數控加工中對刀的原理及方法

邵 峰

（廣西工業職業技術學院，廣西南寧530001）

數控技術是集傳統的機械制造、計算機、現代控制技術、傳感技術、信息處理和光機電一體化的高新技術，是制造業實現自動化、柔性化和集成化生產的基礎。數控技術的飛速發展，正在對機械制造業的傳統生產方式和產品結構產生深刻的影響，機械制造的數控化，也已成為全球制造業的一個發展方向。而模具制造技術的迅速發展，已成為現代制造技術的重要組成部分。具體表現在：模具CAD/CAM技術、銑削加工技術、快走絲線切割技術、電火花加工技術等多個方面。這對提高生產力具有積極意義。而模具加工技術中，一項很重要的工作就是對刀操作。對刀操作不正確，一方面直接影響零件的加工質量，另一方面可能導致刀具與數控機床發生碰撞。本文主要敘述數控加工中常用對刀操作方法及其原理。

1 數控加工的對刀原理

工件在機床上定位裝夾后，必須確定工件在機床上的正確位置，這個確定位置的過程，就是通過對刀來實現的。

1.1 機床坐標系和工件坐標系

機床坐標系是指以機床的機械原點為坐標原點建立的坐標系。數控機床的機床原點，在出廠之前已經調整好，一般不允許用戶變動。其他坐標系的建立，都以機床原點為基準。數控機床每次開機、斷電、故障和圖形模擬后，都要進行一次手動“回零”的操作。“回零”后，使刀架或工作臺返回機床參考點。數控機床回到參考點后，機床坐標系才能回到正常的狀態。數控車床的機械原點，通常在卡盤前端面與主軸中心線的交點處；數控銑床和加工中心的機械原點，是數控機床零位，各坐標為零的一個特定位置。

工件坐標系又叫編程坐標系，是以工件原點或程序原點為坐標原點建立的坐標系。工件原點或程序原點，是人為設定的，在理論上可以是工件上或外面的任意一點，但如果選取不當，編程時坐標的計算將非常復雜。因此，選取工件坐標系原點的原則是：

（1）應使編程簡單；

（2）在機床上找正容易；

（3）加工過程檢查方便；

（4）引起的加工誤差小。

具體選取的程序原點，應和零件的定位基準有一定的尺寸聯系，這樣才能確定機床坐標系和工件坐標系之間的關系。一般將程序原點選取在零件的設計基準或工藝基準上。數控車床通常將工件原點選在工件右端面與中心線的交點處；數控銑床可選兩垂直邊的交點或上表面的中心；對以孔定位的零件，可選孔的中心為工件原點。對于Z軸方向的工件原點，一般選在工件的表面，并盡量選在精度較高的表面，必要時，可在表面先光一刀，以得到一個較平整的表面。

1.2 對刀操作包含的內容

對刀操作實質包含三方面內容：

（1）刀具上的刀位點與對刀點重合；

（2）編程原點與機床參考點之間建立某種聯系；

（3）通過數控代碼指令確定刀位點與工件坐標系位置。

其中，刀位點是刀具上的一個基準點(車刀刀位點為刀尖，平頭立銑刀刀位點為端面中心，球頭刀刀位點通常為球心)，刀位點相對運動的軌跡，就是編程軌跡；對刀點就是加工零件時，刀具上的刀位點相對于工件運動的起點；而機床參考點是數控機床上的一個固定基準點，一般機床工作前，必須先進行回參考點操作，各坐標軸回零，才能建立機床坐標系。

1.3 對刀點位置確定

一般來說，對刀點應選在工件坐標系原點上，這樣有利于保證對刀精度，減少對刀誤差。也可以將對刀點或對刀基準設在夾具定位元件上，有利于批量加工時工件坐標系位置的準確。

2 數控車床的對刀

對刀是數控車削加工中極其重要的一項基礎工作，試切對刀法，因其較高的準確性和可靠性而得到廣泛應用。下面以GSK980T車床為例，介紹G50試切對刀法（如圖1所示）。

圖1 試切對刀法示意圖

程序的一般格式：

O1000(程序名)

N10 T0101(調用基準刀刀補值建立工件坐標系)

N20 G90G00 X100 Z50；

N30 M03 S800 ；(主軸起動)

