数控铣床对刀方法及应用

2018-04-02庄宏军杨春红

装备制造技术 2018年1期

庄宏军，杨春红，于地

（长春光华学院，吉林长春130033）

数控铣床在机械加工中用途广泛，加工精度高，加工质量稳定可靠，能加工轮廓形状复杂或难以控制尺寸的零件，如大部分模具都要通过数控铣床来加工。数控铣床的对刀是数控加工的最基本操作。通过对刀测量出程序坐标系原点与机床坐标系原点之间的偏移距离，并设置程序坐标系原点，并设置以刀位点为参照的机床坐标系里的坐标。实质就是让系统知道程序坐标系原点在机床坐标系中的确切位置[1]。因此，对刀是连接编程和加工的桥梁，无论是手工编程还是自动编程在实际加工之前都要进行对刀操作。掌握合适的对刀方法对数控加工质量的提升有着重要的意义。本文以案例形式剖析各种对刀方法在实践中的应用。

1　常用对刀方法

对刀的方法有很多种，按对刀的精度可分为粗略对刀和精确对刀；按是否采用对刀仪可分为手动对刀和自动对刀；按是否采用基准刀，又可分为绝对对刀和相对对刀等[2]。实际生产中常用的对刀方法如下：

1.1　试切对刀法

方法1：方形工件，编程原点在工件的顶面中心。利用机床CRT显示的机床坐标系来计算出工件系位置并输入到相应的储存器中。在其过程如下：

（1）主轴正转。

（2）手动控制刀具移动至接触毛坯左侧面，记录CRT显示的机床坐标值X1，退刀；手动控制刀具移动至接触毛坯右侧面，记录CRT显示的机床坐标值X2，退刀；手动控制刀具移动至接触毛坯前侧面，记录CRT显示的机床坐标值Y1，退刀；手动控制刀具移动至接触毛坯后侧面，记录CRT显示的机床坐标值Y2，退刀；Z方向手动控制刀具底部接触工件毛坯上表面，记录CRT显示的机床坐标值Z.

（3）根据记录的X、Y坐标，计算出工件坐标系原点的机床坐标，即X轴工件系值 =(X1+X2)/2；Y轴工件系值 =(Y1+Y2)/2，Z轴工件系值=Z，最后将计算值直接输入到对应的储存器号码中。

方法2：方形工件，边长L，刀具半径为R，编程原点在工件的顶面中心。利用刀具半径和工件尺寸来找到工件系位置的方法。过程如下：

（1）主轴正转。

（2）手动控制刀具移动至接触毛坯左侧面，在“工件坐标系”设置界面中，输入刀具中心点在工件坐标系中的X坐标值，即X－(L/2+R)，若刀具接触毛坯右侧面，则输入X+(L/2+R)，然后点击屏幕下方“测量”软键，系统会自动将工件坐标系原点的X向位置计算出来。同理，手动控制刀具移动至接触毛坯前侧面（Y轴正向），输入刀具中心点在工件坐标系中的Y坐标值，即Y+(L/2+R)，若刀具接触毛坯后侧面（Y轴负向），则输入Y－(L/2+R)，然后点击屏幕下方“测量”软键，系统会自动将工件坐标系原点的Y向位置计算出来。

（3）Z方向手动控制刀具底部接触工件毛坯上表面，一般会选择在有加工余量的位置进行试切，直接在对应的偏置寄存器中输入Z0后，点“测量”软键即可。

试切对刀法是最基本的对刀方法，简单、易学，不容易出错，但试切对刀会在零件表面留下切痕，所以对零件表面有精度要求的就不能采用试切对刀法。可选用对刀原理相同的机械寻边器进行对刀，以免在零件表面留下切痕，但寻边器对刀方式会使对刀的精度降低。

1.2　目测对刀法

目测对刀法是一种常用的粗略对刀方法，精度不高但操作简单，对没有基准边或毛坯余量很大的零件这种对刀方法非常适用。例如一方形工件，编程原点在工件的顶面中心，刀具为φ3中心钻。首先用直尺和划针在毛坯表面划出方形对角线的交点；主轴正转；手动方式下直接将刀具移动到编程坐标系原点上方，刀具中心在X、Y、Z三个方向大致对准毛坯顶面对角线交点，则此时CRT显示的坐标为程序原点的机床坐标，在“工件坐标系”设置界面中相应位置输入 X0、Y0、Z0，分别点击“测量”软键即可。

1.3　百分表对刀法

百分表对刀法是目前比较精确的对刀方法，其方法是利用百分表的精度来达到对刀精度的目的，因此零件基准面的表面粗糙度要好，否则会出现误差。百分表的精度为0.01 mm.有的时候也会采用千分表进行对刀，千分表的精度为0.001 mm，这就对机床的精度也提出了更高的要求。方法如下：

