劉 源

（南京航空航天大學(xué)工程訓(xùn)練中心，江蘇 南京 211106）

數(shù)控切削加工傳統(tǒng)對(duì)刀方式有對(duì)刀儀對(duì)刀、手動(dòng)試切法對(duì)刀兩種方式。對(duì)刀儀價(jià)格昂貴，多配備于高檔數(shù)控機(jī)床，對(duì)刀精度較高。試切法對(duì)刀簡單易操作，但要求機(jī)床處于啟動(dòng)狀態(tài)，存在一定安全隱患。操作不當(dāng)，易發(fā)生安全事故。

試切法對(duì)刀目的是為了獲取刀具在Z軸和X軸向的偏差補(bǔ)償值。對(duì)刀精度受人為因素影響較大，直接影響數(shù)控車床的加工精度和加工零件的質(zhì)量［6－8］。

用于普通車削加工和工程訓(xùn)練的數(shù)控機(jī)床，多為滿足功能要求的普通數(shù)控機(jī)床，為降低成本，一般并未配備自動(dòng)對(duì)刀儀。因此在使用過程中，基本都采用傳統(tǒng)的手動(dòng)試切法進(jìn)行對(duì)刀。對(duì)于初次接觸數(shù)控車床和缺少操作經(jīng)驗(yàn)的人員，由于操作不熟練、緊張或疏忽大意等因素導(dǎo)致在試切工件進(jìn)行對(duì)刀時(shí)，刀架移動(dòng)速度、方向、位置等控制不準(zhǔn)確，易出現(xiàn)撞刀現(xiàn)象，進(jìn)而釀成事故。同時(shí)，由于普通數(shù)控車床多采用前置式、轉(zhuǎn)塔式刀架，體積較大。操作人員在試切對(duì)刀時(shí)必須將頭伸進(jìn)機(jī)床的防護(hù)門（如圖1所示）才能勉強(qiáng)看到刀尖試切情況，對(duì)人身安全構(gòu)成威脅。

針對(duì)傳統(tǒng)對(duì)刀方式在數(shù)控車削加工中的對(duì)刀困難及安全性問題，及現(xiàn)有對(duì)刀方式在對(duì)刀效率和裝置成本等方面的不足，本文介紹了一種易操作、低成本的對(duì)刀裝置。

圖1 試切法對(duì)刀需探頭觀察存安全隱患

1 對(duì)刀裝置的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

該對(duì)刀裝置結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示，主要由主體、百分表（含觸頭）、上壓蓋、氣泡水平儀等部分構(gòu)成。2個(gè)百分表水平固定在一個(gè)由鋁合金材料制成的殼體內(nèi)；對(duì)刀裝置上安裝氣泡水平儀，用以保證對(duì)刀裝置在主軸卡盤上處于水平放置。裝置的上蓋上設(shè)計(jì)了一個(gè)方孔，以方便調(diào)節(jié)百分表的刻度盤。對(duì)刀時(shí)，用車刀刀尖與百分表的觸頭接觸，并觀察2個(gè)百分表上的指針讀數(shù)，從而獲取刀具在X軸、Z軸方向的偏置值。為了節(jié)省對(duì)刀時(shí)間，提高對(duì)刀效率，可更換百分表的觸頭，使其增大刀尖與觸頭的接觸面積。

對(duì)刀裝置具有的特點(diǎn)：

1）簡單易操作。在使用過程中，只需將主體部分當(dāng)做工件插入車床卡盤，即可進(jìn)行Z軸和X軸方向的對(duì)刀調(diào)節(jié)，簡單易操作。

2）安全穩(wěn)定。相對(duì)于試切法手動(dòng)對(duì)刀，本裝置無需在機(jī)床啟動(dòng)的狀態(tài)下，可以完成對(duì)刀操作；同時(shí)，在對(duì)刀過程中，操作者無需將頭伸進(jìn)床身內(nèi)部觀察對(duì)刀情況。這樣提高了對(duì)刀操作的安全性，降低安全事故的發(fā)生率。

3）高效。將百分表的觸頭用較大的零部件代替，增大了刀尖和觸頭的接觸面積，縮減對(duì)刀時(shí)間，提高對(duì)刀的效率。

4）成本低廉。本裝置主要有主體部分和百分表構(gòu)成，加工簡單，相對(duì)于自動(dòng)對(duì)刀儀，成本低廉。

圖2 對(duì)刀裝置結(jié)構(gòu)

2 對(duì)刀裝置的使用方法

數(shù)控車削加工與普通車削加工的區(qū)別：普通車床加工零件時(shí)，操作者通過量具與機(jī)床手輪相互配合來確立刀具與工件的位置關(guān)系，當(dāng)?shù)毒呶恢貌淮_定時(shí)，操作者可以隨時(shí)加以調(diào)整；而數(shù)控加工過程中，工件是一次性裝夾，一般是多刀位的連續(xù)加工，所以確定各刀具刀位點(diǎn)與工件的加工位置關(guān)系尤為重要，這一過程就是對(duì)刀。對(duì)刀操作就是獲取刀具X軸、Z軸方向的偏置補(bǔ)償值，對(duì)刀精度直接影響零件加工精度。

