錢袁萍

（沙洲職業(yè)工學院，江蘇 張家港 215600）

0 引言

對刀操作是數(shù)控加工中最重要的一步。本文以FANUC 數(shù)控系統(tǒng)為例來說明。

數(shù)控銑床或加工中心建立工件坐標系的指令是G54~G59，根據(jù)程序中所用的不同坐標系指令，需要在刀具補償畫面的子畫面 【工件系】 中相應(yīng)的G54~G59里面設(shè)定相應(yīng)的數(shù)值，這個數(shù)值是工件坐標系原點位置在機床坐標系中的坐標值。以下均以G54 為例來說明。

在對刀之前必須要進行過返回參考點操作，即建立了機床坐標系，否則對刀數(shù)據(jù)將變得無意義。以下的對刀實例全部假定機床已經(jīng)進行過返回參考點操作。

1 矩形毛坯的對刀

1.1 試切法對刀

（1）單邊試切法對X、Y、Z 軸。設(shè)某工件毛坯為（100×100×50）mm 長方體。將工件坐標系原點設(shè)在毛坯的一個角點上，采用Φ10 直柄立銑刀。假設(shè)先對X 軸，步驟如下： ①切換到 【手動】 或 【手輪】 工作方式，將刀具快速移動到工件左側(cè) （即X 軸負方向） 位置，刀具落到工件以下約10mm（如圖1），主軸正轉(zhuǎn)；②切換到【手輪】 模式下，將刀具沿X 軸正方向靠近工件，在刀具非常接近工件時要轉(zhuǎn)換到小倍率移動，以提高對刀精度，觀察到刀具一旦接觸工件立即停止移動。切到工件越少對刀精度越高；③計算現(xiàn)在的X 軸坐標。考慮到這條邊是要設(shè)定X0 位置，而刀具半徑為5mm，所以此位置刀具中心的坐標應(yīng)該是X-5.；④打開刀補畫面下的 【坐標系】 子畫面，移動光標至G54 的X位置（如圖2），在輸入緩沖區(qū)輸入X 軸的當前坐標X-5.（注意加小數(shù)點），點擊【測量】 軟鍵。

同理對Y 軸 （刀具移到工件前側(cè)），最后打開刀補畫面下的【坐標系】子畫面，移動光標至G54 的Y 位置，在輸入緩沖區(qū)輸入Y 軸的當前坐標Y-5.，點擊 【測量】軟鍵。

圖1 對刀示意圖Fig.1 Schematic diagram of the tool

同理對Z 軸 （刀具移到工件上方），最后打開刀補畫面下的 【坐標系】 子畫面，移動光標至G54 的Z 位置，在輸入緩沖區(qū)輸入Z 軸的當前坐標Z0.，點擊 【測量】 軟鍵，對刀完成，注： 如果使用刀具較多時，一般Z 軸對刀設(shè)定在 【補正】 畫面下的刀具長度補償H 中，用G43 調(diào)用。

注意事項： ①試切法對刀精度受操作者操作水平和經(jīng)驗影響較大。另外，單邊試切法對刀精度還與銑刀本身的精度有關(guān)。據(jù)筆者實踐，在對刀表面比較光滑的鋼件上用試切法對刀，對刀精度可以控制在0.05mm；②對刀時先對哪個軸后對哪個軸，并不影響最后對刀結(jié)果；③試切法對刀過程中會切到工件表面，所以，試切法對刀適合于對刀的基準表面比較粗糙，或允許有切傷的工件表面（比如對刀表面加工完畢后會被切除）；④試切法對刀方法快捷簡單，不需要其他工具，在對刀后不用換刀即可直接進行加工操作，是一些對刀精度要求不高的工件常用的對刀方法。

（2）雙邊試切法對X、Y、Z 軸。設(shè)某工件毛坯為（100×100×50）mm 長方體。將工件坐標系原點設(shè)在毛坯的上表面中心，采用Φ10 直柄立銑刀。對刀過程如下：

假設(shè)先對X 軸： 步驟①、②同單邊試切法；③將X軸的相對坐標清零；④【手動】或【手輪】工作模式下，將刀具抬起高于工件，然后移動到工件的右側(cè) （即X 軸的正方向） 位置，刀具落到工件以下約10mm 位置；⑤切換到 【手輪】 模式下，將刀具沿X 軸負方向靠近工件，在刀具非常接近工件時要轉(zhuǎn)換到小倍率移動，觀察到刀具一旦接觸工件立即停止移動；⑥觀看X 軸的相對坐標值（假設(shè)讀數(shù)為X109.8），計算中間值（計算結(jié)果為X54.9），抬起刀具，手動移動刀具到X 坐標的中間位置（X54.9）；⑦打開刀補畫面下的 【坐標系】 子畫面，移動光標至G54 的X 位置，在輸入緩沖區(qū)輸入X0，點擊 【測量】軟鍵。

