浅析数控铣床加工常用对刀方法的分析比较

赵宏顺

【摘 要】数控铣床相比传统铣床更加自动化且功能更强大，但是随着社会发展、科技进步，机械行业对产品的精度要求越来越高，因而数控铣床加工精度也越来越得到重视。本文从数控铣床对刀进行研究，分析幾种不同方式的对刀方法并比较。

【关键词】数控铣床；机械坐标系；工件坐标系；加工精度

中图分类号： TG547 文献标识码： A 文章编号： 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

数铣是一种兼具加工精度高、加工效率高的数控机床，广泛应用于制造、信息、医疗设备等行业[1-2]。数铣是根据使用者编写程序，系统按照程序加工完成。想要正确加工出想要的零件，首先要建立坐标系。为了方便编写程序，操作者需要建立编程坐标系，即工件坐标系，该坐标系下各坐标值是指刀具的刀位点在工件坐标系中的坐标[3-4]。每台机床在出厂时候厂家为了方便使用均建立一个机床坐标系，该坐标系下坐标值称机械坐标值，该值是决定刀具位置的重要参数。每次加工零件前均需要确定编程坐标系原点在机床坐标系中的位置，将该值记录并在系统存储器中进行偏移，该过程通过对刀来完成。即数铣操作中通过对刀来确定工件坐标系与机床坐标系的关系，只有严格对刀后数铣在加工零件时候才能具有良好的精度。

1 数控铣床对刀原理

数控铣床铣削加工零件对刀过程由以下五个功能模块组成，如图1所示。

数铣对刀主要包括以下三点：

a.对刀时刀具的刀位点与对刀点重合；

b.确定编程原点与机床坐标系参考点之间的关系；

c.通过编程确定刀位点与工件坐标系的相对位置关系。

对刀时候刀位点是刀具上的参考点，刀位点根据刀具种类的不同而不同。对于车刀，刀位点是刀尖位置，而对于球头刀，刀位点则是为球心位置，其运动路径为用户编程的参考依据，在编程过程中，对刀点就是刀具加工工件的起点。在加工前应先移动刀具回到参考点，重置各坐标轴后才可建立坐标系。通常对刀点选择工件坐标系的原点，该方法可以提高对刀精度和减少误差，也可将对刀点设在夹具上，该方法更适合批量生产过程，可以提高加工效率。

2 数控铣床几种对刀方法的分析比较

在实际加工过程中，应根据现有设备情况及加工精度的要求来选择恰当的对刀方法，常见的对刀方法有寻边器对刀、试切法对刀两种方法，除此之外还有采用芯棒、塞尺等对刀方法来加工精度要求较高的工件，其原理与试切对刀相似，但效率高、对刀精度高，近年来也得到了广泛的应用。

工件坐标系的建立主要有X、Y方向对刀和Z向对刀两种。

2.1 X、Y轴工件坐标系的建立：

2.1.1 试切法

试切法是一种通过刀具与工件进行切削来确定工件坐标系，在实际使用过程中应用最广泛。在操作时候，通过手摇脉冲发生器调整刀具与工件的相对位置，在移动过程中保持主轴转动，当听到刮擦声时候就表面刀具切到工件，记录当前刀具的位置及数值，通过简单的计算后将数值输入到机床中即可。

其主要步骤为：按下回零将刀具返回到机床的参考点，将工件在工作台上定位并夹紧，在手动编程模式下输入代码，将主轴转速设为500r/min。此刻按下POS位置键，之后再按下液晶界面中相应的功能键，使液晶面板显示相对坐标。摇动手轮抬高铣刀，使得刀具离开工件上表面，再改变倍率将刀具与工件被测边（x0、y0）接触，将此时相应坐标清零，摇动手轮将刀具移到工件x1和y1位置，记录液晶屏上的x和y坐标，该值的一半即为工件的坐标原点。将液晶界面上显示的坐标值输入到工件坐标系中即可完成工件坐标系（X轴和Y轴）的建立。

试切法方法简单，但也有缺陷。如个人感官不同，对微小切削量把握也不同，容易导致精度降低，同时该方法不能做到对工件无伤害，会在工件上留下痕迹，不适合高精度情况的使用。因此，试切法主要应用在无寻边器、精度要求低和粗加工等场合。

