搖籃式五軸數(shù)控機(jī)床的對(duì)刀方法
——以華中848D 系統(tǒng)五軸機(jī)床為例

莊德新

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林132200）

數(shù)控機(jī)床加工能力體現(xiàn)一個(gè)國家制造業(yè)水平的象征，是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，它為新產(chǎn)品的試制與研發(fā)提供了重要的技術(shù)手段，更是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國防軍工現(xiàn)代化的戰(zhàn)略裝備。五軸機(jī)床科技含量高、精密度高、是專門加工復(fù)雜零件的機(jī)床，也是解決葉輪、葉片、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型曲軸等零件加工的唯一手段。

1 HNC-848D 五軸數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

1.1 HNC-848D 五軸數(shù)控機(jī)床是在原有的X、Y、Z 的坐標(biāo)基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。圍繞著X 軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸是A軸，圍繞著Z 軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸是C 軸，機(jī)床有5 個(gè)伺服系統(tǒng)，五軸數(shù)控機(jī)床主要有三種結(jié)構(gòu)形式：分別是工作臺(tái)傾斜型、主軸傾斜型、工作臺(tái)/主軸傾斜型。而一般工作臺(tái)傾斜型的結(jié)構(gòu)形式是最常用的一種形式，A 軸的一般工作范圍+100 度至-100 度。當(dāng)A 軸回轉(zhuǎn)大于90 度，工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來很大的承載力矩。C 軸是0 度～360 度任意回轉(zhuǎn)。這樣通過A 軸和C 軸的結(jié)合，除了固定在工作臺(tái)的底面之外，其它五個(gè)面都可以由立式主軸上的刀具進(jìn)行切削加工。A 軸和C 軸的最小分度值一般為0.001 度。傘式刀庫能安裝16 把刀具，主軸錐孔為BT30、氣壓0.6MPa、最大工件直徑為φ250mm。主軸每分鐘最高轉(zhuǎn)速20000 轉(zhuǎn)。

1.2 加工前，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸先將進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將工件傾斜在一個(gè)固定的位置，通過回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來定義空間中的旋轉(zhuǎn)加工面，再由X、Y、Z 坐標(biāo)軸進(jìn)行進(jìn)給切削加工。在此工作平面，可以進(jìn)行編程2D 或3D 加工操作。加工時(shí)回轉(zhuǎn)軸總是將要加工的平面旋轉(zhuǎn)到與Z 軸垂直的位置在進(jìn)行切削加工（也稱定向加工），并保持固定。

1.3 從工藝角度來講，轉(zhuǎn)臺(tái)通過旋轉(zhuǎn)可以進(jìn)行精確的定位，相比三軸機(jī)床，可將不同的三個(gè)加工平面或曲面合在一個(gè)加工程序里進(jìn)行加工，可減少因多次裝夾帶來的誤差，精度穩(wěn)定、操作靈活，可通過設(shè)計(jì)更緊湊合理的夾具，充分拓展轉(zhuǎn)臺(tái)的空間，可以一次性裝夾加工更多的平面。對(duì)于像葉輪或復(fù)雜曲面零件的加工，五軸機(jī)床有著先天的優(yōu)勢(shì)。

2 準(zhǔn)備工作

2.1 開機(jī)回零

機(jī)床上電，5 秒后數(shù)控系統(tǒng)在開機(jī)，否則會(huì)因?yàn)殡娏鬟^大，擊穿內(nèi)部零部件。等待進(jìn)入正常界面后，先進(jìn)行各坐標(biāo)軸回零操作，按機(jī)床面板上的回零鍵，（Z 軸先回零，依次X.Y 軸回零、最后A、C 軸回零），使各坐標(biāo)軸復(fù)位。

2.2 裝夾工件

將毛坯安裝固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，使得毛坯露出夾具的高度大于銑削加工的深度。夾持工件時(shí)應(yīng)遵循力的大小，力的方向和作用點(diǎn)，夾緊工件時(shí)，力的方向不能破壞工件定位。應(yīng)夾持工件剛性較好的部位，以免工件產(chǎn)生變形，并且應(yīng)夾持靠近工件的加工部位。夾緊力的大小要合適，過大會(huì)使工件變形或夾具損壞，過小會(huì)使工件在加工過程中發(fā)生松動(dòng)或飛出造成事故。

3 對(duì)刀原理與方法

3.1 當(dāng)各坐標(biāo)軸回零后（Z/X/Y/A/C 軸回零）使主軸軸線垂

直于工作臺(tái)，手輪模式下，搖動(dòng)手輪將基準(zhǔn)刀具移動(dòng)到工件的上方中心位置。編程原點(diǎn)一般設(shè)置在工件上表面中心位置，即對(duì)刀時(shí)采用四面碰邊，頂面為零的方法。

