徐建君

（中國(guó)石化集團(tuán)江漢石油管理局職工培訓(xùn)中心，湖北 潛江433121）

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷普及，數(shù)控加工在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越廣泛。普通車床加工過程中，工件的裝夾、進(jìn)刀量、主軸的轉(zhuǎn)速、走刀路線、吃刀量等均由操作者人為實(shí)時(shí)控制和調(diào)整，而數(shù)控加工則不然，大部分操作均由程序控制。為保證數(shù)控加工的精度和可重復(fù)性，在數(shù)控加工過程中，工件裝夾后的準(zhǔn)確定位尤為重要，特別是主軸方向（Z方向 ）的位置定位。

1 常用傳統(tǒng)定位方法的不足

1.1 三爪自定心卡盤定位

在批量生產(chǎn)中，三爪自定心卡盤定位最為常見。三爪卡盤具有自動(dòng)定心功能，即在機(jī)床坐標(biāo)系X徑向自動(dòng)定位，方便快捷；但是，它不具備主軸橫向上也就是機(jī)床坐標(biāo)系Z向的自動(dòng)定位的功能。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，三爪自定心卡盤實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)主軸Z軸方向的定位主要有兩種方法。

一是將三爪卡盤的卡爪反向安裝，利用三爪的凸起臺(tái)階進(jìn)行Z向的定位，如圖1所示。傳統(tǒng)的卡盤都是圖示2所示方位進(jìn)行安裝的，即正爪，只能進(jìn)行X向的徑向定位，不能進(jìn)行Z向定位。將三爪反向安裝后，不但能進(jìn)行X向的徑向自動(dòng)定心，又能同時(shí)進(jìn)行軸向的（Z向）定位，可實(shí)現(xiàn)工件的快速裝夾。

圖1 卡爪反向安裝裝夾

圖2 三爪卡盤常規(guī)裝夾

二是對(duì)可用內(nèi)孔進(jìn)行定位的工件，按圖3所示的方法裝夾，也能實(shí)現(xiàn)軸向（Z向 ）的快速定位。這種裝夾方式，夾緊力的方向是沿卡盤平面徑向向外的，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但不足之處是，這種裝夾方法對(duì)工件的內(nèi)徑尺寸有一定的要求，如果內(nèi)徑太小，三爪不能伸入工件內(nèi)孔，就無法裝夾。

圖3 三爪卡盤內(nèi)孔定位裝夾

以上兩種軸向定位的裝夾方式，較適合盤類零件的定位裝夾，對(duì)軸類零件的軸向定位裝夾卻較難實(shí)現(xiàn)。

1.2 軸向定位塊定位法

軸向定位塊定位法就是在三爪自定心卡盤內(nèi)設(shè)置軸向定位塊，利用定位塊限制工件的軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件定位，如圖4所示。軸向定位塊左端面與卡盤平面緊靠，右端面與工件的左端面緊靠，這樣，工件在軸向即機(jī)床坐標(biāo)Z向就不能移動(dòng)，起到了Z向定位的作用。

圖4 軸向定位塊定位

利用定位塊進(jìn)行定位的優(yōu)點(diǎn)是方便快捷，成本低，定位效率高。缺點(diǎn)就是制作定位塊費(fèi)時(shí)費(fèi)料，對(duì)不同尺寸的工件，定位塊不具通用性。所加工工件尺寸不同，對(duì)定位塊的尺寸也有相應(yīng)的要求，因此，往往每加工一批不同規(guī)格的零件，就要設(shè)計(jì)并制作出不同尺寸和形狀的定位塊。但對(duì)大批量的單一工件加工，應(yīng)用定位塊定位不失為一種既經(jīng)濟(jì)又高效的方法。

1.3 專用夾具定位法

對(duì)于專業(yè)性較強(qiáng)的產(chǎn)品加工及采用流水線大批量加工特定形狀產(chǎn)品的，為了提高生產(chǎn)效率和保證加工精度，常需要設(shè)計(jì)專用夾具進(jìn)行定位。專用夾具的設(shè)計(jì)要求比較高，造價(jià)昂貴，定位精度高，但通用性差。一個(gè)專用夾具只能針對(duì)一種規(guī)格的產(chǎn)品，而不能用于其它規(guī)格的零件加工。圖5是一個(gè)專用夾具的圖例，圖中可以看到，左側(cè)是夾具連接盤，右側(cè)是專用夾具。夾具與連接盤用螺栓連接，專用夾具的行程與裝夾均受到一定的限制。

圖5 專用夾具定位

2 數(shù)控車床刀架定位方法介紹

常用傳統(tǒng)工件定位法各有優(yōu)缺點(diǎn)，不能完全滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，特別是數(shù)控加工的需要。在數(shù)控加工過程中，刀架定位方法可以彌補(bǔ)這些常用定位方法的不足，利用數(shù)控車床的刀架定位功能及刀架對(duì)工件的限位作用，進(jìn)行工件定位，效果理想，不僅定位精度高，且方便快捷。

在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，數(shù)控車床的定位精度可以輕易的達(dá)到0.01 mm。利用其這一優(yōu)勢(shì)，可輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床刀架的精準(zhǔn)定位。以FANUC Oi－TD數(shù)控系統(tǒng)為例，定位方法如下：

