數控銑床的對刀分析研究

摘 要：文章主要通過分析研究對刀實質，并結合工作實例，綜合分析對刀數據，以達到充分理解對刀操作過程的真正目的，最終直接或間接找到對刀點與工件上編程原點的關系，通過以上對刀操作和數據分析，再分析對刀點的機械坐標系值，以方便靈活建立工件坐標系。

關鍵詞：對刀；編程原點；機械坐標系；工件坐標系

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.194

0 引言

數控機床在自動加工零件前，必須要進行對刀操作，目的是建立工件坐標系（也稱為編程坐標系）。因為任一個被加工零件，當裝夾在工作臺上后，相對于機床坐標系（廠家設定的固定點）的位置是任意的，所以為了確定零件上編程原點在機床坐標系中的位置，就要對加工零件進行對刀操作。通過對刀操作也就確定了工件坐標系、刀具刀位點和機床坐標系三者的關系。通俗講就是首先讓刀具的對刀點和加工零件上的工件坐標系原點一致或有固定的數值關系，直接將工件坐標系的原點位置或間接計算工件坐標系的原點位置在機床坐標系中的坐標值存儲到預置坐標系代碼中，比如G54～G59，數控系統在調用該代碼時就會將該點作為工件坐標系的原點。下面我們以FANUC 0i數控系統為例，分析對刀實質并結合對刀實例，指引我們靈活建立工件坐標系。

1 對刀實質

如某一機床對加工零件進行對刀時，刀位點在機床坐標系中的坐標值為（X1，Y1，Z1），這個值可以直接從機床坐標系讀取，那么該刀位點在工件坐標系中的坐標值（x1，y1，z1）卻未知，這正是我們所要求解的，只能通過某種關系間接得到，這種關系的獲得就是對刀。我們通過對刀知道了（x1，y1，z1），就可以間接計算工件坐標系原點在機床坐標系中的坐標值（X1-x1，Y1-y1，Z1-z1）。將該點機床坐標系值存儲到預置坐標系G54～G59中，即建立了工件坐標系，機床在自動加工時只需要調用該機床坐標系編制程序就可以完成零件加工。

那么如何間接得到（x1，y1，z1）呢？在我們日常加工中有很多種（對刀）方法，而且其中心思想是統一的，最終目的是確定（X1-x1，Y1-y1，Z1-z1）值。

2 對刀方法

對刀的方法有很多種，比如試切對刀法，塞尺、標準芯棒和塊規對刀法，光電尋邊器、機械尋邊器和Z軸設定器等工具對刀法，頂尖對刀法，百分表（或千分表）對刀法等，方法繁多，但萬變不離其宗，最終都是直接或間接的找到刀具對刀點在機床坐標系的坐標值。

試切對刀法即通過直接觸碰工件，讓刀具刀位點與工件坐標系原點重合，如圖2所示，采用分中法讓刀具刀位點與工件的中心和上表面重合，該種方法簡單方便，但容易在工件表面留下切削痕跡，影響加工工件的外觀，而且對刀精度較低；塞尺、標準芯棒和塊規對刀法是在刀具和工件之間加上塞尺、標準芯棒或塊規等標準工具，間接找到或計算工件坐標系的原點，如圖3所示，該方法主軸不轉，也避免了因試切對刀法對工件表面的破壞，但該觸碰屬于剛性接觸，如操作不仔細，很容易損壞刀具甚至標準工具，對刀效率和精度也不高；光電、機械尋邊器和Z軸設定器對刀法是借助中間測量工具來對刀，該種方法是試切對刀法和塞尺對刀法的綜合，接觸由直接變為間接，由剛性變為柔性，對刀操作簡便，精度也較高，在日常生產中應用最為廣泛；頂尖對刀法是借助劃線直接讓頂尖點與工件坐標系原點重合，有其弊端，一般不常用；百分表（千分表）對刀法是利用兩個圓心相對工件對稱來確定工件中心，對刀精度也相對較高，對于圓形工件較之簡單。

