數(shù)控加工中對(duì)刀的原理及方法

邵 峰

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530001）

數(shù)控技術(shù)是集傳統(tǒng)的機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感技術(shù)、信息處理和光機(jī)電一體化的高新技術(shù)，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化和集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，正在對(duì)機(jī)械制造業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深刻的影響，機(jī)械制造的數(shù)控化，也已成為全球制造業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。而模具制造技術(shù)的迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分。具體表現(xiàn)在：模具CAD/CAM技術(shù)、銑削加工技術(shù)、快走絲線切割技術(shù)、電火花加工技術(shù)等多個(gè)方面。這對(duì)提高生產(chǎn)力具有積極意義。而模具加工技術(shù)中，一項(xiàng)很重要的工作就是對(duì)刀操作。對(duì)刀操作不正確，一方面直接影響零件的加工質(zhì)量，另一方面可能導(dǎo)致刀具與數(shù)控機(jī)床發(fā)生碰撞。本文主要敘述數(shù)控加工中常用對(duì)刀操作方法及其原理。

1 數(shù)控加工的對(duì)刀原理

工件在機(jī)床上定位裝夾后，必須確定工件在機(jī)床上的正確位置，這個(gè)確定位置的過程，就是通過對(duì)刀來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

1.1 機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系

機(jī)床坐標(biāo)系是指以機(jī)床的機(jī)械原點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立的坐標(biāo)系。數(shù)控機(jī)床的機(jī)床原點(diǎn)，在出廠之前已經(jīng)調(diào)整好，一般不允許用戶變動(dòng)。其他坐標(biāo)系的建立，都以機(jī)床原點(diǎn)為基準(zhǔn)。數(shù)控機(jī)床每次開機(jī)、斷電、故障和圖形模擬后，都要進(jìn)行一次手動(dòng)“回零”的操作?！盎亓恪焙螅沟都芑蚬ぷ髋_(tái)返回機(jī)床參考點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床回到參考點(diǎn)后，機(jī)床坐標(biāo)系才能回到正常的狀態(tài)。數(shù)控車床的機(jī)械原點(diǎn)，通常在卡盤前端面與主軸中心線的交點(diǎn)處；數(shù)控銑床和加工中心的機(jī)械原點(diǎn)，是數(shù)控機(jī)床零位，各坐標(biāo)為零的一個(gè)特定位置。

工件坐標(biāo)系又叫編程坐標(biāo)系，是以工件原點(diǎn)或程序原點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立的坐標(biāo)系。工件原點(diǎn)或程序原點(diǎn)，是人為設(shè)定的，在理論上可以是工件上或外面的任意一點(diǎn)，但如果選取不當(dāng)，編程時(shí)坐標(biāo)的計(jì)算將非常復(fù)雜。因此，選取工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的原則是：

（1）應(yīng)使編程簡(jiǎn)單；

（2）在機(jī)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(diǎn)，應(yīng)和零件的定位基準(zhǔn)有一定的尺寸聯(lián)系，這樣才能確定機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系之間的關(guān)系。一般將程序原點(diǎn)選取在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。數(shù)控車床通常將工件原點(diǎn)選在工件右端面與中心線的交點(diǎn)處；數(shù)控銑床可選兩垂直邊的交點(diǎn)或上表面的中心；對(duì)以孔定位的零件，可選孔的中心為工件原點(diǎn)。對(duì)于Z軸方向的工件原點(diǎn)，一般選在工件的表面，并盡量選在精度較高的表面，必要時(shí)，可在表面先光一刀，以得到一個(gè)較平整的表面。

1.2 對(duì)刀操作包含的內(nèi)容

對(duì)刀操作實(shí)質(zhì)包含三方面內(nèi)容：

（1）刀具上的刀位點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)重合；

（2）編程原點(diǎn)與機(jī)床參考點(diǎn)之間建立某種聯(lián)系；

（3）通過數(shù)控代碼指令確定刀位點(diǎn)與工件坐標(biāo)系位置。

其中，刀位點(diǎn)是刀具上的一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(車刀刀位點(diǎn)為刀尖，平頭立銑刀刀位點(diǎn)為端面中心，球頭刀刀位點(diǎn)通常為球心)，刀位點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡，就是編程軌跡；對(duì)刀點(diǎn)就是加工零件時(shí)，刀具上的刀位點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)；而機(jī)床參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床上的一個(gè)固定基準(zhǔn)點(diǎn)，一般機(jī)床工作前，必須先進(jìn)行回參考點(diǎn)操作，各坐標(biāo)軸回零，才能建立機(jī)床坐標(biāo)系。

1.3 對(duì)刀點(diǎn)位置確定

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選在工件坐標(biāo)系原點(diǎn)上，這樣有利于保證對(duì)刀精度，減少對(duì)刀誤差。也可以將對(duì)刀點(diǎn)或?qū)Φ痘鶞?zhǔn)設(shè)在夾具定位元件上，有利于批量加工時(shí)工件坐標(biāo)系位置的準(zhǔn)確。

