基于刀具补偿的镗铣类数控系统对刀原理的分析

曾霞　雒钰花

摘 要：对刀是数控加工精度的保证重要，单从对刀仪器的测量精度上提高，还是不能满足效率和精度的提高，从数控系统补偿功能出发，分析对刀原理，将会有助于对刀仪器的开发。

关键词：补偿功能；对刀原理；分析

对刀一直是数控加工的一项重要内容，对刀的精确性有利于零件位置精度的提高。加工中心的广泛使用，使得加工所用刀具數量逐渐增多，数控系统建立工件坐标系指令的数量不能满足经常性的换刀数量，补偿功能在此发挥了重要作用，同时有助于能提高加工效率。

1 对刀方式

对刀的目的是建立刀具在加工零件时的起点，也就是工件坐标系。我们常用的对刀方式有试切法对刀、对刀仪对刀、寻边器和Z向设定器对刀，刀具预调仪对刀等。但是其基本原理都是一致。铣削类机床对刀过程中，通过刀具在各轴上与工件各方向上的边或面进行接触，来获得编程时的起点位置，但是这个起点表现在刀具上不是刀具与工件的接触点，而是刀具的中心，也就是刀具的刀尖。在加工中，需求刀具较多的情况下，每把刀具都对刀会增大加工误差，位置精度会受到很大的影响，因此，我们通常采用只是对一把刀具进行机床上的对刀，其它刀具则在机外完成对刀内容，在编程中采用补偿功能来实现每把刀具的正确加工使用。

2 补偿功能

镗铣类数控机床具备的补偿功能有半径补偿和长度补偿。加工方式和加工尺寸不同，使用的刀具也不同，主要表现在半径和长度上。

2.1 半径补偿功能

我们采用两把不同尺寸的立铣刀来进行对刀，对刀中，以立方体零件的上表面的左下角建立工件坐标系。采用T01为φ12刀具，T02为φ20刀具，可以明显的看到，两把刀具的尺寸是不等的。用这两把刀具分别进行对刀，获得T01刀具的对刀数据：机床显示坐标X-168.650，Y-315.992，Z-453.650，获得T02刀具的对刀数据：机床显示坐标X-164.650，Y-319.992，Z-363.650，在对刀中各方向上同时使用了0.35mm的塞尺，由这两组数据可以看到，两把刀具在X向和Y向上正好相差4mm，即两刀具半径差。由此可见，刀具半径不管多大，我们在对刀时只需要对一把标准刀具进行对刀，就可以获得其他刀具在X向Y向的零点位置，它们在零件上表现为同一点，而且误差不变，在数控编程中，只需要用半径补偿功能来实现半径补偿就可以正确的加工了。

2.2 长度补偿功能

长度补偿功能表现在刀具长度上的变化。刀具半径不同，长度不同，因此体现在机床上的位置也不同。图1是所用对刀刀具尺寸参数。从图1中可以看到，两把刀具的长度不等，在机床上显示的坐标也不同，获得T01刀具的对刀数据：机床显示坐标Z-453.650，获得T02刀具的对刀数据：机床显示坐标Z-363.650，两刀具在位置上相差90mm。在机外对刀中，测量获得两把刀具长度，1号刀具长度是80mm，2号刀具长度是170mm，正好与对刀位置的差值一致。由此可见，对刀时，只需要对一把标准刀具进行对刀即可实现Z向的对刀，其它刀具的使用只要使用长度补偿即可实现该刀具的Z向位置的确定。

3 对刀原理分析

在对刀中，我们在XYZ三个方向上进行了确定刀具中心在工件上的位置。在XY平面中，表现出来刀具底平面与XY平面在同一平面中，切削时，正好是刀具中心与工件轮廓偏离一个刀具半径值时能够加工出正确的轮廓，由此可见，刀具半径补偿体现在平面上。刀具下刀距离的正确性则表现在Z轴上，因此，刀具长度补偿的应用体现了Z轴上的变化。从刀具的安装上来看，如图2，刀具中心线与主轴中心线重合，刀具的横截面与主轴的端面平行。在确定数控机床坐标轴时，以主轴中心线为Z轴。结合对刀过程，我们可以看到，对刀过程实际上是主轴中心在工件XY平面上的位置体现，在Z轴上是主轴端面在工件表面的体现。

综上分析，数控系统中的刀具半径补偿和刀具长度补偿功能是为了满足主轴端面中心在工件上的具体位置体现而设计，也就是说数控系统默认的标准刀具是主轴端面中心，该刀具的半径是零，刀具的长度是零。在加工中，用这把标准刀具不易确定在工件上的起点位置，因此需要使用其它的对刀工具来实现该位置的测量。

参考文献

[1]朴成道，沈文豪，尹凤哲，等.对刀仪在数控车床上的应用[J].机床与液压，2014（4）.

[2]毕忠梁.基于FANUC系统的无线对刀仪实现一键自动对刀[J].制造技术与机床，2014（3）.

作者简介：曾霞（1976-），女，陕西国防工业职业技术学院讲师，硕士研究生，从事数控技术的研究与教学。

雒钰花（1980-），女，陕西国防工业职业技术学院讲师，本科，从事数控技术的研究与教学。