3 實例分析

對刀方法很多，但可分為兩大類，直接接觸法和間接接觸法。下面結合試切對刀法（直接）和塞尺對刀法（間接）的操作過程，如圖1和圖2所示，分析研究對刀過程及數據關系。

3.1 XY向對刀

（1）將工件裝在工作臺上，工件的四個側面都應留出切削高度或對刀的位置。

（2）起動主軸旋轉（塞尺對刀主軸不轉），手輪模式，倍率x100，快速移動工作臺和主軸，讓刀具快速移動到靠近工件左側有一定安全距離的位置，然后降低速度接近工件左側；

（3）倍率調到x10，刀具慢慢接近工件左側，試切法通過聽聲音、看切痕、觀切屑讓刀具恰好觸碰工件（塞尺法將塞尺放置于刀具和工件之間，隨著刀具接近工件來回移動，塞尺在刀具和工件之間松緊合適，一般為移動0.01mm塞尺過不去，后退0.01mm恰好過去合適）。將此時的相對坐標系X歸零（此時機床坐標系為X1）。

（4）沿Z正方向退刀，至工件表面以上，用同樣方法接近工件右側，記下此時相對坐標系中的X坐標值（此時機械坐標系為X2）。

（5）沿Z正方向退刀，至工件表面以上，將此時的相對坐標系X值移動到X/2，X再歸零（此時機械坐標系為X3）。

（6）用同樣的方法找到Y/2（三個位置的機械坐標系各對應為Y1、Y2和Y3）。

（7）切換到off-set坐標系界面，在G54中輸入X0測量，Y0測量。X0Y0對刀完畢。

3.2 Z向對刀

（1）將刀具快速移至工件上方。

（2）主軸正轉（塞尺對刀主軸不轉），手輪模式，倍率x100，讓刀具快速移動到靠近工件上表面有一定安全距離的位置，倍率x10，降低速度移動讓刀具端面接近工件上表面。

（3）倍率x10，讓刀具端面慢慢接近工件表面（注意刀具特別是立銑刀時最好在工件邊緣下刀，刀的端面接觸工件表面的面積小于半圓，盡量不要使立銑刀的中心孔在工件表面下刀），使刀具端面恰好碰到工件上表面（塞尺法讓塞尺在刀具和工件之間松緊合適），再將Z軸再抬高0.01mm，相對坐標系中Z歸零（此時機械坐標系為Z）。

（4）切換到off-set坐標系界面，在G54中輸入Z0測量（塞尺法輸入Z10測量）。Z0對刀完畢。

3.3 數據分析

根據兩種方法對刀過程，采集其對應機械坐標系和相對坐標系數據，如表1所示，分析兩組數據，可知不論是直接對刀還是間接對刀，雖然觸碰點不同，但最終目的是找到該工件的中心點，并且該中心點在誤差允許的范圍內機械坐標系的值顯示基本相同，試切對刀法為（-463.050，-206.325，-286.642），塞尺對刀法為（-463.005，-206.125，-286.620），該誤差在實際加工中可以忽略，可見，只要通過一定的方式或方法，直接或間接地確定刀位點與工件坐標系原點的關系，就可以確定工件坐標系原點在機床坐標系中的值，也就確定了編程原點。

4 結語

文章通過解剖對刀實質，結合兩種對刀實例，分析對刀數據，充分理解對刀目標和實質，以指導日常生產中的對刀操作，無論加工工件如何復雜，只要通過觸碰關系直接或間接找到刀位點與工件坐標系的關系，并通過刀具刀位點在機床坐標系中的坐標值，就可以確定該工件的編程原點。

參考文獻：

[1]張榮高，吳景洋.借助常規工量具的數控銑床精確對刀方法[J].金屬加工（冷加工）.2014（22）：44-45.

[2]江惠明.數控銑床應用中的幾種對刀方法[J].現代制造、工藝裝備[J].2011（06）：23-24.

作者簡介：解廣娟（1980-），女，江蘇人，碩士，講師，研究方向：機械設計與制造。endprint