……

N300 M30；(程序結束)

（1）裝夾好用于對刀的鋼材工件和刀具；

（2）主軸正轉，手輪方式，基準刀（01號刀）沿表面A切削，將工件右端面車一刀；

（3）Z軸不動，沿X軸釋放刀具；

（4）取工件左端面中心為工件原點，測量A表面與工件原點之間的距離b，程序錄入方式下，先輸入“G50”按“輸入”健，再輸入“Zb”再按“輸入”，點擊“循環啟動”。把當前Z向絕對坐標設為b；

（5）手輪方式沿表面B切削；

（6）X軸不動，沿Z軸釋放刀具，停主軸；

（7）測量直徑α，程序錄入方式下，先輸入“G50”按“輸入”，再輸入“Xα”再按“輸入”，點擊“循環啟動”，把當前的X向絕對坐標設為α；

上述操作，實際上是將用于試切的刀具作為標準刀，根據標準刀具建立坐標系，使其刀補為零。刀架上的其它他刀具，則要通過和標準刀作比較，比較它們在X和Z方向的長度之差，系統會自動計算出其差值，作為其他刀具的刀補值。方法是利用工件上的試切表面作間接比較，具體操作不再詳述。

3 數控銑床的對刀

在數控銑床削加工操作中，對刀的方法比較多，本文以XD-40數控銑床(采用FANUC—0iMATE數控系統)為例，通過程序引入，介紹試切對刀操作方法。

我們通常使用CRT/MDT畫板[of fset]功能鍵、[坐標系]選擇鍵設置6個工件坐標系，然后通過在程序中指定一個代碼來選擇其中的任一個，建立工件坐標系。

程序的一般格式：

O1000(程序名)

N10 G54 G90 G01 X0 Y0 Z80 F100；

(采用G54建立的工件坐標系編程)

N20 M03 S800 ；(主軸起動)

……

N300 M30；(程序結束)

3.1 X方向對刀（左右方向）

（1）試切左側。將工作方式打到手動，主軸正轉，進給換到手輪方式，降低速度，移刀試切左側，直到銑刀周刃輕微接觸工件即停止進給，增大速度，Z方向抬刀；

（2）按設置（軟鍵）—X鍵—起源，屏幕X相對坐標清零；

（3）移刀試切左側，銑刀周刃輕微接觸工件即停止進給，增大速度，Z方向抬刀，主軸停止；

（4）讀機床坐標X相對坐標值除以2，計算工件中心X相對坐標位置；

（5）用手輪方式將刀移到X方向中心位置。

3.2 Y方向對刀

（1）試切前側。將工作方式打到手動，主軸正轉，進給換到手輪方式，降低速度，移刀試切前側，直到銑刀周刃輕微接觸工件即停止進給，增大速度，Z方向抬刀，主軸停止；

（2）按設置（軟鍵）—Y鍵—起源（軟鍵），屏幕Y相對坐標清零；

（3）移刀試切后側，直到銑刀周刃輕微接觸工件即停止進給，增大速度，Z方向抬刀，主軸停止；

（4）讀機床坐標Y相對坐標值除以2，計算工件中心Y相對坐標位置；

（5）用手輪方式將刀移到Y方向中心位置。

3.3 Z方向對刀

（1）降低速度，主軸正轉，用手輪方式移刀試切表面，直到銑刀輕微接觸工件即停止進給；

（2）記下此時的Z值即為Z0值。

3.4 自動測量并輸入偏移值及手動輸入刀具半徑補償值

（1）自動測量并輸入偏移值。按OFFSET鍵—坐標系—將光標移動到G54處對應X、Y、Z處，分別輸入X0測量、Y0測量、Z0測量（EXECT處的基本零偏必須X、Y、Z都為0。）

（2）輸入刀具半徑補償。試切法對刀方法簡單，但會在工件上留下痕跡，且對刀精度較低，適用于零件粗加工時對刀操作。

4 結束語

數控加工時的對刀操作，是數控加工的關鍵，只有掌握了對刀的原理和要領，明白了對刀的目的和作用，才能快速而正確地完成好對刀操作。同時機床操作者采用何種方式對刀，也是根據現場情況，零件加工階段和操作者的習慣，目的是使整個對刀操作簡潔，并保證零件加工質量。

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