莊宏軍，楊春紅，于 地

（長春光華學(xué)院，吉林 長春130033）

數(shù)控銑床在機(jī)械加工中用途廣泛，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，能加工輪廓形狀復(fù)雜或難以控制尺寸的零件，如大部分模具都要通過數(shù)控銑床來加工。數(shù)控銑床的對(duì)刀是數(shù)控加工的最基本操作。通過對(duì)刀測(cè)量出程序坐標(biāo)系原點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的偏移距離，并設(shè)置程序坐標(biāo)系原點(diǎn)，并設(shè)置以刀位點(diǎn)為參照的機(jī)床坐標(biāo)系里的坐標(biāo)。實(shí)質(zhì)就是讓系統(tǒng)知道程序坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的確切位置[1]。因此，對(duì)刀是連接編程和加工的橋梁，無論是手工編程還是自動(dòng)編程在實(shí)際加工之前都要進(jìn)行對(duì)刀操作。掌握合適的對(duì)刀方法對(duì)數(shù)控加工質(zhì)量的提升有著重要的意義。本文以案例形式剖析各種對(duì)刀方法在實(shí)踐中的應(yīng)用。

1　常用對(duì)刀方法

對(duì)刀的方法有很多種，按對(duì)刀的精度可分為粗略對(duì)刀和精確對(duì)刀；按是否采用對(duì)刀儀可分為手動(dòng)對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀；按是否采用基準(zhǔn)刀，又可分為絕對(duì)對(duì)刀和相對(duì)對(duì)刀等[2]。實(shí)際生產(chǎn)中常用的對(duì)刀方法如下：

1.1　試切對(duì)刀法

方法1：方形工件，編程原點(diǎn)在工件的頂面中心。利用機(jī)床CRT顯示的機(jī)床坐標(biāo)系來計(jì)算出工件系位置并輸入到相應(yīng)的儲(chǔ)存器中。在其過程如下：

（1）主軸正轉(zhuǎn)。

（2）手動(dòng)控制刀具移動(dòng)至接觸毛坯左側(cè)面，記錄CRT顯示的機(jī)床坐標(biāo)值X1，退刀；手動(dòng)控制刀具移動(dòng)至接觸毛坯右側(cè)面，記錄CRT顯示的機(jī)床坐標(biāo)值X2，退刀；手動(dòng)控制刀具移動(dòng)至接觸毛坯前側(cè)面，記錄CRT顯示的機(jī)床坐標(biāo)值Y1，退刀；手動(dòng)控制刀具移動(dòng)至接觸毛坯后側(cè)面，記錄CRT顯示的機(jī)床坐標(biāo)值Y2，退刀；Z方向手動(dòng)控制刀具底部接觸工件毛坯上表面，記錄CRT顯示的機(jī)床坐標(biāo)值Z.

（3）根據(jù)記錄的X、Y坐標(biāo)，計(jì)算出工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)，即X軸工件系值 =(X1+X2)/2；Y軸工件系值 =(Y1+Y2)/2，Z軸工件系值=Z，最后將計(jì)算值直接輸入到對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)存器號(hào)碼中。

方法2：方形工件，邊長L，刀具半徑為R，編程原點(diǎn)在工件的頂面中心。利用刀具半徑和工件尺寸來找到工件系位置的方法。過程如下：

（1）主軸正轉(zhuǎn)。

（2）手動(dòng)控制刀具移動(dòng)至接觸毛坯左側(cè)面，在“工件坐標(biāo)系”設(shè)置界面中，輸入刀具中心點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)值，即X－(L/2+R)，若刀具接觸毛坯右側(cè)面，則輸入X+(L/2+R)，然后點(diǎn)擊屏幕下方“測(cè)量”軟鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的X向位置計(jì)算出來。同理，手動(dòng)控制刀具移動(dòng)至接觸毛坯前側(cè)面（Y軸正向），輸入刀具中心點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的Y坐標(biāo)值，即Y+(L/2+R)，若刀具接觸毛坯后側(cè)面（Y軸負(fù)向），則輸入Y－(L/2+R)，然后點(diǎn)擊屏幕下方“測(cè)量”軟鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的Y向位置計(jì)算出來。

（3）Z方向手動(dòng)控制刀具底部接觸工件毛坯上表面，一般會(huì)選擇在有加工余量的位置進(jìn)行試切，直接在對(duì)應(yīng)的偏置寄存器中輸入Z0后，點(diǎn)“測(cè)量”軟鍵即可。