2.1.2 寻边器对刀

相比于试切法对刀，寻边器对刀可用于表面精度要求较高的场合，如模具加工过程。寻边器可分为机械式寻边器和光電式寻边器两种。机械式寻边器在确定X、Y轴零点时精度可达到0.05mm，该类寻边器缺点是测头接触到工件后不能一目了然地观察出位置是否得当，需要反复多次观察有无偏心情况，费时费力。光电式寻边器相和机械式的有本质区别，其工作原理是寻边器测头与工件相接触时，工件与机床装夹装置导通并构成回路，此时寻边器上的指示灯发亮，对于操作人员来说，操作更为方便、快捷。光电式寻边器优点是灵敏度高且方便操作。除此外还有一种光电鸣音式寻边器，其为普通光电寻边器的升级版，硬件多了一个蜂鸣器，可以解决普通光电式寻边器在深孔加工时难以观察指示灯发光的情况。

在车间里使用较多的是光电式寻边器。其主要步骤是：将工件定位好并夹紧，把光电式寻边器装到主轴上，并在手动编程模式下转动主轴，转速为300-500r/min。按POS位置键，调节液晶界面中显示相对坐标。摇动手轮，将被测边（x0、y0）寻边器接触，将该坐标值清零后摇动手轮抬高刀具，避免损坏寻边器。摇动手轮将寻边器接触到工件的另一边x1及y1的位置，和试切法一样，记录液晶屏上的x和y坐标，该值的一半即为工件的坐标原点。抬高z轴，摇动手轮将寻边器移到坐标原点并清零。将液晶界面上显示的坐标输入到工件坐标系里即可建立工件坐标系（x轴和y轴）。

采用寻边器对刀在对刀过程中不会对工件表面有损伤，且具有操作便捷、对刀精度高的优点，应在工件具有较高的直线度的情况下使用。

2.1.3 杠杆百分表对刀、对刀块对刀

除了试切法、寻边器等对刀方法，还有杠杆百分表对刀法、对刀块对刀，杠杆百分表对刀法方法精度高，缺点是效率较低，常用于孔和面的精加工过程中。杠杆百分表对刀的原理是将杠杆百分表通过磁性表座吸附在主轴上，在手动编程模式下将主轴低速旋转，通过手轮使得表头靠近孔壁。观察表头在旋转时候指针的跳动范围，将跳动误差控制在对刀误差范围内，记录当前位置并保存到机床中即可。

对刀块对刀是在刀具和工件之间放置标准芯轴和块规对刀，该法与试切法类似，缺点是精度不高，且计算时需要减去对刀块的厚度，优点是可以避免刀具对工件的损伤。

2.2 Z轴工件坐标系的建立

z轴方向的零件常将工件的上表面作设为工作坐标系原点，z轴坐标系的建立主要有试切法、z轴设定器对刀和纸片对刀等方法。

2.2.1 试切法

Z轴试切法是将工件上表面作为试切位置，在手动编程模式下将主轴转速设置为500r/min，将刀具与工件上表面试切，操作方法与上面x轴、y轴坐标系建立方法中试切法类似，将试切时的坐标记录到机床中即可。

2.2.2 Z轴设定器对刀

Z轴设定器如图2所示，其高度多为50.00±0.01mm，可分为圆形、方形、光电式等多种类，对刀时，对刀前将其放置在工件表面，控制刀具接触z轴设定器，并使得其表针为0，记录当前坐标值，该值减去z轴设定其的高度即可。

2.2.3 纸片对刀

纸片对刀法是将纸片放置在工件上表面，其操作方法是在手动模式下控制主轴旋转，移动刀具到离工件表面3毫米左右时降低手轮倍率，避免撞刀，将刀具慢慢下放并接触纸片，刚接触到纸片时候纸片会随着刀具转动，停止操作并记录当前坐标值，保存到机床坐标系即可。纸片对刀法要求高，常需要经验丰富的操作者。

3 结语

对刀是数控铣床操作的基石，决定加工精度的重要环节，对刀方法种类较多，但不同对刀方法有着不同特点，各有千秋。操作则必须明白对刀的意义，是确定工件坐标系与机械坐标系的相对关系并建立工件坐标系，在编程时编辑坐标原点要根据该点才能加工出合格的产品、提高零件加工精度，进而促进机械加工产业的快速发展。

【参考文献】

[1]周敏，杨南粤.数控铣削加工中几种常见的对刀技巧[J]. 工具技术，2008，（12）：61-63.

[2]江惠明.数控铣床应用中的几种对刀方法[J].现代机械，2011，（06）：23-24+71.

[3]聂小春，汪菊英，孙晓辉.数控铣床（加工中心）对刀方法的研究与实践[J].科技资讯，2012，（32）：47.

[4]童建平，李穗冬.数控加工常用对刀方法及其应用[J].长沙航空职业技术学院学报，2005，（04）：64-68.