再對Y 軸，操作步驟類似于雙邊法對X 軸，Z 軸的對刀同單邊試切法，這里不再贅述。

圖2 刀補畫面Fig.2 Cutter compensation picture

注意事項： ①在試切X 軸兩邊的過程中，一般Y軸不要移動，同樣在對Y 軸的時候，X 軸位置不要移動，這樣能夠減少由于毛坯面的不對稱度引起的對刀誤差；②雙邊試切取中可以抵消刀具直徑誤差對對刀精度的影響，同時也會抵消刀具切入工件深淺的一部分誤差，所以對刀精度較單邊試切法要高許多；③雙邊試切法可以不用考慮工件的實際尺寸大小而將零點設(shè)在工件的中心，這個特點十分適合于不必明確知道毛坯尺寸的工件；④雙邊試切法同樣會切傷工件，所以試切的位置也要選擇允許有切痕的地方；⑤各軸試切的先后順序并不影響對刀結(jié)果。

1.2 剛性靠棒法對刀

如果要進行無切痕的對刀，最簡單的方法是用剛性靠棒。剛性靠棒是一根光滑直棒，直徑和表面粗糙度都要達到一定精度，將這根光滑直棒裝夾到主軸上，配合塞尺進行對刀。塞尺是一些若干標準厚度的鋼片，可以利用這些標準厚度的鋼片來檢測靠棒距離工件表面的距離。

（1）單邊靠棒。工件及所設(shè)坐標同試切法，現(xiàn)以對X軸為例說明對刀的步驟和方法。假設(shè)所用剛性靠棒直徑為10mm。

首先，類似單邊試切法，在 【手動】 或 【手輪】 方式下將剛性棒移動到工件左側(cè)X 軸負方向，將靠棒底部移動到工件以下；然后，在 【手輪】 工作方式下向X 軸正方向移動，靠近工件的對刀邊界，注意速度不要太快而碰到工件，在離工件距離大約0.5mm 時，用0.5mm 的塞尺往靠棒與工件夾縫中塞，如果能順利塞進去說明靠棒離工件邊界大于0.5mm，再繼續(xù)移動機床X 軸靠近工件，直到塞尺不能順利塞進去?？梢酝ㄟ^X 軸的負方向的移動來尋找0.5mm 塞尺正好塞進去而沒有空隙這樣一個臨界點 （移動時手輪倍率打到小倍率，以提高對刀精度）；接下來，計算當前靠棒中心的坐標：靠棒半徑5mm，塞尺0.5mm，對刀的邊界坐標為X0，所以當前坐標應(yīng)為X-5.5；最后，打開【刀補】畫面，【坐標系】子畫面，將光標移動到G54 的X 軸上，輸入X-5.5，按【測量】軟鍵。

說明： ①剛性靠棒對刀時主軸要在停轉(zhuǎn)狀態(tài) （如果主軸有準停功能，最好在主軸準停狀態(tài)）；②與試切法相比剛性靠棒對刀精度高，且不傷工件表面。但要求對刀的表面光滑且平面度要高，所以比較適合于已加工的表面對刀；③與尋邊器對刀相比，其操作較為費時，但對刀所需要的工具較易得到。

（2）雙邊靠棒：對于工件坐標系原點在毛坯中間的情況，也可用剛性靠棒找兩邊取中的方法對刀。其對刀方法類似于試切法兩邊取中的方法對刀，不同的是剛性靠棒是用塞尺判斷是否到達工件表面，并且主軸不轉(zhuǎn)。具體步驟可以參考雙邊試切取中法對刀，這里不再贅述。

Z 軸的對刀： 由于各刀具長度不同，所以不能利用剛性靠棒來對Z 軸，但是Z 軸在對刀的時候可以類似于剛性靠棒的方法來對Z 軸而不傷工件表面，方法步驟如下： ①將要對的刀具安裝在主軸上，并保持主軸停轉(zhuǎn)狀態(tài)；②在 【手動】 或 【手輪】 方式下移動刀具靠近工件上表面 （這里假定工件上表面是Z0 位置）；③在離工件上表面即Z0 位置大約0.5mm 時停止移動，用0.5mm 的塞尺試驗刀具底部距工件距離，通過手輪調(diào)節(jié)到刀具底部距工件上表面0.5mm 位置，此處的Z 坐標應(yīng)為Z0.5；④打開 【刀補】 畫面，【坐標系】 子畫面，將光標移動到G54 的Z 軸上，輸入Z0.5，按 【測量】 軟鍵。

