數(shù)控銑床的對(duì)刀分析研究

摘 要：文章主要通過(guò)分析研究對(duì)刀實(shí)質(zhì)，并結(jié)合工作實(shí)例，綜合分析對(duì)刀數(shù)據(jù)，以達(dá)到充分理解對(duì)刀操作過(guò)程的真正目的，最終直接或間接找到對(duì)刀點(diǎn)與工件上編程原點(diǎn)的關(guān)系，通過(guò)以上對(duì)刀操作和數(shù)據(jù)分析，再分析對(duì)刀點(diǎn)的機(jī)械坐標(biāo)系值，以方便靈活建立工件坐標(biāo)系。

關(guān)鍵詞：對(duì)刀；編程原點(diǎn)；機(jī)械坐標(biāo)系；工件坐標(biāo)系

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

0 引言

數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)加工零件前，必須要進(jìn)行對(duì)刀操作，目的是建立工件坐標(biāo)系（也稱(chēng)為編程坐標(biāo)系）。因?yàn)槿我粋€(gè)被加工零件，當(dāng)裝夾在工作臺(tái)上后，相對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)系（廠(chǎng)家設(shè)定的固定點(diǎn)）的位置是任意的，所以為了確定零件上編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，就要對(duì)加工零件進(jìn)行對(duì)刀操作。通過(guò)對(duì)刀操作也就確定了工件坐標(biāo)系、刀具刀位點(diǎn)和機(jī)床坐標(biāo)系三者的關(guān)系。通俗講就是首先讓刀具的對(duì)刀點(diǎn)和加工零件上的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)一致或有固定的數(shù)值關(guān)系，直接將工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置或間接計(jì)算工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值存儲(chǔ)到預(yù)置坐標(biāo)系代碼中，比如G54～G59，數(shù)控系統(tǒng)在調(diào)用該代碼時(shí)就會(huì)將該點(diǎn)作為工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。下面我們以FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)為例，分析對(duì)刀實(shí)質(zhì)并結(jié)合對(duì)刀實(shí)例，指引我們靈活建立工件坐標(biāo)系。

1 對(duì)刀實(shí)質(zhì)

如某一機(jī)床對(duì)加工零件進(jìn)行對(duì)刀時(shí)，刀位點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為（X1，Y1，Z1），這個(gè)值可以直接從機(jī)床坐標(biāo)系讀取，那么該刀位點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值（x1，y1，z1）卻未知，這正是我們所要求解的，只能通過(guò)某種關(guān)系間接得到，這種關(guān)系的獲得就是對(duì)刀。我們通過(guò)對(duì)刀知道了（x1，y1，z1），就可以間接計(jì)算工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值（X1-x1，Y1-y1，Z1-z1）。將該點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系值存儲(chǔ)到預(yù)置坐標(biāo)系G54～G59中，即建立了工件坐標(biāo)系，機(jī)床在自動(dòng)加工時(shí)只需要調(diào)用該機(jī)床坐標(biāo)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?nèi)粘＜庸ぶ杏泻芏喾N（對(duì)刀）方法，而且其中心思想是統(tǒng)一的，最終目的是確定（X1-x1，Y1-y1，Z1-z1）值。

2 對(duì)刀方法

對(duì)刀的方法有很多種，比如試切對(duì)刀法，塞尺、標(biāo)準(zhǔn)芯棒和塊規(guī)對(duì)刀法，光電尋邊器、機(jī)械尋邊器和Z軸設(shè)定器等工具對(duì)刀法，頂尖對(duì)刀法，百分表（或千分表）對(duì)刀法等，方法繁多，但萬(wàn)變不離其宗，最終都是直接或間接的找到刀具對(duì)刀點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)值。

試切對(duì)刀法即通過(guò)直接觸碰工件，讓刀具刀位點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，如圖2所示，采用分中法讓刀具刀位點(diǎn)與工件的中心和上表面重合，該種方法簡(jiǎn)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(guān)，而且對(duì)刀精度較低；塞尺、標(biāo)準(zhǔn)芯棒和塊規(guī)對(duì)刀法是在刀具和工件之間加上塞尺、標(biāo)準(zhǔn)芯棒或塊規(guī)等標(biāo)準(zhǔn)工具，間接找到或計(jì)算工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)，如圖3所示，該方法主軸不轉(zhuǎn)，也避免了因試切對(duì)刀法對(duì)工件表面的破壞，但該觸碰屬于剛性接觸，如操作不仔細(xì)，很容易損壞刀具甚至標(biāo)準(zhǔn)工具，對(duì)刀效率和精度也不高；光電、機(jī)械尋邊器和Z軸設(shè)定器對(duì)刀法是借助中間測(cè)量工具來(lái)對(duì)刀，該種方法是試切對(duì)刀法和塞尺對(duì)刀法的綜合，接觸由直接變?yōu)殚g接，由剛性變?yōu)槿嵝?，?duì)刀操作簡(jiǎn)便，精度也較高，在日常生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛；頂尖對(duì)刀法是借助劃線(xiàn)直接讓頂尖點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，有其弊端，一般不常用；百分表（千分表）對(duì)刀法是利用兩個(gè)圓心相對(duì)工件對(duì)稱(chēng)來(lái)確定工件中心，對(duì)刀精度也相對(duì)較高，對(duì)于圓形工件較之簡(jiǎn)單。