圖3是對(duì)刀裝置的實(shí)物圖及在使用過程中的裝夾圖。對(duì)刀裝置在使用前要進(jìn)行調(diào)試：通過對(duì)百分表盤讀數(shù)調(diào)試對(duì)零，事先獲取兩個(gè)百分表讀值為零觸頭的X軸、Z軸機(jī)床坐標(biāo)值。

圖3 對(duì)刀裝置實(shí)物及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

假設(shè)Z軸方向長度為142mm，X軸方向直徑是54mm。對(duì)刀裝置調(diào)試完成后，開始對(duì)刀操作。將對(duì)刀裝置裝夾在數(shù)控車床三爪卡盤上，通過觀察水平水柱并調(diào)節(jié)裝置，直至水平水柱顯示對(duì)刀裝置放置水平。在無需啟動(dòng)主軸狀態(tài)下，移動(dòng)刀架，將刀具刀尖緩緩的靠近百分表觸頭。刀尖接觸Z軸方向的百分表觸頭時(shí)，觀察百分表指針，當(dāng)指針指向預(yù)先調(diào)試好的位置時(shí)，將百分表上顯示的Z軸方向數(shù)值讀出，處理后輸入對(duì)應(yīng)的刀具偏置寄存器中。對(duì)刀裝置觸頭對(duì)零時(shí)，距離卡爪面的長度（142mm）與零件毛坯實(shí)際要伸出的長度有一個(gè)差值。偏置寄存器中的數(shù)值即為該差值。如果毛坯需要伸出60mm，則此差值為142－60＝82（mm）。則此時(shí)輸入Z軸方向82mm于偏置寄存器，按下顯示器上的測(cè)量鍵，保存Z軸方向的偏置值。此差值，也顯示在數(shù)控車床的顯示器上，可直接讀出。

X軸方向?qū)Φ对硗?，刀尖接觸到X軸上百分表觸頭，觀察百分表讀數(shù)。直到指針指向預(yù)先調(diào)試的位置時(shí)，直接在刀具偏置寄存器中輸入X軸方向54mm，按下顯示器上的測(cè)量鍵，X軸方向的偏置值就被輸入保存。

3 對(duì)刀裝置的應(yīng)用效果和范圍

將對(duì)刀裝置進(jìn)行性能測(cè)試。在本校工程訓(xùn)練中心3臺(tái)不同數(shù)控車床上重復(fù)進(jìn)行多次對(duì)刀實(shí)驗(yàn)，對(duì)比手工試切對(duì)刀結(jié)果與本裝置對(duì)刀結(jié)果（如表1所示），X軸和Z 軸方向的誤差均不超過0.1mm。在實(shí)驗(yàn)過程中，操作者無需將頭伸進(jìn)數(shù)控車床內(nèi)部就能觀察對(duì)刀過程中的軸向和徑向誤差，并作出實(shí)時(shí)調(diào)整，直至對(duì)刀結(jié)果滿足數(shù)控車床的精度要求。

表1 兩種對(duì)刀方式精度對(duì)比 mm

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該對(duì)刀裝置在滿足安全性的同時(shí)完全滿足傳統(tǒng)對(duì)刀方式對(duì)機(jī)床的精度要求。安全適用，具有很大的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

該對(duì)刀裝置還可以作為數(shù)控車床的刀架的重復(fù)定位精度和反向間隙精度的檢測(cè)。目前在檢測(cè)以上精度時(shí)通常都采用磁力表架和百分表來檢測(cè)，這種方法會(huì)出現(xiàn)由于表座磁力不夠或表架桿松動(dòng)而引起測(cè)量過程產(chǎn)生誤差。另外還要在對(duì)X方向進(jìn)行檢測(cè)后重新調(diào)節(jié)表座以及表?xiàng)U的位置和方向，才能對(duì)Z方向進(jìn)行檢測(cè)。過程較為復(fù)雜，而采用該對(duì)刀裝置裝在卡盤上進(jìn)行檢測(cè)就可以避免上述問題，并且能夠做到方便和快捷。

4 結(jié)語

針對(duì)傳統(tǒng)對(duì)刀方式在數(shù)控機(jī)床對(duì)刀過程中存在的不足，設(shè)計(jì)了一款簡單可靠的對(duì)刀裝置。給出了該裝置詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析其使用原理和使用方法。利用該對(duì)刀裝置在不同數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行了一系列對(duì)刀實(shí)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合企業(yè)使用的反饋效果，表明該對(duì)刀裝置的對(duì)刀精度，對(duì)刀效率相對(duì)于傳統(tǒng)的試切法對(duì)刀具有更多的優(yōu)勢(shì)。該對(duì)刀裝置也可用于車床刀架重復(fù)定位精度和反向間隙精度的檢測(cè)，具備簡單、高效、安全、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。

［1］ 魏學(xué)光.基于機(jī)器視覺的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀技術(shù)研究［D］.北京：北方工業(yè)大學(xué)，2014.

［2］ 張傳劍.基于非接觸式的滾珠螺母內(nèi)滾道磨削自動(dòng)對(duì)刀技術(shù)研究［D］.南京：南京理工大學(xué)，2013.

［3］ 黃繼永.數(shù)控車床用自動(dòng)對(duì)刀儀的研究［D］.沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2005.