CNC旋盤の正確な工具位置合わせ方法！

この記事は非常に実践的な記事です。 まず、CNC 旋盤で一般的に使用される原理と工具調整方法を紹介します。 次に、Huazhong Century Star CNC 旋削システムの 4 つの手動試し切りと工具調整方法が紹介されました。 その工具位置合わせ精度を向上させるため、「自動試し切り→測定→誤差補正」の考え方に基づいてプログラム制御による自動試し切り方法を設計し、4つの精密工具位置合わせ方法をまとめて紹介しました。
CNC旋盤試し切りの原理と工具調整の考え方
CNC 旋盤の工具位置合わせ原理を深く理解することは、オペレーターが明確な工具位置合わせの考え方を維持し、工具位置合わせ操作を熟練し、新しい工具位置合わせ方法を提案するための指針となります。 ツールアライメントの本質は、プログラムによって変化するワーク座標系のプログラム原点の位置を独自の機械座標系で求めることです。 工具位置合わせの主なタスクは、基準工具プログラムの開始点の工作機械座標を取得し、基準工具に対する非基準工具の工具オフセットを決定することです。
この記事では、工具調整のための試し切り方法の原理と考え方を説明するために、以下の合意を行います。華中センチュリースター教示型旋削システム HNC-21T (アプリケーション ソフトウェア バージョン番号 5.30) を使用します。 ワーク右端面中心をプログラム原点とし、G92コマンドでワーク座標系を設定します。 直径プログラミングでは、プログラム開始点 H のワーク座標は (100, 50) です。 ツールホルダーには 4 つのナイフが取り付けられています。1 番目のナイフは外周 90 度の粗回転ナイフ、2 番目の基準ナイフは外周 90 度の微回転ナイフ、3 番目のナイフは切断ナイフ、4 番目のナイフは60 度の三角形のスレッドナイフ (本文全体で引用されている例はすべて同じです)。
図1に示すように、「ワークの外周と端面を手動で切削し、CRTに表示された試し切り点AのX、Z機械座標を記録し、押し出す」という考え方で基準工具を位置決めします。プログラム原点Oの機械座標を押し出し、最後にプログラム原点Hの機械座標を押し出します。」 点 A と点 O の工作機械座標間の関係によると、XO=XA - Φ d。 ZO=ZA、プログラム原点Oの機械座標を導出できます。 点 O に対する H のワーク座標 (100,50) に基づいて、最終的に点 H の工作機械座標は次のように導出されます: XH=100- Φ d。 ZH=ZA+50。 このようにして確立されたワーク座標系は、基準ツール先端の位置に基づいています。

図1 手動試し切りと工具位置合わせの模式図
図 2 に示すように、各ツール ホルダーの X 方向と Z 方向の伸びと位置が異なるため、非基準工具を加工位置まで回転させると、工具先端位置 B は点 A に対してオフセットされ、以前に確立されたワーク座標系は適用できなくなりました。 さらに、各工具は使用中にさまざまな程度の摩耗を受けるため、各工具の工具オフセットと摩耗値を補正する必要があります。 各ツールのオフセットを取得する基本原理は、各ツールがワークピース上の特定の基準点 (図 1 の点 A や点 O など) に位置合わせされることです。 CRT 上に表示される機械座標が異なるため、その点での非基準工具の機械座標は手動で計算されるか、システム ソフトウェア計算を通じて同じ点での基準工具の機械座標から減算され、各非基準工具の工具オフセットが得られます。参考ツール。