3.2 測(cè)量刀長(zhǎng)可分為以下兩種

一種是機(jī)內(nèi)測(cè)量刀具長(zhǎng)度，另一種是機(jī)外對(duì)刀儀測(cè)量，本文以機(jī)內(nèi)測(cè)量刀具長(zhǎng)度為例，詳細(xì)講解對(duì)刀操作的方法。

3.3 對(duì)刀步驟

（1）將杠桿百分表安裝在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的電機(jī)平面上，使百分表歸零，移動(dòng)百分表與主軸端面接觸，測(cè)量時(shí)需注意觀察百分表的測(cè)頭與主軸端面接觸良好，主軸端面與百分表接觸后，使主軸端面向Z 軸負(fù)方向移動(dòng)約0.2mm 左右，觀察并記住表指針的擺動(dòng)位置，把機(jī)床的相對(duì)坐標(biāo)清零。（如圖1 和圖2 所示）

（2）注意安裝的百分表不能動(dòng)，將基準(zhǔn)刀具安裝在主軸上，使得刀具的底面切削刃與百分表的觸頭接觸，并且使得百分表的指針指向與測(cè)量主軸端面時(shí)的指針數(shù)值保持一致，測(cè)量后讀取數(shù)值，此時(shí)Z 軸的相對(duì)坐標(biāo)值就是刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償值。（如圖3 和圖4 所示）

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

（3）按刀補(bǔ)鍵，找到與刀具號(hào)相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償號(hào)，測(cè)量的是幾號(hào)刀具就將測(cè)量所得的刀長(zhǎng)數(shù)值輸入到對(duì)應(yīng)的幾號(hào)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)刂分抵校ㄈ? 號(hào)刀具，輸入到刀補(bǔ)值002 號(hào)的長(zhǎng)度補(bǔ)償Z值參數(shù)中），注意輸入刀長(zhǎng)的參數(shù)一定為正值，否則撞刀，此時(shí)基準(zhǔn)刀具長(zhǎng)度測(cè)量完成。（如圖5 所示）

（4）MDI 狀態(tài)下輸入M03 S500，將刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，手輪模式下將刀尖或刀具底面切削刃搖到與工件上表面接觸。

（5）當(dāng)?shù)都鈸u到與工件接觸后，將Z 軸當(dāng)前機(jī)械坐標(biāo)值，輸入到G54～G59 坐標(biāo)系的Z 坐標(biāo)值中，H 值的偏置運(yùn)算：用當(dāng)前的Z 軸的機(jī)械坐標(biāo)值減去刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值，并將Z 軸計(jì)算的結(jié)果輸入到G54～G59 坐標(biāo)系的Z 坐標(biāo)值中，此時(shí)的坐標(biāo)就是最終G54 的Z 軸坐標(biāo)值。（實(shí)際是主軸端面是Z 軸的零點(diǎn)，只是在調(diào)用刀具號(hào)時(shí)，Z 軸抬起的高度正好是刀補(bǔ)中長(zhǎng)度補(bǔ)償值的數(shù)值，所以使得刀尖或刀刃與工件上頂面正好接觸，即為Z0）。（如圖6 所示）

（6）工件X、Y 方向的對(duì)刀，如工件規(guī)整可用分中法來設(shè)定工件X、Y 軸的坐標(biāo)值，采用尋邊器進(jìn)行分中，五軸的工件分中原理與方法與3 軸數(shù)控銑床一致，設(shè)置數(shù)值也相同，都是將X、Y 坐標(biāo)值設(shè)置到G54～G59 的坐標(biāo)系中。

（7）對(duì)刀結(jié)束后，進(jìn)行驗(yàn)證刀具，在MDI 模式入:G54 G90 G01 X0 Y0 F800 G01 G43.4 H02 Z20，啟動(dòng)程序開始運(yùn)行，機(jī)床運(yùn)動(dòng)停止后，用直徑20 刀棒進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證高度。

（8）如加工需要多把刀，其他刀具的刀具長(zhǎng)度測(cè)量方法，重復(fù)a～c 的步驟，按照所測(cè)量的刀具號(hào)輸入到對(duì)應(yīng)的Z 軸刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)刂分抵?，且一定為正值?/p>

4 結(jié)論

本文介紹了華中848D 系統(tǒng)搖籃式五軸數(shù)控機(jī)床的對(duì)刀方法和操作步驟，當(dāng)然在具體操作實(shí)施過程中還需要掌握一些技術(shù)和要領(lǐng)，本文所講述的操作步驟雖然看起來簡(jiǎn)單，但要真正的掌握和應(yīng)用它，還需要理論結(jié)合實(shí)踐，實(shí)踐驗(yàn)證理論，并在實(shí)踐中不斷體驗(yàn)、反思和提升。