試切對(duì)刀法是最基本的對(duì)刀方法，簡單、易學(xué)，不容易出錯(cuò)，但試切對(duì)刀會(huì)在零件表面留下切痕，所以對(duì)零件表面有精度要求的就不能采用試切對(duì)刀法。可選用對(duì)刀原理相同的機(jī)械尋邊器進(jìn)行對(duì)刀，以免在零件表面留下切痕，但尋邊器對(duì)刀方式會(huì)使對(duì)刀的精度降低。

1.2　目測(cè)對(duì)刀法

目測(cè)對(duì)刀法是一種常用的粗略對(duì)刀方法，精度不高但操作簡單，對(duì)沒有基準(zhǔn)邊或毛坯余量很大的零件這種對(duì)刀方法非常適用。例如一方形工件，編程原點(diǎn)在工件的頂面中心，刀具為φ3中心鉆。首先用直尺和劃針在毛坯表面劃出方形對(duì)角線的交點(diǎn)；主軸正轉(zhuǎn)；手動(dòng)方式下直接將刀具移動(dòng)到編程坐標(biāo)系原點(diǎn)上方，刀具中心在X、Y、Z三個(gè)方向大致對(duì)準(zhǔn)毛坯頂面對(duì)角線交點(diǎn)，則此時(shí)CRT顯示的坐標(biāo)為程序原點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)，在“工件坐標(biāo)系”設(shè)置界面中相應(yīng)位置輸入 X0、Y0、Z0，分別點(diǎn)擊“測(cè)量”軟鍵即可。

1.3　百分表對(duì)刀法

百分表對(duì)刀法是目前比較精確的對(duì)刀方法，其方法是利用百分表的精度來達(dá)到對(duì)刀精度的目的，因此零件基準(zhǔn)面的表面粗糙度要好，否則會(huì)出現(xiàn)誤差。百分表的精度為0.01 mm.有的時(shí)候也會(huì)采用千分表進(jìn)行對(duì)刀，千分表的精度為0.001 mm，這就對(duì)機(jī)床的精度也提出了更高的要求。方法如下：

首先將杠桿百分表移動(dòng)到如圖1所示的位置，用手按順時(shí)針方向盤動(dòng)主軸，并在手動(dòng)方式下移動(dòng)工件和表針接觸，當(dāng)表針旋轉(zhuǎn)到最大位置時(shí)，用手旋轉(zhuǎn)表盤，將表針對(duì)準(zhǔn)零位。這時(shí)記錄下此時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)系中X軸的數(shù)值。再將百分表移動(dòng)到如圖2所示的位置和零件接觸后，旋轉(zhuǎn)百分表找到最大位置時(shí)停下來，在手動(dòng)方式下移動(dòng)工件將百分表指針對(duì)準(zhǔn)零位，注意不能動(dòng)百分表的表盤，要用機(jī)床移動(dòng)將百分表指針對(duì)準(zhǔn)零位，同時(shí)也要注意百分表不能超過一圈。這時(shí)記錄下此時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)系中X軸的數(shù)值。最后，將兩次記錄的絕對(duì)值數(shù)值相加再除以2，即是偏移距離數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)一般為負(fù)值，將計(jì)算得到的數(shù)值直接輸入到對(duì)應(yīng)的偏置寄存器中即可。百分表對(duì)刀方法較試切對(duì)刀法精度更高且不傷零件。

圖1　百分表對(duì)刀

圖2　百分表對(duì)刀

2　對(duì)刀注意要點(diǎn)

數(shù)控銑床在對(duì)刀操作之前要先做好以下工作：

（1）保證機(jī)床有0.6 MPa以上的工作氣壓，否則刀柄無法與主軸連接。

（2）保證彈簧夾頭和刀柄錐面的清潔，安裝之前必須擦拭干凈。

（3）確定零件編程坐標(biāo)系原點(diǎn)在零件中的位置來選擇合適的對(duì)刀方法。

（4）檢查百分表的精度，裝夾百分表對(duì)刀或找正時(shí)，絕對(duì)不能開啟主軸，防止百分表被甩出。

（5）對(duì)刀基準(zhǔn)塊一般要裝夾在機(jī)床的極限位置，給零件加工讓出更大的活動(dòng)空間。

（6）為了提高試切對(duì)刀的精度，銑刀最好選擇新刀。

3　數(shù)控銑床對(duì)刀的實(shí)際應(yīng)用

（1）案例 1

有些零件的基準(zhǔn)面不允許試切或無法完成試切，這種零件的對(duì)刀在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到。如圖3所示車燈檢具，編程坐標(biāo)系原點(diǎn)在工件的左下角位置，無法進(jìn)行試切對(duì)刀，且零件表面也不能有切痕，此種情況多選用百分表對(duì)刀。若零件原點(diǎn)不在零件對(duì)稱中心線上，可使用百分表結(jié)合對(duì)刀塊來完成對(duì)刀。對(duì)刀塊的結(jié)構(gòu)和安裝如圖4所示。