図 2 工具のバイアスと摩耗補正
さまざまな要因により、手動による試し切り工具の位置合わせの精度は非常に限られており、この段階の工具位置合わせは粗い工具位置合わせと呼ばれます。 より正確な結果を得るために、図 3 に示すように、加工前に部品の取り代範囲内で簡単な自動試し切りプログラムが設計されます。 「自動試し切り→測定→誤差補正」の考え方により、ベンチマークツールプログラムの開始位置と非ベンチマークツールのツールオフセットの調整を繰り返し、プログラム処理指令値と実測値との誤差を軽減します。値は精度要件を満たしています。 工具位置合わせのこの段階は、精密工具位置合わせと呼ばれます。
基準工具プログラムの開始点が正確な位置にあることを保証することが、正確な非基準工具オフセットを取得するための前提条件であるため、通常、後者を補正する前に前者を補正します。
この 2 段階の工具位置合わせを考慮すると、試し切り法の基本的な動作プロセスは、基準工具を用いて手動で試し切りを行い、工具位置基準点の工作機械座標を取得→手動計算または自動取得となります。各非基準工具の工具オフセット → 基準工具がプログラムのおおよその開始位置にある → 試し切りプログラムを使用して基準工具を調整し、サイズを測定した後、ツールホルダを段階的に移動またはMDI方式で誤差を補正し、プログラムの開始点の位置を修正 → 非基準工具の試し切りプログラムを繰り返し呼び出し、元の工具オフセットを基準に工具オフセットを修正 → 基準工具はそのままプログラムの正確な開始点。

図3 多刃試し切りと工具位置合わせの模式図
2 つのラフナイフ調整方法のまとめ
工具調整の準備作業は、次の各方法で同じです。 システム MDI 機能サブメニューで F2 キーを押して、工具偏差テーブルに入ります。 ▲ および キーを使用して青色のライト バーを各ナイフの対応するツール オフセット位置に移動し、F5 キーを押します。 工具オフセット番号 # 0000、# 0001、# 0002、# 0003、および # 0004 の X および Z オフセット データをゼロに変更し、F5 キーを押します。
1. 基準工具を標準工具として選択し、工具オフセット方法を自動設定します
図 1 および 4 に示すように、ツールの位置合わせの手順は次のとおりです。
1) ▲ キーを使用して青色の明るいバーを移動し、2 番目の基準工具の工具偏差 #0002 の位置に合わせます。 F5 キーを押して 2 番目のツールを標準ツールとして設定すると、その行が赤色の明るいバーに変わります。
2) 基準ナイフを使用してワークピースの右端面を切断し、切断点 A の Z マシン座標を記録します。 ワークの外周円を切削してみて、点AのX機械座標を記録し、工具を後退させた後に機械を停止し、切削した軸部分の外径Φ D を測定します。
3) ベンチマークナイフは記録値に従いジョグ＋ステップで A 点に戻り、工具偏差テーブルの試し切り径と試し切り長さの欄をΦ D とゼロに分けて入力します。
4) 工具を退避させ、基準工具以外の工具番号を選択し、手動で工具を交換します。 主軸を回転させながらジョグ＋ステップ方式で各非基準工具の刃先をA点に合わせ、対応する工具偏差番号Φ D とゼロの試し切り径欄と試し切り長さ欄に入力します。を使用すると、各非参照工具の工具バイアスが X および Z オフセット列に自動的に表示されます。
5) ベンチマークナイフが A 点に戻った後、MDI は「G91 G00/または G01 X [100]」-Φ D] Z50 を実行し、プログラムの開始位置に置きます。

図 4: ベンチマーク ナイフのツール オフセットの自動設定の概略図
2. 工具位置合わせ基準点で基準工具の座標をゼロに設定し、工具オフセット方法を自動表示します
図 1 および 5 に示すように、ツールの位置合わせの手順は次のとおりです。
1) 上記のステップ (2) と同じ。
2) ベンチマークナイフは記録値に従い、ジョグ＋ステップ方式で試し切り点 A に戻ります。
3) 図 4 のインターフェースで F1 を押して「X 軸をゼロ」に、F2 を押して「Z 軸をゼロ」にすると、CRT に表示される「実際の相対座標」は (0,{{7 }})。
4) 非基準工具を手動で変更して、その先端を視覚的に点 A に合わせます。この時点で、CRT に表示される「実際の座標に対する相対値」の値が、基準工具に対する工具の工具オフセットになります。 ▲ キーを使用して青色の明るいバーを非基準工具の工具オフセット番号に移動し、対応する位置に記録して入力します。
5) 上記のステップ (5) と同じ。