1）在手動(dòng)狀態(tài)下，將某一空刀位作對(duì)刀操作。（注意該刀位必須為空，但同樣進(jìn)行對(duì)刀操作）

2）在數(shù)控編程時(shí)，用G00將數(shù)控刀架定位在一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢?，然后?M00程序設(shè)置暫停。

3）操作者將工件的右側(cè)端面向刀架側(cè)面靠緊。

4）保持工件軸向位置不動(dòng)，擰緊三爪卡盤，實(shí)現(xiàn)工件的Z向定位。

5）按下循環(huán)啟動(dòng)鍵，繼續(xù)啟動(dòng)程序。進(jìn)入自動(dòng)加工階段。

刀架定位法應(yīng)用舉例（數(shù)控系統(tǒng)以FANUC Oi－TD為例 ）：

圖6所示的工件，毛坯的尺寸為Φ64×150 mm，由于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為工件的右端面。因此，采用工件的右端面為定位基準(zhǔn)面，采用刀架定位法進(jìn)行工件毛坯的定位裝夾，較為適宜。

圖6 待加工零件圖

編程如下：

O0313：

N10 T0303……………調(diào)出刀架空刀位（3號(hào)刀不能裝刀具 ）。

N20 G00 X0…………快速定位到主軸中心線上。

N30 G00 Z50…………根據(jù)工件伸出的長(zhǎng)度要求，軸向定位到50 mm處。

N40 M00……………程序無條件暫停（此時(shí)進(jìn)行工件裝夾，如下圖所示：安裝時(shí)將工件右側(cè)端面與刀架左側(cè)的平面靠緊后上緊卡盤。（安裝后的效果如圖7所示）。

圖7 刀架定位裝夾工件

N50 G00 Z250………裝夾完成后刀架快速退出。

N60 G00 X100………退到換刀點(diǎn)。

N70 T0101……………換刀，進(jìn)入自動(dòng)加工程序。

（以下自動(dòng)加工程序略）。

在N10程序段，數(shù)控系統(tǒng)將會(huì)執(zhí)行三號(hào)車位，注意三號(hào)刀位不要裝刀，因?yàn)橐么说段坏目ūP方向的一個(gè)側(cè)面進(jìn)行工件的定位。也即將此刀位的側(cè)面與工件的右端面靠緊，從而達(dá)到Z向的定位。

N20和N40兩個(gè)程序段的其作用是，當(dāng)數(shù)控程序執(zhí)行完N30程序段后，三號(hào)刀位所在的刀架平面將會(huì)停在坐標(biāo)（0，50）處，此時(shí)將工件的右側(cè)端面緊貼三號(hào)車刀刀架側(cè)面，再將三爪卡盤擰緊。這樣，工件在機(jī)床中軸向也即Z向位置也就固定下來了。不用定位塊也起到了軸向定位的作用。

對(duì)于N50和N60程序段，程序執(zhí)行完這兩段后，刀架已經(jīng)距離工件右端面有一定的安全距離。也就為N70程序段的換刀做好準(zhǔn)備。當(dāng)執(zhí)行完程序段N70后。程序進(jìn)入正常運(yùn)行階段，與平時(shí)的編程沒有什么兩樣。在此不再贅述。

3 刀架定位法的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：工件在機(jī)床中的定位是巧妙利用了機(jī)床本身的自動(dòng)精確定位功能進(jìn)行定位的，由于數(shù)控車床的定位精度可以達(dá)到0.01 mm。所以，采用刀架定位工件的方法可以達(dá)到較高的定位精度。并且編程操作起來也相當(dāng)?shù)姆奖?、?shí)用、經(jīng)濟(jì)。

缺點(diǎn)：首先，程序中有M00無條件程序暫停。將裝夾工件的整個(gè)過程放在程序執(zhí)行的階段，比較麻煩、操作者也會(huì)感覺與平時(shí)的操作方法不太一樣。也不太習(xí)慣。并且，由于裝夾工件是在程序執(zhí)行中進(jìn)行，如果在裝夾工件的過程序中由于強(qiáng)的電磁干擾或者天氣原因（如打雷）而干擾到數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)，可能使程序自行啟動(dòng)，從而造成安全隱患。當(dāng)然，這種可能性微乎其微。其次，采用刀架進(jìn)行定位，必須空出一個(gè)刀位（因該刀架的側(cè)面要與工件的右端面接觸，若裝有刀具，則可能導(dǎo)致在夾緊的過程中使刀尖受損，造成經(jīng)濟(jì)損失 ）。

4 結(jié)論

在用數(shù)控車床進(jìn)行加工的過程中，利用數(shù)控車床具有的精確定位能力和刀架的限位作用，實(shí)現(xiàn)工件裝夾過程中的準(zhǔn)確定位，即為刀架定位法。刀架定位法定位精度高，廣泛適用于不同尺寸的工件，且操作方便，安全可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，值得在數(shù)控加工生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

［1］顧佩蘭，朱生根.數(shù)控車工：高級(jí)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：57－102.

［2］金福吉，周維泉，舒榮輝等.數(shù)控大賽［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：361－362.

［3］羅光秀.機(jī)械制圖［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008：165－174.

［4］袁鋒.數(shù)控車床培訓(xùn)教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：193－240.