錢燦榮,陳英俊,彭曉君,歐陽思潔

（肇慶學(xué)院 電子信息與機(jī)電工程學(xué)院,廣東 肇慶 526061）

1 概論

數(shù)控（numerical control，NC）技術(shù)，是指用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的技術(shù)[1].基于數(shù)控技術(shù)的數(shù)控精密機(jī)械加工，較傳統(tǒng)的機(jī)械加工而言，具有高精度、高效率、自動(dòng)化程度高和柔性化的特點(diǎn).數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了巨大變革，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征.三軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心（以下簡(jiǎn)稱加工中心），由于具備自動(dòng)換刀裝置（automatic tool changer，ATC），極大地提高了加工效率及工藝范圍，成為我國(guó)數(shù)控精密機(jī)械加工的主體設(shè)備，特別是在汽車、通信、輕工、醫(yī)療等各類產(chǎn)品的零部件生產(chǎn)中，提供了高精度、高效率的保障，推動(dòng)了我國(guó)加工業(yè)的發(fā)展.

目前，加工中心常用的對(duì)刀方法有2種：一是手動(dòng)對(duì)刀；二是自動(dòng)對(duì)刀.這2種對(duì)刀方法都需要基準(zhǔn)刀與工作臺(tái)重合，以建立對(duì)刀基準(zhǔn)面，換刀后移動(dòng)主軸，記錄主軸z軸方向的位移量，以獲取每把刀的偏置值H（如圖1所示）.重復(fù)移動(dòng)主軸，最終得到準(zhǔn)確值.每把刀的對(duì)刀時(shí)間大約為3m in，不但誤差大，而且耗時(shí)較長(zhǎng)，效率也比較低.

下面介紹一種加工中心的快速對(duì)刀方法.該對(duì)刀方法改變了過去以工作臺(tái)為參照建立基準(zhǔn)平面的傳統(tǒng)做法，使用主軸作為基準(zhǔn)，無須移動(dòng)主軸，對(duì)刀方法簡(jiǎn)單、快捷，對(duì)刀時(shí)間也大為縮短.此外，該儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低且效率高，具有廣泛的推廣價(jià)值.

圖1 各刀z軸向位移量

2 快速對(duì)刀的原理

該對(duì)刀儀使用基準(zhǔn)刀的底端面為基準(zhǔn)面，測(cè)量其余每把刀底端面與該基準(zhǔn)面的距離，以此作為刀具的偏置值（如圖2所示）.

由于測(cè)量各刀的底端面與基準(zhǔn)刀底端面的距離值不需要移動(dòng)主軸，所以對(duì)刀時(shí)間得以大幅度減少.

3 快速對(duì)刀方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)

該快速對(duì)刀方法所需的設(shè)備極為簡(jiǎn)單：將普通的數(shù)字顯示游標(biāo)卡尺游標(biāo)端延長(zhǎng)，并用磁性表座將卡尺固定于主軸箱上，游標(biāo)的長(zhǎng)度應(yīng)以可以接觸到每把刀的底端面為準(zhǔn)（如圖3和圖4所示）.

圖2 各刀底端面與基準(zhǔn)刀底端面的距離值

圖3 快速對(duì)刀方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖4 對(duì)刀設(shè)備結(jié)構(gòu)實(shí)物圖

以基準(zhǔn)刀底端面的位置為基準(zhǔn)面，對(duì)數(shù)字顯示屏清零.通過游標(biāo)的移動(dòng)，直接將所安裝的每把刀的底端面與基準(zhǔn)面的距離作為該刀的偏置值.

4 快速對(duì)刀方法的操作過程

1)將磁性表座安裝在主軸箱上，然后安裝游標(biāo)卡尺，安裝時(shí)需要保證卡尺與主軸的平行度及游標(biāo)與主軸的垂直度；放入基準(zhǔn)刀（一般是1號(hào)刀），將游標(biāo)端輕壓至刀的底端面，建立基準(zhǔn)面，并將數(shù)字顯示屏清零；按換刀按鈕，將基準(zhǔn)刀調(diào)入刀庫，并注冊(cè)刀具號(hào)，將該刀的長(zhǎng)度補(bǔ)償值設(shè)為0.

