,可在一台车床上完成所有件第一侧加工后再更换程序进行第二侧的加工,也可以第一侧和第二侧分别采用两台车床进行加工。
3 结语
数控加工工艺与普通机床加工工艺之间有较大差别,涉及的内容也较广。数控加工程序的编制不仅要考虑零件的工艺过程安排,而且还要考虑工件的装夹方式、工件坐标系的确定、刀具选择、切削用量、走刀路线等方面。要求编程人员熟悉数控设备的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范等并结合零件的加工要求合理确定,才能高效精确加工产品,充分发挥数控设备的效用。
参考文献
[1]顾京.数控机床加工程序编制[M].北京:机械工业出版社,1999.
[2]SINUMERIK802C base line操作编程手册[Z].南京:SIEMENAG,2003
工件坐标系 篇2
箱体类工件是动力机械制造的重要组件,它的原材料多为铸铁和铝合金。设计和制造精度非常高,加工难度较大,因此,许多重要零部件都选择在加工中心或数控加工设备上进行加工,同时需要配备精良的刀具及工装来保证加工精度,因而制造成本相对较高。为减少零部件废品率,从而降低产品的成本,对产品的检测就显得尤为重要。由于箱体类工件形状不规则,而且结构又比较复杂,用一般的检测手段很难测量,通常需要使用三坐标测量机通过对工件进行系统编程来实现测量。
2 箱体类工件检测的特点
从检测上来看,箱体类工件一般存在以下三个特点:
(1)加工工序多,检验项目多。工序间检测依据加工工序进行,其中不少检验项目都是由加工工艺规定的关键尺寸,一般需要100%测量。以中间体为例:加工工艺分为三序,而我们根据中间体的加工情况,结合测量实际,将测量过程分为四序来进行,以确保测量的准确性。
(2)大多数工件图纸尺寸要求都是以坐标尺寸和形位公差的来标注。所以要求我们在进行工件检测时,除了要了解工件的加工工艺,对形位公差的理论知识和实际应用也要有一个更深地理解。
(3)由于箱体类工件形状的不规则性,增加了测量难度,因此,在三坐标测量中工件坐标系的建立是进行后续测量的基础和关键,如何合理地建立工件坐标系,成为保证测量准确性的首要因素,一个错误的坐标系将直接导致工件测量数据的错误。
3 建立箱体类工件三坐标测量所需的坐标系
在三坐标测量中,通常我们使用右手螺旋定则,通过3-2-1法并且需要严格遵守以下三个步骤来确立最终的工件坐标系:(1)找正工件基准面,建立工件的第一基准;(2)确定工件的正确轴向方向;(3)设置工件的坐标原点。下面以中间体的测量为例,对三坐标测量机在实际测量箱体类工件时,如何合理地建立工件坐标系加以阐述。
首先应选定箱体类工件的基面。测量基面的选择原则:在理论上测量基面的选择必须遵守基面统一的原则,即测量基面应与设计基面、工艺基面、装配基面相一致。联系到实际情况,当工艺基面不能与设计基面一致时,应遵守下列原则:(1)在工序间检验时,测量基面应与工艺基面一致;(2)在终结检验时,测量基面应与装配基面一致。
对于中间体来说:由于中间体的加工工序分为三序,其加工基面也相应不同,我们参照图纸的标注结合加工实际,将中间体分为四序测量,根据不同的测量部位需要分别建立三个不同的工件坐标系,以完成全部尺寸测量。第一序将中间体的底平面作为第一基面,由于准10的小孔是加工时的定位孔,所以我们分别在准200大圆和准10小孔上采点,根据图纸要求,将两者的圆心作连线,沿着垂直于底平面的方向顺时针旋转理论角度45°后的虚拟轴线作为工件的轴向方向,将准200中心圆设为坐标原点,利用PCDMIS软件进行创建(见图2、图3),其坐标系的建立以及被测元素如图4所示,这样中间体第一序的工件坐标系就建立完成,这种创建方式在实际测量中既检验了中间体第一序的尺寸,又逆向验证了加工定位孔的准确性。
