淺析數(shù)控銑床加工常用對(duì)刀方法的分析比較

趙宏順

【摘 要】數(shù)控銑床相比傳統(tǒng)銑床更加自動(dòng)化且功能更強(qiáng)大，但是隨著社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步，機(jī)械行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的精度要求越來越高，因而數(shù)控銑床加工精度也越來越得到重視。本文從數(shù)控銑床對(duì)刀進(jìn)行研究，分析幾種不同方式的對(duì)刀方法并比較。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控銑床；機(jī)械坐標(biāo)系；工件坐標(biāo)系；加工精度

中圖分類號(hào)： TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(shù)銑是一種兼具加工精度高、加工效率高的數(shù)控機(jī)床，廣泛應(yīng)用于制造、信息、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)[1-2]。數(shù)銑是根據(jù)使用者編寫程序，系統(tǒng)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(biāo)系。為了方便編寫程序，操作者需要建立編程坐標(biāo)系，即工件坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系下各坐標(biāo)值是指刀具的刀位點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)[3-4]。每臺(tái)機(jī)床在出廠時(shí)候廠家為了方便使用均建立一個(gè)機(jī)床坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系下坐標(biāo)值稱機(jī)械坐標(biāo)值，該值是決定刀具位置的重要參數(shù)。每次加工零件前均需要確定編程坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，將該值記錄并在系統(tǒng)存儲(chǔ)器中進(jìn)行偏移，該過程通過對(duì)刀來完成。即數(shù)銑操作中通過對(duì)刀來確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系，只有嚴(yán)格對(duì)刀后數(shù)銑在加工零件時(shí)候才能具有良好的精度。

1 數(shù)控銑床對(duì)刀原理

數(shù)控銑床銑削加工零件對(duì)刀過程由以下五個(gè)功能模塊組成，如圖1所示。

數(shù)銑對(duì)刀主要包括以下三點(diǎn)：

a.對(duì)刀時(shí)刀具的刀位點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)重合；

b.確定編程原點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系參考點(diǎn)之間的關(guān)系；

c.通過編程確定刀位點(diǎn)與工件坐標(biāo)系的相對(duì)位置關(guān)系。

對(duì)刀時(shí)候刀位點(diǎn)是刀具上的參考點(diǎn)，刀位點(diǎn)根據(jù)刀具種類的不同而不同。對(duì)于車刀，刀位點(diǎn)是刀尖位置，而對(duì)于球頭刀，刀位點(diǎn)則是為球心位置，其運(yùn)動(dòng)路徑為用戶編程的參考依據(jù)，在編程過程中，對(duì)刀點(diǎn)就是刀具加工工件的起點(diǎn)。在加工前應(yīng)先移動(dòng)刀具回到參考點(diǎn)，重置各坐標(biāo)軸后才可建立坐標(biāo)系。通常對(duì)刀點(diǎn)選擇工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)，該方法可以提高對(duì)刀精度和減少誤差，也可將對(duì)刀點(diǎn)設(shè)在夾具上，該方法更適合批量生產(chǎn)過程，可以提高加工效率。

2 數(shù)控銑床幾種對(duì)刀方法的分析比較

在實(shí)際加工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備情況及加工精度的要求來選擇恰當(dāng)?shù)膶?duì)刀方法，常見的對(duì)刀方法有尋邊器對(duì)刀、試切法對(duì)刀兩種方法，除此之外還有采用芯棒、塞尺等對(duì)刀方法來加工精度要求較高的工件，其原理與試切對(duì)刀相似，但效率高、對(duì)刀精度高，近年來也得到了廣泛的應(yīng)用。

工件坐標(biāo)系的建立主要有X、Y方向?qū)Φ逗蚙向?qū)Φ秲煞N。

2.1 X、Y軸工件坐標(biāo)系的建立：

2.1.1 試切法

試切法是一種通過刀具與工件進(jìn)行切削來確定工件坐標(biāo)系，在實(shí)際使用過程中應(yīng)用最廣泛。在操作時(shí)候，通過手搖脈沖發(fā)生器調(diào)整刀具與工件的相對(duì)位置，在移動(dòng)過程中保持主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)聽到刮擦聲時(shí)候就表面刀具切到工件，記錄當(dāng)前刀具的位置及數(shù)值，通過簡單的計(jì)算后將數(shù)值輸入到機(jī)床中即可。

其主要步驟為：按下回零將刀具返回到機(jī)床的參考點(diǎn)，將工件在工作臺(tái)上定位并夾緊，在手動(dòng)編程模式下輸入代碼，將主軸轉(zhuǎn)速設(shè)為500r/min。此刻按下POS位置鍵，之后再按下液晶界面中相應(yīng)的功能鍵，使液晶面板顯示相對(duì)坐標(biāo)。搖動(dòng)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(cè)邊（x0、y0）接觸，將此時(shí)相應(yīng)坐標(biāo)清零，搖動(dòng)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(biāo)，該值的一半即為工件的坐標(biāo)原點(diǎn)。將液晶界面上顯示的坐標(biāo)值輸入到工件坐標(biāo)系中即可完成工件坐標(biāo)系（X軸和Y軸）的建立。