図5 基準工具の工具基準点ゼロ座標における工具オフセットの自動表示の模式図
外側円形シャフトセグメントの 3 つのマルチブレード試行カット、工具オフセット方法を取得するために手動で計算
図 6 に示すように、システムは工具 1、2、および 4 を手動で位置合わせし、ステップ軸を切削し、各工具の切削終点の機械座標を記録します (図 6 の点 F、E、および D に示すように)。各セグメントの直径と長さを測定します。 No.3の切刃を交換し、裏溝を切り、切刃の右先端を工具に合わせ、B点の座標を記録し、図の位置ΦD3、L3を測定します。 上記データを取得後、各工具に対応するF、E、D、B点とプログラム原点Oとの座標増加関係より、基準工具のプログラム原点の機械座標が決定されます。 (X2)- Φ D2+100、Z2-L2+50); さらに、各非基準工具のプログラム原点に対応する工作機械座標を導出し、手動計算により工具オフセットを取得することができます。 計算方法を表 1 に示します。記録および計算された値を対応するスペースに記入できます。 なお、試し切り長さとは、ワーク座標のゼロ点から試し切りの終点までのZ方向の方向距離を指し、ワークの方向に応じて正負の方向が決まります。座標軸。

図6 多刃手動試し切りの模式図

表 1 非基準ナイフのツールバイアスの計算表
この方法の試し切り加工は目視で試し切り点を合わせる作業が不要で簡単ですが、工具オフセットを手動で計算する必要があります。 計算式を記載した計算表を印刷し、該当箇所に数値を記入して計算すれば、工具オフセットを素早く計算できます。

図 7: Century Star 旋削加工の CNC システムにおける自動工具調整の概略図
4世紀スターターニングCNCシステム、マルチツール自動調心方式
上記のナイフ調整方法はすべて相対的なナイフ偏位方法です。 HNC-21T は専門スタッフによるパラメータ設定とシステムのデバッグを受けており、ユーザーは工具の位置合わせに「絶対工具偏差法」を選択することもできます。 絶対工具偏差法は、加工プログラミングにおける前述の相対工具偏差法とは若干異なります。 G92やG54でワーク座標系を確立したり、工具補正を解除したりする必要はありません。 たとえば、プログラム O1005 を参照してください。 工具の位置合わせの手順は次のとおりです。図 6 に示すように、システムがゼロに戻った後、各工具が手動で円筒形セクションに切断されます。 直径と長さの寸法を測定した後、図 7 に示すように、工具オフセット番号に対応する試し切り径を試し切り長さの欄に記入します。「外周円形軸セグメントの複数工具試し切り」で説明した原理に基づいて、手動で「ツールオフセット計算方法」を使用すると、システムソフトウェアが各ツールのプログラム原点の機械座標を自動的に計算できるため、ナイフの自動位置合わせの目標が達成されます。 このナイフの位置合わせ方法は最も迅速であり、工業生産に特に適しています。
5 つの正確なナイフの位置合わせ方法のまとめ
精密工具調整ステージの全体的な考え方は、「自動試し切り→測定→誤差補正」です。 誤差補正には、基準ツールのMDI動作用とステップ移動ツールホルダのプログラム開始位置の補正用の2種類があります。 非基準工具の場合は、工具オフセットまたは摩耗値を補正します。 記録時の混乱を避けるため、表 2 に示すようにテーブルを設計し、数値を記録および計算します。

