淺析數控銑床加工常用對刀方法的分析比較

趙宏順

【摘 要】數控銑床相比傳統銑床更加自動化且功能更強大，但是隨著社會發展、科技進步，機械行業對產品的精度要求越來越高，因而數控銑床加工精度也越來越得到重視。本文從數控銑床對刀進行研究，分析幾種不同方式的對刀方法并比較。

【關鍵詞】數控銑床；機械坐標系；工件坐標系；加工精度

中圖分類號： TG547 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）36-0010-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.004

Analysis and Comparison of Common Tool-setting Methods in CNC Milling Machine Processing

ZHAO Hong-shun

（Suqian College，Suqian Jiangsu 223800，China）

【Abstract】Compared with traditional milling machines，CNC milling machines are more automated and more powerful. However，with the development of society and the advancement of science and technology，the precision requirements of the machinery industry are getting higher and higher，so the precision of CNC milling machines is getting more and more attention.In this paper，the tool is researched from the CNC milling machine，and several different methods of tool setting are analyzed and compared.

【Key words】CNC milling machine；Machine coordinate system；Workpiece coordinate system；Machining accuracy

0 概述

數銑是一種兼具加工精度高、加工效率高的數控機床，廣泛應用于制造、信息、醫療設備等行業[1-2]。數銑是根據使用者編寫程序，系統按照程序加工完成。想要正確加工出想要的零件，首先要建立坐標系。為了方便編寫程序，操作者需要建立編程坐標系，即工件坐標系，該坐標系下各坐標值是指刀具的刀位點在工件坐標系中的坐標[3-4]。每臺機床在出廠時候廠家為了方便使用均建立一個機床坐標系，該坐標系下坐標值稱機械坐標值，該值是決定刀具位置的重要參數。每次加工零件前均需要確定編程坐標系原點在機床坐標系中的位置，將該值記錄并在系統存儲器中進行偏移，該過程通過對刀來完成。即數銑操作中通過對刀來確定工件坐標系與機床坐標系的關系，只有嚴格對刀后數銑在加工零件時候才能具有良好的精度。

1 數控銑床對刀原理

數控銑床銑削加工零件對刀過程由以下五個功能模塊組成，如圖1所示。

數銑對刀主要包括以下三點：

a.對刀時刀具的刀位點與對刀點重合；

b.確定編程原點與機床坐標系參考點之間的關系；

c.通過編程確定刀位點與工件坐標系的相對位置關系。

對刀時候刀位點是刀具上的參考點，刀位點根據刀具種類的不同而不同。對于車刀，刀位點是刀尖位置，而對于球頭刀，刀位點則是為球心位置，其運動路徑為用戶編程的參考依據，在編程過程中，對刀點就是刀具加工工件的起點。在加工前應先移動刀具回到參考點，重置各坐標軸后才可建立坐標系。通常對刀點選擇工件坐標系的原點，該方法可以提高對刀精度和減少誤差，也可將對刀點設在夾具上，該方法更適合批量生產過程，可以提高加工效率。

2 數控銑床幾種對刀方法的分析比較

在實際加工過程中，應根據現有設備情況及加工精度的要求來選擇恰當的對刀方法，常見的對刀方法有尋邊器對刀、試切法對刀兩種方法，除此之外還有采用芯棒、塞尺等對刀方法來加工精度要求較高的工件，其原理與試切對刀相似，但效率高、對刀精度高，近年來也得到了廣泛的應用。

工件坐標系的建立主要有X、Y方向對刀和Z向對刀兩種。

2.1 X、Y軸工件坐標系的建立：

2.1.1 試切法

試切法是一種通過刀具與工件進行切削來確定工件坐標系，在實際使用過程中應用最廣泛。在操作時候，通過手搖脈沖發生器調整刀具與工件的相對位置，在移動過程中保持主軸轉動，當聽到刮擦聲時候就表面刀具切到工件，記錄當前刀具的位置及數值，通過簡單的計算后將數值輸入到機床中即可。

其主要步驟為：按下回零將刀具返回到機床的參考點，將工件在工作臺上定位并夾緊，在手動編程模式下輸入代碼，將主軸轉速設為500r/min。此刻按下POS位置鍵，之后再按下液晶界面中相應的功能鍵，使液晶面板顯示相對坐標。搖動手輪抬高銑刀，使得刀具離開工件上表面，再改變倍率將刀具與工件被測邊（x0、y0）接觸，將此時相應坐標清零，搖動手輪將刀具移到工件x1和y1位置，記錄液晶屏上的x和y坐標，該值的一半即為工件的坐標原點。將液晶界面上顯示的坐標值輸入到工件坐標系中即可完成工件坐標系（X軸和Y軸）的建立。

試切法方法簡單，但也有缺陷。如個人感官不同，對微小切削量把握也不同，容易導致精度降低，同時該方法不能做到對工件無傷害，會在工件上留下痕跡，不適合高精度情況的使用。因此，試切法主要應用在無尋邊器、精度要求低和粗加工等場合。