試切法方法簡單，但也有缺陷。如個(gè)人感官不同，對(duì)微小切削量把握也不同，容易導(dǎo)致精度降低，同時(shí)該方法不能做到對(duì)工件無傷害，會(huì)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(yīng)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(duì)刀

相比于試切法對(duì)刀，尋邊器對(duì)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(jī)械式尋邊器和光電式尋邊器兩種。機(jī)械式尋邊器在確定X、Y軸零點(diǎn)時(shí)精度可達(dá)到0.05mm，該類尋邊器缺點(diǎn)是測(cè)頭接觸到工件后不能一目了然地觀察出位置是否得當(dāng)，需要反復(fù)多次觀察有無偏心情況，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。光電式尋邊器相和機(jī)械式的有本質(zhì)區(qū)別，其工作原理是尋邊器測(cè)頭與工件相接觸時(shí)，工件與機(jī)床裝夾裝置導(dǎo)通并構(gòu)成回路，此時(shí)尋邊器上的指示燈發(fā)亮，對(duì)于操作人員來說，操作更為方便、快捷。光電式尋邊器優(yōu)點(diǎn)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(jí)版，硬件多了一個(gè)蜂鳴器，可以解決普通光電式尋邊器在深孔加工時(shí)難以觀察指示燈發(fā)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(dòng)編程模式下轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，轉(zhuǎn)速為300-500r/min。按POS位置鍵，調(diào)節(jié)液晶界面中顯示相對(duì)坐標(biāo)。搖動(dòng)手輪，將被測(cè)邊（x0、y0）尋邊器接觸，將該坐標(biāo)值清零后搖動(dòng)手輪抬高刀具，避免損壞尋邊器。搖動(dòng)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(biāo)，該值的一半即為工件的坐標(biāo)原點(diǎn)。抬高z軸，搖動(dòng)手輪將尋邊器移到坐標(biāo)原點(diǎn)并清零。將液晶界面上顯示的坐標(biāo)輸入到工件坐標(biāo)系里即可建立工件坐標(biāo)系（x軸和y軸）。

采用尋邊器對(duì)刀在對(duì)刀過程中不會(huì)對(duì)工件表面有損傷，且具有操作便捷、對(duì)刀精度高的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)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(duì)刀、對(duì)刀塊對(duì)刀

除了試切法、尋邊器等對(duì)刀方法，還有杠桿百分表對(duì)刀法、對(duì)刀塊對(duì)刀，杠桿百分表對(duì)刀法方法精度高，缺點(diǎn)是效率較低，常用于孔和面的精加工過程中。杠桿百分表對(duì)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(dòng)編程模式下將主軸低速旋轉(zhuǎn)，通過手輪使得表頭靠近孔壁。觀察表頭在旋轉(zhuǎn)時(shí)候指針的跳動(dòng)范圍，將跳動(dòng)誤差控制在對(duì)刀誤差范圍內(nèi)，記錄當(dāng)前位置并保存到機(jī)床中即可。

對(duì)刀塊對(duì)刀是在刀具和工件之間放置標(biāo)準(zhǔn)芯軸和塊規(guī)對(duì)刀，該法與試切法類似，缺點(diǎn)是精度不高，且計(jì)算時(shí)需要減去對(duì)刀塊的厚度，優(yōu)點(diǎn)是可以避免刀具對(duì)工件的損傷。

2.2 Z軸工件坐標(biāo)系的建立

z軸方向的零件常將工件的上表面作設(shè)為工作坐標(biāo)系原點(diǎn)，z軸坐標(biāo)系的建立主要有試切法、z軸設(shè)定器對(duì)刀和紙片對(duì)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(dòng)編程模式下將主軸轉(zhuǎn)速設(shè)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(biāo)系建立方法中試切法類似，將試切時(shí)的坐標(biāo)記錄到機(jī)床中即可。

2.2.2 Z軸設(shè)定器對(duì)刀

Z軸設(shè)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(duì)刀時(shí)，對(duì)刀前將其放置在工件表面，控制刀具接觸z軸設(shè)定器，并使得其表針為0，記錄當(dāng)前坐標(biāo)值，該值減去z軸設(shè)定其的高度即可。

2.2.3 紙片對(duì)刀

紙片對(duì)刀法是將紙片放置在工件上表面，其操作方法是在手動(dòng)模式下控制主軸旋轉(zhuǎn)，移動(dòng)刀具到離工件表面3毫米左右時(shí)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(shí)候紙片會(huì)隨著刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，停止操作并記錄當(dāng)前坐標(biāo)值，保存到機(jī)床坐標(biāo)系即可。紙片對(duì)刀法要求高，常需要經(jīng)驗(yàn)豐富的操作者。

3 結(jié)語

對(duì)刀是數(shù)控銑床操作的基石，決定加工精度的重要環(huán)節(jié)，對(duì)刀方法種類較多，但不同對(duì)刀方法有著不同特點(diǎn)，各有千秋。操作則必須明白對(duì)刀的意義，是確定工件坐標(biāo)系與機(jī)械坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系并建立工件坐標(biāo)系，在編程時(shí)編輯坐標(biāo)原點(diǎn)要根據(jù)該點(diǎn)才能加工出合格的產(chǎn)品、提高零件加工精度，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

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