对中间体加工工序的第二序检测,我们分两步来测量。为确保工件坐标的一致性,第一步,平放中间体,延续一序的坐标系来检测相应的尺寸。第二步,将中间体竖直摆放,重新定义工件坐标系,此时根据图纸要求和第二序加工工艺,改变测量基面和工件的轴线方向。以内加工平面为测量基面,以左上圆孔准19和右下圆孔φ19的圆心作连线,沿着垂直于加工平面的方向顺时针旋转理论角度38°后的虚拟轴线确定为工件的轴向方向,将准84.3的中心圆设为坐标原点,创建坐标系(见图5),其坐标系的建立以及被测元素的示意图如图6所示。通过这两部分的测量,能够有效地将图纸的要求与实际加工流程结合起来,真实地反映中间体的加工状况。
由于中间体外观为非规则形状,结构复杂,三坐标机在进行测量时,受测座旋转角度(每7.5°为一旋转分度)、测针直径及测针长度所限,存在着一定的局限性,有些部位尺寸在测量上存在盲区,必须利用特殊装夹来固定工件,并且旋转至合适位置以便于测量。因此,对于中间体的局部部位,为确保测量数据的准确性,我们必须进行单独测量,根据工件局部实际情况,采用平面/直线/圆这三个基本元素来建立坐标系。将加工平面设置为基面,以工件摆放方向为坐标轴线,将中间圆定为坐标原点创建一个局部坐标系(如图7、图8所示),其坐标系的建立以及被测元素的示意图如图9所示。
针对这三个不同的坐标系建立,我们再分别进行中间体的后续实体测量编程和测量数据的评价,这样一个完整的中间体测量程序就顺利完成了,其最终的检测报告将真实地反映中间体的实际加工情况。
4 结语
我们通过一系列的实际测量数据证明,合理的坐标系建立对于箱体类工件测量的准确性起到决定性的作用,这就要求我们在实际测量中多方面考虑坐标系建立的合理性,进一步完善三坐标检测流程。
摘要：探讨了在三坐标测量中合理建立工件坐标系对箱体类工件测量的重要性,并引用实例说明了其测量结果将直接影响工件测量的准确性。
关键词：三坐标测量机,坐标系,基面,右手螺旋定则,3-2-1法,旋转
参考文献
[1]张国雄.三坐标测量机[M].天津:天津大学出版社,1999.
[2]海克斯康测量技术有限公司.实用坐标测量技术[M].北京:化学工业出版社,2008.
工件坐标系 篇3
在当今社会高速发展的时代, 传统的测量手段在针对机械、电子、仪表、塑胶等行业中特殊的测量要求早已经落伍, 尤其是某些复杂测量往往需要用到多种表面测量工具及昂贵的组合量规, 且所花费的时间则需要数小时或更长。而三坐标测量机的诞生解决了这一问题, 它是获得精确尺寸数据的最有效和最可靠的方法之一, 并且把复杂的测量任务所需时间大大缩短, 这是传统量具无法比拟的。
1 问题的提出
随着公司产能的增加, 数控加工能力得到了提高, 数控测量的要求也相应地加大, 这个时候我公司的三坐标测量机的作用得到了充分的发挥。但是, 用三坐标测量机测量合格的工件在装配时也会出现无法装配的情况, 这给公司的生产进度带来了一定程度的影响。
三坐标测量机的测量数据是否准确?经研究发现, 在三坐标测量机的测量过程中, 测量软件在对工件的测量数据进行处理时采用的评价方式会导致评价结果的不同, 最后会导致工件在实际装配中无法装配。所以, 选择一个合适的评价方法显得尤为重要。本文主要分析研究目前三坐标测量机在评价工件直径时所采用的方法。
2 测量方法分析
2.1 评价孔和直径的方法
目前评价孔和直径的方法主要有以下几种:
1) 最小二乘圆法。最小二乘法 (又称最小平方法) 是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。简单来说, 就是实际圆弧上各点到某一圆的平方和最小时, 该圆就是评价得出的圆。2) 最小外接圆法。指包括了实际圆弧轮廓的直径最小的圆。3) 最大外接圆法。指被实际圆弧轮廓包括的直径最大的圆。
2.2 三坐标测量机测量孔的原理
在一圆上任意测得三点坐标值, 由几何学中三点可定一圆的定理可得到一确定的圆弧轮廓。假设此圆圆心为 (x, y) , 半径为R, 测得的三点分别为 (x1, y1) , (x2, y2) , (x3, y3) 。根据圆的方程可得
求得被测孔的半径R, 进而得到直径D。
