数控机床的对刀原理及常用的对刀方法(宁波大学暑期实习技术报告).docx

数控机床的对刀原理及常用的对刀方法江淮宁波大学机械学院摘要: 数控铣床是在数控系统的控制下完成自动加工的, 建立正确的坐标系, 并且通过对刀确定工件原点的位置, 是准确控制刀具的运动轨迹、保证加工质量的前提。本文系统讲述了数控机床的对刀原理及常见的对刀方法。关键词: 数控铣床; 对刀原理; 对刀方法Abstract: CNC milling machine finishes milling processes autom atically by the control of CNC system.Setting up right coord-inate system and determining the position of work origin are the prerequisite for controlling the path of tool and assuring the quality of milling. This paper systematically shows the principles and commonly used methods of tool settingKey words: numerical control milling machine; principles of tool setting; method of tool setting0 引言对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。在一定条件下，对刀的精度可以决定零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。仅仅知道对刀方法是不够的，还要知道数控系统的各种对刀设置方式，以及这些方式在加工程序中的调用方法，同时要知道各种对刀方式的优缺点、使用条件等。1 数控铣床对刀的重要性数控编程及加工一般分六步: 工艺分析、数学计算、编程及模拟、对刀、试切、正式加工1。其中,对刀是保证数控加工质量的一个重要环节。这是因为, 数控机床由数控系统按照零件加工程序进行控制, 完成自动加工。只有建立了正确合理的坐标系, 才能对刀具的运动轨迹做出准确描述, 保证加工质量。其中涉及到两个坐标系: 机床坐标系和工件坐标系。当毛坯装夹好之后, 务必要确定工件原点的机械坐标值, 才能将两个坐标系联系起来, 这一步工作在数控加工中是通过“对刀”来实现的。2 对刀原理对刀的目的是为了建立工件坐标系，直观的说法是，对刀是确立工件在机床工作台中的位置，实际上就是求对刀点在机床坐标系中的坐标。对刀点既可以设在工件上( 如工件上的设计基准或定位基准) ，也可以设在夹具或机床上，若设在夹具或机床上的某一点，则该点必须与工件的定位基准保持一定精度的尺寸关系2。对刀时，应使指刀位点与对刀点重合，所谓刀位点是指刀具的定位基准点。在实际加工工件时，使用一把刀具一般不能满足工件的加工要求，通常要使用多把刀具进行加工，换刀后刀尖点的几何位置将出现差异，这就要求不同的刀具在不同的起始位置开始加工时。为了解决这个问题，机床数控系统配备了刀具几何位置补偿的功能，利用刀具几何位置补偿功能，在加工程序中利用T 指令，即可在刀具轨迹中自动补偿刀具位置偏差。3对刀方法在数控加工中，对刀的基本方法有试切法、对刀仪对刀和自动对刀等。本文以数控铣床为例，介绍几种常用的对刀方法3-4。31 试切对刀法这种方法简单方便，但会在工件表面留下切削痕迹，且对刀精度较低。如图1 所示，以对刀点( 此处与工件坐标系原点重合) 在工件表面中心位置为例采用双边对刀方式。a) x，y 向对刀。1) 将工件通过夹具装在工作台上，装夹时，工件的四个侧面都应留出对刀的位置。2) 启动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件左侧有一定安全距离的位置，然后降低速度移动至接近工件左侧。3) 靠近工件时改用微调操作( 一般用0 01 mm) 来靠近，让刀具慢慢接近工件左侧，使刀具恰好接触到工件左侧表面( 观察，听切削声音、看切痕、看切屑，只要出现一种情况即表示刀具接触到工件) ，再回退0 01 mm。记下此时机床坐标系中显示的坐标值，如 240 500。4) 沿z 正方向退刀，至工件表面以上，用同样方法接近工件右侧，记下此时机床坐标系中显示的坐标值，如 340 500。5) 据此可得工件坐标系原点在机床坐标系中坐标值为 240 500 + ( 340 500) /2 = 290 500。(6) 同理可测得工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。b) z 向对刀。1) 将刀具快速移至工件上方。2) 启动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件上表面有一定安全距离的位置，然后降低速度移动让刀具端面接近工件上表面。