圖3　車燈檢具主體

圖4　對(duì)刀塊示意圖及安裝

對(duì)刀基準(zhǔn)面要經(jīng)過直徑為10的銑刀銑削后設(shè)置編程原點(diǎn)（G54），如圖5所示，用φ10銑刀精銑Y軸基準(zhǔn)面，在G54偏置寄存器中輸入“Y-5”，點(diǎn)擊“測(cè)量”按鍵，完成Y軸對(duì)刀；再精銑X軸基準(zhǔn)面，輸入“X-5”，點(diǎn)擊“測(cè)量”按鍵，完成基準(zhǔn)面對(duì)刀。

圖5　基準(zhǔn)面對(duì)刀

然后通過百分表和機(jī)床相對(duì)坐標(biāo)系的值測(cè)量出該基準(zhǔn)面與零件編程原點(diǎn)間的距離。

測(cè)量基準(zhǔn)塊時(shí)，先將百分表移動(dòng)至圖6所示的位置，百分表的指針對(duì)準(zhǔn)零線時(shí)，手動(dòng)將相對(duì)坐標(biāo)系X軸清零。再將百分表移動(dòng)到圖7所示的位置，在移動(dòng)過程中不能觸碰主軸和百分表，當(dāng)百分表的指針對(duì)準(zhǔn)零線時(shí)，記錄下此時(shí)相對(duì)坐標(biāo)系下的X軸數(shù)值，此值就是對(duì)刀塊X軸基準(zhǔn)面和零件X軸基準(zhǔn)面之間的距離。將此數(shù)值設(shè)置到工件坐標(biāo)中，完成X軸對(duì)刀。

圖6　百分表與對(duì)刀塊位置

圖7　百分表與零件位置

百分表屬精密儀器，用此方法對(duì)刀時(shí)，在手動(dòng)方式下移動(dòng)機(jī)床讓百分表和基準(zhǔn)面接觸，要適當(dāng)調(diào)解移動(dòng)倍率。避免因進(jìn)給倍率過大而損傷百分表。

（2）案例2

在實(shí)際生產(chǎn)中，還經(jīng)常遇到?jīng)]有基準(zhǔn)面的零件，比如曲面或斜面組成的零件，如圖8、圖9所示。

圖8　底板

圖9　定位板

這類零件對(duì)刀方法主要是先用百分表找到孔的中心線位置，如圖10、圖11.再通過圖樣給出的尺寸，找到編程原點(diǎn)位置。用這種方法對(duì)刀的難點(diǎn)就在于如何用百分表來找到孔的中心線位置，其方法和前面講的用百分表找零件對(duì)稱中心線對(duì)刀方法相似，但要注意用此方法對(duì)刀的孔一定要經(jīng)過精加工，否則對(duì)刀精度會(huì)不高，在手動(dòng)盤動(dòng)主軸過程中要注意保護(hù)表針觸頭，用力不宜過大。

圖10　百分表與孔位置1

圖11　百分表與孔位置2

（3）案例3

為了提高生產(chǎn)效率，有時(shí)需要一次裝夾兩個(gè)工件進(jìn)行銑削加工。如圖12所示，使用高精度平口鉗同時(shí)裝夾一組對(duì)稱零件，定位側(cè)板進(jìn)行X軸定位。采用這種裝夾方式的前提是兩個(gè)工件的外形尺寸必須一致，否則平口鉗只能裝夾住一個(gè)零件，通常這種零件都是兩個(gè)一起裝夾加工而成。對(duì)刀應(yīng)建立兩個(gè)工件坐標(biāo)系，如圖13，可在平口鉗的兩端分別設(shè)置G55工件坐標(biāo)系和G56工件坐標(biāo)系，使用對(duì)刀塊結(jié)合百分表完成，此處不再贅述。

圖12　零件裝夾

圖13　工件坐標(biāo)系設(shè)置

4　結(jié)束語

隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是模具、檢具行業(yè)，會(huì)涌現(xiàn)出更多奇特或異形零件。對(duì)刀則是數(shù)控加工中的主要操作和重要技能，也是影響零件加工精度的重要因素。要根據(jù)零件的精度、形狀、和要求靈活選擇，才能找到合適有效的對(duì)刀方法。

參考文獻(xiàn)：

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