3 實(shí)例分析

對(duì)刀方法很多，但可分為兩大類(lèi)，直接接觸法和間接接觸法。下面結(jié)合試切對(duì)刀法（直接）和塞尺對(duì)刀法（間接）的操作過(guò)程，如圖1和圖2所示，分析研究對(duì)刀過(guò)程及數(shù)據(jù)關(guān)系。

3.1 XY向?qū)Φ?/p>

（1）將工件裝在工作臺(tái)上，工件的四個(gè)側(cè)面都應(yīng)留出切削高度或?qū)Φ兜奈恢谩?/p>

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

（3）倍率調(diào)到x10，刀具慢慢接近工件左側(cè)，試切法通過(guò)聽(tīng)聲音、看切痕、觀(guān)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(lái)回移動(dòng)，塞尺在刀具和工件之間松緊合適，一般為移動(dòng)0.01mm塞尺過(guò)不去，后退0.01mm恰好過(guò)去合適）。將此時(shí)的相對(duì)坐標(biāo)系X歸零（此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)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(cè)，記下此時(shí)相對(duì)坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)值（此時(shí)機(jī)械坐標(biāo)系為X2）。

（5）沿Z正方向退刀，至工件表面以上，將此時(shí)的相對(duì)坐標(biāo)系X值移動(dòng)到X/2，X再歸零（此時(shí)機(jī)械坐標(biāo)系為X3）。

（6）用同樣的方法找到Y(jié)/2（三個(gè)位置的機(jī)械坐標(biāo)系各對(duì)應(yīng)為Y1、Y2和Y3）。

（7）切換到off-set坐標(biāo)系界面，在G54中輸入X0測(cè)量，Y0測(cè)量。X0Y0對(duì)刀完畢。

3.2 Z向?qū)Φ?/p>

（1）將刀具快速移至工件上方。

（2）主軸正轉(zhuǎn)（塞尺對(duì)刀主軸不轉(zhuǎn)），手輪模式，倍率x100，讓刀具快速移動(dòng)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(dòng)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(shí)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(duì)坐標(biāo)系中Z歸零（此時(shí)機(jī)械坐標(biāo)系為Z）。

（4）切換到off-set坐標(biāo)系界面，在G54中輸入Z0測(cè)量（塞尺法輸入Z10測(cè)量）。Z0對(duì)刀完畢。

3.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)兩種方法對(duì)刀過(guò)程，采集其對(duì)應(yīng)機(jī)械坐標(biāo)系和相對(duì)坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，如表1所示，分析兩組數(shù)據(jù)，可知不論是直接對(duì)刀還是間接對(duì)刀，雖然觸碰點(diǎn)不同，但最終目的是找到該工件的中心點(diǎn)，并且該中心點(diǎn)在誤差允許的范圍內(nèi)機(jī)械坐標(biāo)系的值顯示基本相同，試切對(duì)刀法為（-463.050，-206.325，-286.642），塞尺對(duì)刀法為（-463.005，-206.125，-286.620），該誤差在實(shí)際加工中可以忽略，可見(jiàn)，只要通過(guò)一定的方式或方法，直接或間接地確定刀位點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的關(guān)系，就可以確定工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的值，也就確定了編程原點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)解剖對(duì)刀實(shí)質(zhì)，結(jié)合兩種對(duì)刀實(shí)例，分析對(duì)刀數(shù)據(jù)，充分理解對(duì)刀目標(biāo)和實(shí)質(zhì)，以指導(dǎo)日常生產(chǎn)中的對(duì)刀操作，無(wú)論加工工件如何復(fù)雜，只要通過(guò)觸碰關(guān)系直接或間接找到刀位點(diǎn)與工件坐標(biāo)系的關(guān)系，并通過(guò)刀具刀位點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，就可以確定該工件的編程原點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：解廣娟（1980-），女，江蘇人，碩士，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。endprint