淺談數(shù)控銑床幾種對(duì)刀方法的分析比較

夏順和

摘要：與傳統(tǒng)銑床相比，數(shù)控銑床具有銑床、鏜床、鉆床等強(qiáng)大功能，但隨著現(xiàn)代機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)對(duì)精度要求的逐步提高，它們對(duì)數(shù)控銑床的加工精度要求也在隨之提高。文章對(duì)數(shù)控銑床的重要性、數(shù)控銑床對(duì)刀前的準(zhǔn)備工作以及臥式數(shù)控銑床多工位加工中的對(duì)刀問(wèn)題等進(jìn)行闡述，對(duì)數(shù)控銑床幾種對(duì)刀方法進(jìn)行了分析比較。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；對(duì)刀方法；加工精度；機(jī)械加工；加工精度 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 文章編號(hào)1 概述

數(shù)控銑床是在傳統(tǒng)銑床基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型數(shù)控裝備，與傳統(tǒng)銑床相比，數(shù)控銑床的加工工藝基本不變，結(jié)構(gòu)也基本相似。但是數(shù)控銑床因采用數(shù)控技術(shù)，因而能加工輪廓形狀比較復(fù)雜的零件，相比傳統(tǒng)銑床具有零件加工適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，比如可以加工用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線零件以及三維空間曲面類(lèi)零件；還具備在加工一次裝夾定位后可以進(jìn)行多道工序加工零件的功能；數(shù)控銑床加工精度高，數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量一般為0.001mm，生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，不但可以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可有效避免了操作人員的操作失誤；數(shù)控銑床一般不需要使用專(zhuān)用夾具，在更換加工工件時(shí)只需調(diào)整數(shù)控裝置中的加工程序、裝夾工具和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)，因此，數(shù)控銑床可以使工作效率得到明顯

提高。

2 數(shù)控銑床對(duì)刀的重要性

數(shù)控銑床分為帶刀庫(kù)和不帶刀庫(kù)兩大類(lèi)，其中帶刀庫(kù)的數(shù)控銑床又稱為加工中心。選用數(shù)控銑床刀具時(shí)，要根據(jù)被加工零件的幾何形狀、材料、表面質(zhì)量要求、切削性能及加工余量等選擇剛性好、耐用度高的刀具。銑刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角等，為滿足不同的加工需要，有多種角度組合型式。對(duì)于數(shù)控銑床加工而言，其加工步驟主要為工藝分析、數(shù)學(xué)計(jì)算、編程及模擬、對(duì)刀、試切、正式加工等環(huán)節(jié)。其中，保證數(shù)控銑床加工質(zhì)量的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)就是對(duì)刀，這是由于數(shù)控銑床本身的加工過(guò)程是按照編制程序進(jìn)行控制的，只有建立正確合理的坐標(biāo)系，才能保證刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的合理性，進(jìn)而保證加工質(zhì)量。數(shù)控銑床坐標(biāo)系分為機(jī)床坐標(biāo)系和機(jī)械坐標(biāo)系兩種，其中機(jī)床坐標(biāo)系是以機(jī)床參考點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)建立的坐標(biāo)系，而機(jī)械坐標(biāo)值才是判斷刀具位置的重要依據(jù)。對(duì)于數(shù)控銑床來(lái)說(shuō)，由于工件原點(diǎn)是一個(gè)“動(dòng)”點(diǎn)，只有確定工件原點(diǎn)的機(jī)械坐標(biāo)值才能夠準(zhǔn)確地將編制程序運(yùn)用到數(shù)控銑床加工之中，而想要準(zhǔn)確地確定工件原點(diǎn)的機(jī)械坐標(biāo)值就必須通過(guò)對(duì)刀來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 數(shù)控銑床對(duì)刀前的準(zhǔn)備工作

3.1 對(duì)刀點(diǎn)的確定

對(duì)刀點(diǎn)是工件在機(jī)床上定位裝夾后，用于確定工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。對(duì)刀點(diǎn)的準(zhǔn)確性是保證數(shù)控銑床加工精度的重要前提，因此對(duì)刀點(diǎn)的確定十分重要。“對(duì)刀點(diǎn)”又被稱為“起刀點(diǎn)”和“程序起點(diǎn)”，其確定原則一般如下：（1）對(duì)刀點(diǎn)要有利于程序編程；（2）對(duì)刀點(diǎn)位置需容易被查看，進(jìn)而方便機(jī)械加工；（3）對(duì)刀點(diǎn)位置需容易被檢驗(yàn)，進(jìn)而便于提高工件的加工精度；（4）在一般情況下，對(duì)刀點(diǎn)采用的均是工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。

3.2 換刀點(diǎn)的確定

在數(shù)控銑床加工過(guò)程中難免遇到多刀加工，無(wú)論是自動(dòng)換刀還是手動(dòng)換刀，都需要確定換刀點(diǎn)的位置。因此，確定換刀點(diǎn)對(duì)于數(shù)控銑床多刀加工時(shí)的精度掌握十分重要。一般情況下，換刀點(diǎn)確定是以不允許碰傷刀具、夾具和工件為原則，換刀點(diǎn)在加工工件的輪廓外，并留有一定的安全空間。