首先将杠杆百分表移动到如图1所示的位置，用手按顺时针方向盘动主轴，并在手动方式下移动工件和表针接触，当表针旋转到最大位置时，用手旋转表盘，将表针对准零位。这时记录下此时的机械坐标系中X轴的数值。再将百分表移动到如图2所示的位置和零件接触后，旋转百分表找到最大位置时停下来，在手动方式下移动工件将百分表指针对准零位，注意不能动百分表的表盘，要用机床移动将百分表指针对准零位，同时也要注意百分表不能超过一圈。这时记录下此时的机械坐标系中X轴的数值。最后，将两次记录的绝对值数值相加再除以2，即是偏移距离数据，该数据一般为负值，将计算得到的数值直接输入到对应的偏置寄存器中即可。百分表对刀方法较试切对刀法精度更高且不伤零件。

图1　百分表对刀

图2　百分表对刀

2　对刀注意要点

数控铣床在对刀操作之前要先做好以下工作：

（1）保证机床有0.6 MPa以上的工作气压，否则刀柄无法与主轴连接。

（2）保证弹簧夹头和刀柄锥面的清洁，安装之前必须擦拭干净。

（3）确定零件编程坐标系原点在零件中的位置来选择合适的对刀方法。

（4）检查百分表的精度，装夹百分表对刀或找正时，绝对不能开启主轴，防止百分表被甩出。

（5）对刀基准块一般要装夹在机床的极限位置，给零件加工让出更大的活动空间。

（6）为了提高试切对刀的精度，铣刀最好选择新刀。

3　数控铣床对刀的实际应用

（1）案例 1

有些零件的基准面不允许试切或无法完成试切，这种零件的对刀在实际生产中经常遇到。如图3所示车灯检具，编程坐标系原点在工件的左下角位置，无法进行试切对刀，且零件表面也不能有切痕，此种情况多选用百分表对刀。若零件原点不在零件对称中心线上，可使用百分表结合对刀块来完成对刀。对刀块的结构和安装如图4所示。

图3　车灯检具主体

图4　对刀块示意图及安装

对刀基准面要经过直径为10的铣刀铣削后设置编程原点（G54），如图5所示，用φ10铣刀精铣Y轴基准面，在G54偏置寄存器中输入“Y-5”，点击“测量”按键，完成Y轴对刀；再精铣X轴基准面，输入“X-5”，点击“测量”按键，完成基准面对刀。

图5　基准面对刀

然后通过百分表和机床相对坐标系的值测量出该基准面与零件编程原点间的距离。

测量基准块时，先将百分表移动至图6所示的位置，百分表的指针对准零线时，手动将相对坐标系X轴清零。再将百分表移动到图7所示的位置，在移动过程中不能触碰主轴和百分表，当百分表的指针对准零线时，记录下此时相对坐标系下的X轴数值，此值就是对刀块X轴基准面和零件X轴基准面之间的距离。将此数值设置到工件坐标中，完成X轴对刀。

图6　百分表与对刀块位置

图7　百分表与零件位置

百分表属精密仪器，用此方法对刀时，在手动方式下移动机床让百分表和基准面接触，要适当调解移动倍率。避免因进给倍率过大而损伤百分表。

（2）案例2

在实际生产中，还经常遇到没有基准面的零件，比如曲面或斜面组成的零件，如图8、图9所示。

图8　底板

图9　定位板

这类零件对刀方法主要是先用百分表找到孔的中心线位置，如图10、图11.再通过图样给出的尺寸，找到编程原点位置。用这种方法对刀的难点就在于如何用百分表来找到孔的中心线位置，其方法和前面讲的用百分表找零件对称中心线对刀方法相似，但要注意用此方法对刀的孔一定要经过精加工，否则对刀精度会不高，在手动盘动主轴过程中要注意保护表针触头，用力不宜过大。

图10　百分表与孔位置1

图11　百分表与孔位置2

（3）案例3

为了提高生产效率，有时需要一次装夹两个工件进行铣削加工。如图12所示，使用高精度平口钳同时装夹一组对称零件，定位侧板进行X轴定位。采用这种装夹方式的前提是两个工件的外形尺寸必须一致，否则平口钳只能装夹住一个零件，通常这种零件都是两个一起装夹加工而成。对刀应建立两个工件坐标系，如图13，可在平口钳的两端分别设置G55工件坐标系和G56工件坐标系，使用对刀块结合百分表完成，此处不再赘述。