2.3 三坐标测量机评价孔所采用的方法分析
三坐标软件的设定中, 在对圆的评价中采用了最小二乘圆法, 这样得到的结果为实际所测圆弧轮廓的半径平均值。下面对这种方法进行分析。设最小二乘圆的圆心为 (x, y) , 半径为R, 则公式为:
从上式可以看出, 三坐标测量机所得出的圆为实际圆弧轮廓的半径R的平均值。这种办法不仅可以有效减少测量中的粗线条误差, 提高测量准确度, 而且可以消除实际圆弧轮廓的高点和低洼点对尺寸带来的影响。但是恰巧就是这些高点和低洼点可以影响到工件在装配过程中的精度。它们就是工件在装配过程中无法装配的罪魁祸首, 从而导致出现了经过三坐标测量机测量合格的工件在装配过程中无法装配的情况。
3 结语
工件坐标系 篇4
五轴联动数控机床主要用于多面体零件加工和复杂的空间曲面加工,能够做到一次装夹加工成型,刀具在一定范围内可以相对工件以任意角度进行加工,无干涉和过切现象,被加工件表面质量好、精度高。由于五轴机床增加了两个旋转轴,在没有配备自动对刀仪的情况下,对刀采用手动方式,准备工作较为复杂;对刀过程中需要操作员不断记录各轴坐标数据,进行计算和输入坐标数据,从而使加工前的准备时间拉长了;同时手动数据输入也容易出现错误,需认真核对,从而造成了工作效率低下。针对上述情况,笔者开发编写了工件坐标找正程序,对刀期间运行程序,使操作员无需计算和输入数据,即可完成对刀过程。
1机床结构分析
五轴联动机床结构形式多样,其结构不同,使用的控制系统不同,对刀方式也不同。如果控制系统不支持RTCP(刀具中心管理)功能,则需要对旋转轴的偏置进行补偿。对于双转台结构的机床,其加工坐标系一般放在转盘(C轴)端面和旋转轴(A轴或B轴)中心,利用千分表等工具测量工件位置相对于回转中心的偏差值,然后再由程序员根据测得的数值在编程时将坐标系移到相应的位置进行程序的编制。因此程序必须在工件装夹测量好后生成,任何的修改(例如夹具位置变动)都需要重新生成程序。如果机床的控制系统具备RTCP功能,则可以直接针对摆铣头或转台进行刀具的空间长度补偿和半径补偿,不必在程序生成之前考虑如何在程序中体现刀具或者工作台的轴心及其偏差。
本文研究的机床为AC轴双转台结构,主旋转轴为A轴,从动旋转轴为C轴,采用西门子840D数控系统,其具有RTCP功能,对刀时不考虑回转中心及偏差,程序中使用TRAORI激活五轴长度补偿,用CUT3DC激活五轴半径补偿。
2工件坐标找正方法
工件坐标找正基本方法如下:将千分表表座磁性吸附到主轴上,利用千分表调校转台位置,校好后固定工作台;装夹工件,将工件坐标系定位在工件上表面中心,将表头接触到工件上表面,用手旋转主轴让表头在工件上表面上划一个整圆,调整转台A轴,使千分表在转动的任意位置上读数基本相等,将机床坐标的A轴数值输入到预定工件坐标系G54对应A轴位置;取工件上中心线或某基准边,旋转C轴转台,X轴方向移动工作台,利用千分表调校,使该基准边和X轴平行,将机床坐标的C轴数值输入到G54对应C轴位置;然后采用寻边器或千分表分中对刀,找出相应工件坐标系原点的X、Y、Z坐标,置入到G54相应位置;最后测量刀长,将刀长输入到刀具长度补偿当中,完成对刀操作。
3工件坐标找正程序设计
设计程序的目的是为了减轻操作员的工作压力,减少操作失误,每步手动操作都设计给出相应的信息提示,坐标找正时的数据采用自动输入的方式。以西门子840D系统为例设计的工件坐标找正程序的部分代码如下:
4结论
此工件坐标找正程序以西门子840D系统为例,其他数控系统也可参照其程序结构进行适当修改。利用该程序操作员在工件坐标找正过程中不再需要人工读取坐标值对其进行计算和输入,找正完成后即可运行零件程序进行实际加工。经验证,该程序在零件生产过程中有很好的实用效果,具有一定的推广应用价值。
参考文献
[1]陈银清.数控加工中工件坐标系的建立及其对刀技巧[J].煤矿机械,2004(4):78-80.
[2]常家东,赵尊群.立式加工中心用对刀装置[J].煤矿机械,2004(9):78-79.