4 臥式數(shù)控銑床多工位加工中的對(duì)刀問(wèn)題

對(duì)于臥式數(shù)控銑床（設(shè)工作臺(tái)沿X向、Y向移動(dòng)，主軸沿Z向移動(dòng)），當(dāng)主軸和工作臺(tái)分別回零后，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心將與機(jī)床參考點(diǎn)在水平面內(nèi)的投影重合。此時(shí)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心到主軸軸線與主軸前端面的交點(diǎn)的距離為XC、YC；機(jī)床坐標(biāo)系下顯示的坐標(biāo)值此時(shí)為零，當(dāng)主軸或工作臺(tái)移動(dòng)后，機(jī)床坐標(biāo)系下所顯示的X、Y值就是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心相對(duì)機(jī)床參考點(diǎn)的坐標(biāo)值，主軸中心相對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的Z坐標(biāo)值。在確定的工位，移動(dòng)主軸（沿Z向移動(dòng)）和工作臺(tái)（沿X、Y向移動(dòng)），使所選的工件原點(diǎn)在X向、Y向與主軸軸線重合，在Z向與主軸前端面重合，即刀位點(diǎn)與工件原點(diǎn)重合，這時(shí)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，即為該工位時(shí)工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。將此值輸入到零點(diǎn)偏置寄存器相應(yīng)位置，就可使用G54-G59指令建立工件坐標(biāo)系。若使用G92指令建立工件坐標(biāo)系，則刀位點(diǎn)也為主軸軸線與主軸前端面的交點(diǎn)，主軸和工作臺(tái)的起始位置（程序起點(diǎn)）都在零點(diǎn)，則輸入到零點(diǎn)偏置寄存器的值的負(fù)值即為G92指令后的X、Y、Z坐標(biāo)值。

5 數(shù)控銑床幾種對(duì)刀方法的分析比較

數(shù)控銑床加工時(shí)，對(duì)刀一般以機(jī)床主軸軸線與刀具端面的交點(diǎn)為刀位點(diǎn)。因此，無(wú)論采用何種工具對(duì)刀，目的都是為了使機(jī)床主軸軸線與刀具端面的交點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)重合。

5.1 對(duì)刀點(diǎn)為圓柱孔的中心線

5.1.1 采用千分表對(duì)刀。該種操作方法比較麻煩，效率較低，但對(duì)刀精度較高，對(duì)被測(cè)孔的精度要求較高，該方法適用于經(jīng)過(guò)鉸或鏜加工的孔，對(duì)于粗加工后的孔不宜采用該方法。

5.1.2 采用尋邊器對(duì)刀。光電式尋邊器一般由柄部和觸頭組成，兩者之間存有一個(gè)固定的電位差。當(dāng)觸頭裝在機(jī)床主軸上時(shí)，工作臺(tái)上的工件與觸頭電位相同，當(dāng)觸頭與工件表面接觸時(shí)就形成回路電流，使內(nèi)部電路產(chǎn)生光、電信號(hào)。該方法與千分表對(duì)刀相比較，操作簡(jiǎn)單，但精度較低。

5.2 對(duì)刀點(diǎn)為兩相互垂直直線的交點(diǎn)

5.2.1 采用碰刀方式對(duì)刀。對(duì)于精度要求不高的加工，可以采用加工時(shí)所使用的刀具直接進(jìn)行碰刀對(duì)刀，該方法比較實(shí)用，但由于其產(chǎn)生碰刀就會(huì)在工件表面留下痕跡，進(jìn)而影響到對(duì)刀精度。為避免損傷工件表面，可以在刀具和工件之間加入塞尺進(jìn)行對(duì)刀，在編程計(jì)算時(shí)就應(yīng)將塞尺的厚度減去。

5.2.2 機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀。機(jī)外對(duì)刀儀是用來(lái)測(cè)量刀具的長(zhǎng)度、直徑和刀具形狀、角度的專(zhuān)業(yè)工具。用機(jī)外對(duì)刀儀還可測(cè)量刀具切削刃的角度和形狀等參數(shù)，有利于提高加工質(zhì)量。在使用對(duì)刀儀時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：（1）使用前要用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刀心軸進(jìn)行校準(zhǔn)，每次使用前要對(duì)Z軸和X軸尺寸進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定；（2）靜態(tài)測(cè)量的刀具尺寸和實(shí)際加工出的尺寸之間有一差值，靜態(tài)測(cè)量的刀具尺寸應(yīng)大于加工后孔的實(shí)際尺寸，因此對(duì)刀時(shí)要考慮一個(gè)修正量，一般該修正量依靠操作者的經(jīng)驗(yàn)預(yù)選，一般要偏大0.01～0.05mm。

5.3 刀具Z向?qū)Φ?/p>

Z向?qū)Φ兑话阌袃煞N方法：

5.3.1 機(jī)上對(duì)刀：該方法是采用Z向設(shè)定器依次確定每把刀具與工件在機(jī)床坐標(biāo)的相互位置關(guān)系。

5.3.2 機(jī)上對(duì)刀配合機(jī)外刀具預(yù)調(diào)，該方法對(duì)刀精度和效率高，但投資大。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)刀是影響數(shù)控銑床加工質(zhì)量的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，在數(shù)控銑床對(duì)刀前必須做好對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)的確定，進(jìn)而確定工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。數(shù)控銑床的對(duì)刀方法有很多種，不同對(duì)刀方法有著不同特點(diǎn)，無(wú)論采用何種工具對(duì)刀，目的都是為了使機(jī)床主軸軸線與刀具端面的交點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)重合，提高加工精度，促進(jìn)機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）：1009-2374（2015）09-0077-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0794