1.3 尋邊器對刀

尋邊器對刀也是一種非切削式對刀方式。常用的尋邊器有偏心尋邊器和光電尋邊器兩種。

（1）偏心尋邊器。偏心尋邊器（如圖3(a)）是一種利用偏心軸的原理尋邊的儀器。偏心尋邊器由固定端和測量端兩部分組成。固定端由刀具夾頭夾持在機床主軸上，中心線與主軸軸線重合。在測量時，主軸以400r/min~600r/min 的速度旋轉(zhuǎn)。通過手動方式，使尋邊器向工件對刀基準面移動靠近，讓測量端接觸基準面 （注意:不能是固定端）。在測量端未接觸工件時，固定端與測量端的中心線不重合，兩者呈偏心狀態(tài)。當測量端與工件接觸后，偏心距逐漸減小，這時使用點動或手輪方式微調(diào)進給，尋邊器繼續(xù)向工件移動，偏心距逐漸減小。當測量端與固定端的中心線重合的瞬間，測量端會產(chǎn)生明顯的滑移，出現(xiàn)偏心狀態(tài)。這時主軸中心線位置距離工件基準面的距離等于測量端的半徑值。

偏心尋邊器對刀方法類似于剛性靠棒，但在對刀過程中不用塞尺進行測量，對刀簡便快捷。一般的偏心尋邊器的尋邊精度能達到0.02mm。

數(shù)控銑床/加工中心上各種對刀方法、特點及應(yīng)用場合詳見表1。

表1 數(shù)控銑床/加工中心上各種對刀方法、特點及應(yīng)用場合Tab.1 All kinds of methods,characteristics and applications of machining center/CNC milling machine

（2）光電尋邊器。光電尋邊器（圖3（b））的一端安裝在機床主軸上，另一端有一個測頭，當測頭碰觸到工件對刀表面時，尋邊器的指示燈會發(fā)光 （有的伴有聲音）。光電尋邊器對刀尋邊精度高，對刀速度快，但價格較貴。

圖3 尋邊器Fig.3 Edge detector

2 圓形工件的對刀

圓形工件（包括外圓形和內(nèi)圓形）的對刀即尋找圓心位置，簡單說就是讓主軸的中心移動到圓形工件的圓心處。常用方法有兩種： 一種是左右分中法；另一種是利用百分表或杠杠百分表尋找圓心。

（1）左右分中法。左右分中法類似于雙邊試切或雙邊靠棒法對矩形工件。如果工件對刀精度要求不是很高并且對刀處允許有切痕時，可采用左右試切法找到中間位置，否則用剛性靠棒或?qū)み吰鱽磉M行左右對刀取中。

圖4 圓形工件Fig.4 The round workpiece

圖5 尋邊器位置Fig.5 The position of edge detector

現(xiàn)以一外圓柱外表面為例來說明對刀方法。如圖4所示圓形工件安裝在工作臺上，工件坐標系的原點設(shè)在圓柱上面的圓心處。①在主軸上安裝尋邊器；②將尋邊器沿X 向移動到接近直徑的位置，進行左右尋邊 （如圖5 所示位置），在左右尋邊過程中要保持Y 坐標不要變化；③分中，利用相對坐標清零找到所對X 向的中間位置（此時不一定是X 向的最大直徑處）；④用同樣的方法對Y軸進行分中，此時找到的一定是Y 方向圓的中心。在工件坐標系G54 設(shè)定畫面中，輸入Y0，按 【測量】 軟鍵；⑤再次對X 向進行分中，此次找到的一定是X 方向圓的中心，在工件坐標系G54 設(shè)定畫面中，輸入X0，按 【測量】 軟鍵。

（2）用百分表或杠桿百分表來對刀。將百分表或杠桿百分表利用磁力表座等工具吸附或安裝在主軸上，并讓表頭離主軸的偏心距離大約有所找圓形邊界的半徑大小。手動將主軸中心移動到大約圓柱工件圓心位置，并調(diào)節(jié)百分表讓百分表的測頭盡量垂直地壓在圓柱表面，手動轉(zhuǎn)動主軸觀察百分表指針的變化情況，移動X、Y軸，讓主軸在轉(zhuǎn)動一圈的時候百分表的刻度變化在允許的范圍內(nèi)。這個位置便是圓柱形工件的圓心位置，打開G54 設(shè)定畫面中，輸入X0，按 【測量】 軟鍵，再輸入Y0，按 【測量】 軟鍵，X、Y 軸同時對好。

3 總結(jié)

通過上述對刀方法的描述可見，數(shù)控銑床/加工中心上對刀方法靈活，應(yīng)根據(jù)毛坯類型、加工精度要求、加工現(xiàn)場條件等綜合確定。只有合理選擇對刀方法，才能保證工件的加工質(zhì)量和提高加工效率。

[1] 鹿昆. 數(shù)控銑/加工中心操作工[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[2] 韓鴻鸞. 數(shù)控銑削工藝與編程一體化教程[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3] 吳明友. 數(shù)控銑床（FANUC）考工實訓(xùn)教程[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.