3) 靠近工件时改用微调操作( 一般用0 01 mm) 来靠近，让刀具端面慢慢接近工件表面( 注意刀具特别是立铣刀时最好在工件边缘下刀，刀的端面接触工件表面的面积小于半圆，尽量不要使立铣刀的中心孔在工件表面下刀) ，使刀具端面恰好碰到工件上表面，再将轴再抬高，记下此时机床坐标系中的z 值， 140 400，则工件坐标系原点W 在机床坐标系中的坐标值为 140 400。c) 将测得的x，y，z值输入到机床工件坐标系存储地址G5 *中( 一般使用G54 G59 代码存储对刀参数) 。d) 进入面板输入模式( MDI) ，输入“G5* ”，按启动键( 在自动模式下) ，运行G5* 使其生效。e) 检验对刀是否正确。32 塞尺、标准芯棒、块规对刀法此法与试切对刀法相似，只是对刀时主轴不转动，在刀具和工件之间加人塞尺( 或标准芯棒、块规) ，以塞尺恰好不能自由抽动为准，注意计算坐标时这样应将塞尺的厚度减去。因为主轴不需要转动切削，这种方法不会在工件表面留下痕迹，但对刀精度也不够高。33 采用寻边器、偏心棒和轴设定器等工具对刀法操作步骤与采用试切对刀法相似，只是将刀具换成寻边器或偏心棒。这是最常用的方法。效率高，能保证对刀精度。使用寻边器时必须小心，让其钢球部位与工件轻微接触，同时被加工工件必须是良导体，定位基准面有较好的表面粗糙度。z 轴设定器一般用于转移( 间接) 对刀法。34 转移( 间接) 对刀法加工一个工件常常需要用到不止一把刀，第二把刀的长度与第一把刀的装刀长度不一样，需要重新对零，但有时零点被加工掉，无法直接找回零点，或不容许破坏已加工好的表面，还有某些刀具或场合不好直接对刀，这时候可采用间接找零的方法。a) 对第一把刀。1) 对第一把刀的时仍然先用试切法、塞尺法等。记下此时工件原点的机床坐标z1。第一把刀加工完后，停转主轴。2) 把对刀器放在机床工作台平整台面上( 如虎钳大表面) 。3) 在手轮模式下，利用手摇移动工作台至适合位置，向下移动主轴，用刀的底端压对刀器的顶部，表盘指针转动，最好在一圈以内，记下此时轴设定器的示数并将相对坐标轴清零。4) 确抬高主轴，取下第一把刀。b) 对第二把刀。1) 装上第二把刀。2) 在手轮模式下，向下移动主轴，用刀的底端压对刀器的顶部，表盘指针转动，指针指向与第一把刀相同的示数A 位置。3) 记录此时轴相对坐标对应的数值z0( 带正负号) 。4) 抬高主轴，移走对刀器。5) 将原来第一把刀的G5* 里的z1坐标数据加上z0( 带正负号) ，得到一个新的坐标。6) 这个新的坐标就是要找的第二把刀对应的工件原点的机床实际坐标，将它输人到第二把刀的G5* 工作坐标中，这样，就设定好第二把刀的零点。其余刀与第二把刀的对刀方法相同。注: 如果几把刀使用同一G5* ，则步骤5) ，6) 改为把z0存进二号刀的长度参数里，使用第二把刀加工时调用刀长补正G43H02 即可。35 顶尖对刀法a) x，y 向对刀。1) 将工件通过夹具装在机床工作台上，换上顶尖。2) 快速移动工作台和主轴，让顶尖移动到近工件的上方，寻找工件画线的中心点，降低速度移动让顶尖接近它。3) 改用微调操作，让顶尖慢慢接近工件画线的中心点，直到顶尖尖点对准工件画线的中心点，记下此时机床坐标系中的x，y 坐标值。b) z 向对刀。卸下顶尖，装上铣刀，用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到z 轴坐标值。36 百分表( 或千分表) 对刀法( 一般用于圆形工件的对刀)1) x，y 向对刀。将百分表的安装杆装在刀柄上，或将百分表的磁性座吸在主轴套筒上，移动工作台使主轴中心线( 即刀具中心) 大约移到工件中心，调节磁性座上伸缩杆的长度和角度，使百分表的触头接触工件的圆周面，( 指针转动约0. 1 mm) 用手慢慢转动主轴，使百分表的触头沿着工件的圆周面转动，观察百分表指针的便移情况，慢慢移动工作台的轴和轴，多次反复后，待转动主轴时百分表的指针基本在同一位置( 表头转动一周时，其指针的跳动量在允许的对刀误差内，如0. 02 mm) ，这时可认为主轴的中心就是轴和轴的原点。2) 卸下百分表装上铣刀，用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到z 轴坐标值。37专用对刀器对刀法传统对刀方法有安全性差( 如塞尺对刀，硬碰硬刀尖易撞坏) 占用机时多( 如试切需反复切量几次) ，人为带来的随机性误差大等缺点，已经适应不了数控加工的节奏，更不利于发挥数控机床的功能。用专用对刀器对刀有对刀精度高、效率高、安全性好等优点，把繁琐的靠经验保证的对刀工作简单化了，保证了数控机床的高效高精度特点的发挥，已成为数控加工机上解决刀具对刀不可或缺的一种专用工具。参考文献1孙德茂. 数控机床铣削加工直接编程技术M . 北京:机械工业出版社, 2005.2陈志雄 数控机床与数控编程技术M 北京: 电子工业出版社，20073任国兴主编 数控铣床华中系统编程与操作实训M 北京:中国劳动社会保障出版社，20074华中数才全一操作说明书Z 武汉华中数控股份有限公司