表2 試し切り方法 ナイフ設定記録（単位：mm）
1. ベンチマークツール補正プログラムの開始位置を修正した後、各非ベンチマークツールのバイアス方法を個別に調整します
図 3 に示すように、ツールの位置合わせの手順は次のとおりです。
1) 基準工具は大まかな工具位置合わせ後のプログラムの開始位置にあり、各非基準工具のオフセットは工具偏差テーブル上の対応する位置に入力されます。
2) 呼処理Φ D2 × L2 の O1000 プログラムのトライアルカット。
3) 切断軸セグメントの直径と長さを測定し、プログラム指令値と比較し、誤差を計算します。
4) ステップバイステップ移動または MDI 動作エラー値、プログラムの開始位置を調整します。
5) 測定された寸法に従って、O1000 プログラム内の下線の指令値を動的に変更し、プログラムを保存します。 基準ツールプログラムの開始点が許容精度範囲内に修正されるまで、手順(2)と(3)を繰り返します。 修正したプログラムの開始点の工作機械座標を記録し、座標をゼロにリセットします。
6) O1001 (ナイフ 1、4)、O1002 (ナイフ 3) の試し切りプログラムをそれぞれ呼び出し、各断面の直径 Φ Di と長さ Li (i=1, 4, 3) を測定します。
7) 表 3 に示す方法に従って誤差補正を実行します。
8) 加工誤差が精度範囲内になり、基準工具が移動せずにプログラムの開始位置で停止するまで(6)～(7)を繰り返します。

表3 円筒軸セグメントの自動試し切りの実測寸法とプログラム指令値の誤差補正例（単位：mm）
2. ナイフごとにプログラムの開始位置を個別に調整する方法
この方法におけるナイフの位置合わせの原理は、各ナイフがそのプログラム開始位置を修正し、間接的に同じプログラム開始位置への位置合わせを保証することです。
図 3 に示すように、ツールの位置合わせの手順は次のとおりです。
1) No. 2 基準工具は、大まかな工具位置合わせの後、プログラムの開始位置にあり、すべての非基準工具オフセットが記録され、ゼロに修正されます。
2) (5) までの手順は、第 1 の精密工具位置合わせ方法と同じシリアル番号の工具位置合わせ手順と同じです。
(6) 非基準工具を個別に交換し、非基準工具プログラムの開始点の相対座標として記録された粗工具オフセットを使用し、試し切り用の O1000 プログラムを呼び出し、各セグメントの直径を個別に測定します。Φ 比較 Di長さ Li (i=1, 4, 3) とプログラム命令値を組み合わせて差を求めます。
(7) 誤差補正のためのツールホルダーのステップバイステップ移動または MDI 操作では、各非基準ツールのプログラム開始位置を個別に調整します。
(8) 各非基準工具プログラムの始点位置が許容精度範囲内になるまで、(6)、(7)を繰り返します。
(9) CRT に表示された相対座標を新しい工具オフセットとして、工具オフセット テーブルの対応する工具オフセット番号の X オフセットと Z オフセットの欄に入力します。 この方法は簡単で便利であり、CRT に表示された機械の相対座標から補正された工具オフセットが直接取得されるため、手動による計算エラーが回避され、高い工具位置合わせ精度が実現されます。
3. ベンチマーク ツール プログラムの開始位置を調整した後、ベンチマーク ツール以外のすべてのバイアスを同時に調整します。
この方法は基本的に最初の精密工具設定方法と同じですが、手順(7)で呼び出されるプログラムが3つのカッターで処理されるO1003プログラムを同時に呼び出す点が異なります(O1004は工具2の加工部を削除し、 O1003 プログラム)、その他の手順は同じです。
6 4 ナイフ同時トリミング方式
相対工具オフセット法を使用して大まかな工具の位置合わせを行う場合は、まず、取得した各非基準工具の工具オフセットを工具オフセット テーブル上の対応する位置に入力し、4 つの工具で処理される O1004 プログラムを実行し、各セグメントの直径を測定します。 Φ Di と長さ Li (i=2, 1, 4, 3) を個別に計算し、加工誤差を計算します。 基準ナイフの場合、MDI 操作またはステップバイステップ移動を使用してツール ホルダーの誤差値を補正し、プログラムの開始位置を調整します。 非参照工具の場合は、元の工具オフセットに基づいて工具オフセットが修正され、新しい工具オフセットが工具オフセット テーブルの X オフセット列と Z オフセット列に再入力されます。 一方、基準工具の加工誤差もこの行の摩耗欄に記入する必要があります。 絶対工具偏差法を大まかな工具位置合わせに使用する場合は、試し切り用の O1005 プログラムを呼び出し、工具偏差番号に対応する摩耗列の各工具の加工誤差を補正します。