2.1.2 尋邊器對刀

相比于試切法對刀，尋邊器對刀可用于表面精度要求較高的場合，如模具加工過程。尋邊器可分為機械式尋邊器和光電式尋邊器兩種。機械式尋邊器在確定X、Y軸零點時精度可達到0.05mm，該類尋邊器缺點是測頭接觸到工件后不能一目了然地觀察出位置是否得當，需要反復多次觀察有無偏心情況，費時費力。光電式尋邊器相和機械式的有本質區別，其工作原理是尋邊器測頭與工件相接觸時，工件與機床裝夾裝置導通并構成回路，此時尋邊器上的指示燈發亮，對于操作人員來說，操作更為方便、快捷。光電式尋邊器優點是靈敏度高且方便操作。除此外還有一種光電鳴音式尋邊器，其為普通光電尋邊器的升級版，硬件多了一個蜂鳴器，可以解決普通光電式尋邊器在深孔加工時難以觀察指示燈發光的情況。

在車間里使用較多的是光電式尋邊器。其主要步驟是：將工件定位好并夾緊，把光電式尋邊器裝到主軸上，并在手動編程模式下轉動主軸，轉速為300-500r/min。按POS位置鍵，調節液晶界面中顯示相對坐標。搖動手輪，將被測邊（x0、y0）尋邊器接觸，將該坐標值清零后搖動手輪抬高刀具，避免損壞尋邊器。搖動手輪將尋邊器接觸到工件的另一邊x1及y1的位置，和試切法一樣，記錄液晶屏上的x和y坐標，該值的一半即為工件的坐標原點。抬高z軸，搖動手輪將尋邊器移到坐標原點并清零。將液晶界面上顯示的坐標輸入到工件坐標系里即可建立工件坐標系（x軸和y軸）。

采用尋邊器對刀在對刀過程中不會對工件表面有損傷，且具有操作便捷、對刀精度高的優點，應在工件具有較高的直線度的情況下使用。

2.1.3 杠桿百分表對刀、對刀塊對刀

除了試切法、尋邊器等對刀方法，還有杠桿百分表對刀法、對刀塊對刀，杠桿百分表對刀法方法精度高，缺點是效率較低，常用于孔和面的精加工過程中。杠桿百分表對刀的原理是將杠桿百分表通過磁性表座吸附在主軸上，在手動編程模式下將主軸低速旋轉，通過手輪使得表頭靠近孔壁。觀察表頭在旋轉時候指針的跳動范圍，將跳動誤差控制在對刀誤差范圍內，記錄當前位置并保存到機床中即可。

對刀塊對刀是在刀具和工件之間放置標準芯軸和塊規對刀，該法與試切法類似，缺點是精度不高，且計算時需要減去對刀塊的厚度，優點是可以避免刀具對工件的損傷。

2.2 Z軸工件坐標系的建立

z軸方向的零件常將工件的上表面作設為工作坐標系原點，z軸坐標系的建立主要有試切法、z軸設定器對刀和紙片對刀等方法。

2.2.1 試切法

Z軸試切法是將工件上表面作為試切位置，在手動編程模式下將主軸轉速設置為500r/min，將刀具與工件上表面試切，操作方法與上面x軸、y軸坐標系建立方法中試切法類似，將試切時的坐標記錄到機床中即可。

2.2.2 Z軸設定器對刀

Z軸設定器如圖2所示，其高度多為50.00±0.01mm，可分為圓形、方形、光電式等多種類，對刀時，對刀前將其放置在工件表面，控制刀具接觸z軸設定器，并使得其表針為0，記錄當前坐標值，該值減去z軸設定其的高度即可。

2.2.3 紙片對刀

紙片對刀法是將紙片放置在工件上表面，其操作方法是在手動模式下控制主軸旋轉，移動刀具到離工件表面3毫米左右時降低手輪倍率，避免撞刀，將刀具慢慢下放并接觸紙片，剛接觸到紙片時候紙片會隨著刀具轉動，停止操作并記錄當前坐標值，保存到機床坐標系即可。紙片對刀法要求高，常需要經驗豐富的操作者。

3 結語

對刀是數控銑床操作的基石，決定加工精度的重要環節，對刀方法種類較多，但不同對刀方法有著不同特點，各有千秋。操作則必須明白對刀的意義，是確定工件坐標系與機械坐標系的相對關系并建立工件坐標系，在編程時編輯坐標原點要根據該點才能加工出合格的產品、提高零件加工精度，進而促進機械加工產業的快速發展。

【參考文獻】

[1]周敏，楊南粵.數控銑削加工中幾種常見的對刀技巧[J]. 工具技術，2008，（12）：61-63.

[2]江惠明.數控銑床應用中的幾種對刀方法[J].現代機械，2011，（06）：23-24+71.

[3]聶小春，汪菊英，孫曉輝.數控銑床（加工中心）對刀方法的研究與實踐[J].科技資訊，2012，（32）：47.

[4]童建平，李穗冬.數控加工常用對刀方法及其應用[J].長沙航空職業技術學院學報，2005，（04）：64-68.