2 數(shù)控車床的對(duì)刀

對(duì)刀是數(shù)控車削加工中極其重要的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，試切對(duì)刀法，因其較高的準(zhǔn)確性和可靠性而得到廣泛應(yīng)用。下面以GSK980T車床為例，介紹G50試切對(duì)刀法（如圖1所示）。

圖1 試切對(duì)刀法示意圖

程序的一般格式：

O1000(程序名)

N10 T0101(調(diào)用基準(zhǔn)刀刀補(bǔ)值建立工件坐標(biāo)系)

N20 G90G00 X100 Z50；

N30 M03 S800 ；(主軸起動(dòng))

……

N300 M30；(程序結(jié)束)

（1）裝夾好用于對(duì)刀的鋼材工件和刀具；

（2）主軸正轉(zhuǎn)，手輪方式，基準(zhǔn)刀（01號(hào)刀）沿表面A切削，將工件右端面車一刀；

（3）Z軸不動(dòng)，沿X軸釋放刀具；

（4）取工件左端面中心為工件原點(diǎn)，測(cè)量A表面與工件原點(diǎn)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(diǎn)擊“循環(huán)啟動(dòng)”。把當(dāng)前Z向絕對(duì)坐標(biāo)設(shè)為b；

（5）手輪方式沿表面B切削；

（6）X軸不動(dòng)，沿Z軸釋放刀具，停主軸；

（7）測(cè)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(diǎn)擊“循環(huán)啟動(dòng)”，把當(dāng)前的X向絕對(duì)坐標(biāo)設(shè)為α；

上述操作，實(shí)際上是將用于試切的刀具作為標(biāo)準(zhǔn)刀，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)刀具建立坐標(biāo)系，使其刀補(bǔ)為零。刀架上的其它他刀具，則要通過和標(biāo)準(zhǔn)刀作比較，比較它們?cè)赬和Z方向的長(zhǎng)度之差，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出其差值，作為其他刀具的刀補(bǔ)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(shù)控銑床的對(duì)刀

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

我們通常使用CRT/MDT畫板[of fset]功能鍵、[坐標(biāo)系]選擇鍵設(shè)置6個(gè)工件坐標(biāo)系，然后通過在程序中指定一個(gè)代碼來(lái)選擇其中的任一個(gè)，建立工件坐標(biāo)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(biāo)系編程)

N20 M03 S800 ；(主軸起動(dòng))

……

N300 M30；(程序結(jié)束)

3.1 X方向?qū)Φ叮ㄗ笥曳较颍?/h3>

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

（2）按設(shè)置（軟鍵）—X鍵—起源，屏幕X相對(duì)坐標(biāo)清零；

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

（4）讀機(jī)床坐標(biāo)X相對(duì)坐標(biāo)值除以2，計(jì)算工件中心X相對(duì)坐標(biāo)位置；

（5）用手輪方式將刀移到X方向中心位置。

3.2 Y方向?qū)Φ?/h3>

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

（2）按設(shè)置（軟鍵）—Y鍵—起源（軟鍵），屏幕Y相對(duì)坐標(biāo)清零；

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

（4）讀機(jī)床坐標(biāo)Y相對(duì)坐標(biāo)值除以2，計(jì)算工件中心Y相對(duì)坐標(biāo)位置；

（5）用手輪方式將刀移到Y(jié)方向中心位置。

3.3 Z方向?qū)Φ?/h3>

（1）降低速度，主軸正轉(zhuǎn)，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(jìn)給；

（2）記下此時(shí)的Z值即為Z0值。

3.4 自動(dòng)測(cè)量并輸入偏移值及手動(dòng)輸入刀具半徑補(bǔ)償值

（1）自動(dòng)測(cè)量并輸入偏移值。按OFFSET鍵—坐標(biāo)系—將光標(biāo)移動(dòng)到G54處對(duì)應(yīng)X、Y、Z處，分別輸入X0測(cè)量、Y0測(cè)量、Z0測(cè)量（EXECT處的基本零偏必須X、Y、Z都為0。）

（2）輸入刀具半徑補(bǔ)償。試切法對(duì)刀方法簡(jiǎn)單，但會(huì)在工件上留下痕跡，且對(duì)刀精度較低，適用于零件粗加工時(shí)對(duì)刀操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控加工時(shí)的對(duì)刀操作，是數(shù)控加工的關(guān)鍵，只有掌握了對(duì)刀的原理和要領(lǐng)，明白了對(duì)刀的目的和作用，才能快速而正確地完成好對(duì)刀操作。同時(shí)機(jī)床操作者采用何種方式對(duì)刀，也是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，零件加工階段和操作者的習(xí)慣，目的是使整個(gè)對(duì)刀操作簡(jiǎn)潔，并保證零件加工質(zhì)量。

[1]金滌塵.現(xiàn)代模具制造技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]明興祖.數(shù)控機(jī)床與系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2000.

[3]陳國(guó)平.數(shù)控機(jī)床加工的對(duì)刀技巧[J].機(jī)床與液壓，2002，(6):268-269.

[4]張柱銀,明興祖,姚建民.數(shù)控加工中對(duì)刀問題的處理[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化技術(shù)，2002(9):21-22.