2)安裝n號(hào)刀，將游標(biāo)端輕壓至刀的底端面，讀取數(shù)字顯示屏的值，該數(shù)值即為n號(hào)刀與基準(zhǔn)刀的長(zhǎng)度偏置值；調(diào)入刀庫，注冊(cè)刀具號(hào)；將長(zhǎng)度偏置值輸入刀具補(bǔ)償Hn.

3)依次裝入其他刀，重復(fù)以上步驟2），直至完成對(duì)刀,操作流程詳見圖5.

圖5 快速對(duì)刀方法的操作流程

5 對(duì)刀精度分析

影響這種對(duì)刀方法的直接因素主要有2個(gè)：

1）游標(biāo)卡尺的精度.由于長(zhǎng)度偏置值直接從游標(biāo)卡尺的數(shù)字顯示屏中讀取，所以游標(biāo)卡尺的精度直接影響到對(duì)刀的精度.通用的游標(biāo)卡尺精度為0.02mm，對(duì)于一般的精密機(jī)械加工，這個(gè)精度是在公差允許范圍內(nèi)的.當(dāng)然，高精度的游標(biāo)卡尺（0.01mm）能進(jìn)一步提高快速對(duì)刀法的精度.

在傳統(tǒng)對(duì)刀方法中，手工對(duì)刀的精度為0.02～0.03mm，因此快速對(duì)刀法的精度比手工對(duì)刀法高.中檔對(duì)刀儀的精度為0.01mm，因此快速對(duì)刀法較對(duì)刀儀的精度低.

2）游標(biāo)卡尺與主軸的相對(duì)位置精度.刀具的旋轉(zhuǎn)軸心就是主軸的回轉(zhuǎn)中心，快速對(duì)刀儀在安裝時(shí)需要保證卡尺與主軸的平行度及游標(biāo)與主軸的垂直度.如果卡尺與主軸的平行度相差大，游標(biāo)所移動(dòng)的距離就不是刀底端面與基準(zhǔn)面的距離，數(shù)字顯示屏的值就比實(shí)際距離大；如果游標(biāo)與主軸不垂直，同樣也會(huì)出現(xiàn)這種情況.

6 結(jié)論

本文所介紹的快速對(duì)刀方法以提高對(duì)刀效率為根本，針對(duì)現(xiàn)有的主軸移動(dòng)對(duì)刀方法提出了定軸對(duì)刀方案，有效減少了對(duì)刀時(shí)間，每把刀的對(duì)刀時(shí)間大約縮減至1m in.

該對(duì)刀方法的局限性體現(xiàn)在2個(gè)方面：

1)安裝調(diào)整較為復(fù)雜.游標(biāo)卡尺不能在加工中心工作的時(shí)候，還通過磁性表座掛在主軸上，因此每次安裝刀具都需要重新安裝調(diào)整.前文論述了安裝游標(biāo)卡尺時(shí)對(duì)主軸位置精度的要求，因此每次安裝調(diào)整都是低效率的.此局限性可以通過將卡尺安裝在主軸箱上改善.將卡尺安裝在主軸箱上，還可以進(jìn)一步減少由于游標(biāo)卡尺與主軸的相對(duì)位置引起的誤差.

2)盤銑刀安裝受限.盤銑刀具有較大的底端面，容易與卡尺發(fā)生磨擦，因此，卡尺與主軸軸線的安裝距離，必須大于盤銑刀的半徑值.

[1]陳志雄,杜家熙.數(shù)控機(jī)床與數(shù)控編程技術(shù)[M].2版.北京:電子工業(yè)出版社,2006:1-3.