数控铣床的对刀分析研究

摘 要：文章主要通过分析研究对刀实质，并结合工作实例，综合分析对刀数据，以达到充分理解对刀操作过程的真正目的，最终直接或间接找到对刀点与工件上编程原点的关系，通过以上对刀操作和数据分析，再分析对刀点的机械坐标系值，以方便灵活建立工件坐标系。

关键词：对刀；编程原点；机械坐标系；工件坐标系

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.194

0 引言

数控机床在自动加工零件前，必须要进行对刀操作，目的是建立工件坐标系（也称为编程坐标系）。因为任一个被加工零件，当装夹在工作台上后，相对于机床坐标系（厂家设定的固定点）的位置是任意的，所以为了确定零件上编程原点在机床坐标系中的位置，就要对加工零件进行对刀操作。通过对刀操作也就确定了工件坐标系、刀具刀位点和机床坐标系三者的关系。通俗讲就是首先让刀具的对刀点和加工零件上的工件坐标系原点一致或有固定的数值关系，直接将工件坐标系的原点位置或间接计算工件坐标系的原点位置在机床坐标系中的坐标值存储到预置坐标系代码中，比如G54～G59，数控系统在调用该代码时就会将该点作为工件坐标系的原点。下面我们以FANUC 0i数控系统为例，分析对刀实质并结合对刀实例，指引我们灵活建立工件坐标系。

1 对刀实质

如某一机床对加工零件进行对刀时，刀位点在机床坐标系中的坐标值为（X1，Y1，Z1），这个值可以直接从机床坐标系读取，那么该刀位点在工件坐标系中的坐标值（x1，y1，z1）却未知，这正是我们所要求解的，只能通过某种关系间接得到，这种关系的获得就是对刀。我们通过对刀知道了（x1，y1，z1），就可以间接计算工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值（X1-x1，Y1-y1，Z1-z1）。将该点机床坐标系值存储到预置坐标系G54～G59中，即建立了工件坐标系，机床在自动加工时只需要调用该机床坐标系编制程序就可以完成零件加工。

那么如何间接得到（x1，y1，z1）呢？在我们日常加工中有很多种（对刀）方法，而且其中心思想是统一的，最终目的是确定（X1-x1，Y1-y1，Z1-z1）值。

2 对刀方法

对刀的方法有很多种，比如试切对刀法，塞尺、标准芯棒和块规对刀法，光电寻边器、机械寻边器和Z轴设定器等工具对刀法，顶尖对刀法，百分表（或千分表）对刀法等，方法繁多，但万变不离其宗，最终都是直接或间接的找到刀具对刀点在机床坐标系的坐标值。

试切对刀法即通过直接触碰工件，让刀具刀位点与工件坐标系原点重合，如图2所示，采用分中法让刀具刀位点与工件的中心和上表面重合，该种方法简单方便，但容易在工件表面留下切削痕迹，影响加工工件的外观，而且对刀精度较低；塞尺、标准芯棒和块规对刀法是在刀具和工件之间加上塞尺、标准芯棒或块规等标准工具，间接找到或计算工件坐标系的原点，如图3所示，该方法主轴不转，也避免了因试切对刀法对工件表面的破坏，但该触碰属于刚性接触，如操作不仔细，很容易损坏刀具甚至标准工具，对刀效率和精度也不高；光电、机械寻边器和Z轴设定器对刀法是借助中间测量工具来对刀，该种方法是试切对刀法和塞尺对刀法的综合，接触由直接变为间接，由刚性变为柔性，对刀操作简便，精度也较高，在日常生产中应用最为广泛；顶尖对刀法是借助划线直接让顶尖点与工件坐标系原点重合，有其弊端，一般不常用；百分表（千分表）对刀法是利用两个圆心相对工件对称来确定工件中心，对刀精度也相对较高，对于圆形工件较之简单。

3 实例分析

对刀方法很多，但可分为两大类，直接接触法和间接接触法。下面结合试切对刀法（直接）和塞尺对刀法（间接）的操作过程，如图1和图2所示，分析研究对刀过程及数据关系。

3.1 XY向对刀

（1）将工件装在工作台上，工件的四个侧面都应留出切削高度或对刀的位置。

（2）起动主轴旋转（塞尺对刀主轴不转），手轮模式，倍率x100，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，然后降低速度接近工件左侧；

（3）倍率调到x10，刀具慢慢接近工件左侧，试切法通过听声音、看切痕、观切屑让刀具恰好触碰工件（塞尺法将塞尺放置于刀具和工件之间，随着刀具接近工件来回移动，塞尺在刀具和工件之间松紧合适，一般为移动0.01mm塞尺过不去，后退0.01mm恰好过去合适）。将此时的相对坐标系X归零（此时机床坐标系为X1）。

（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，记下此时相对坐标系中的X坐标值（此时机械坐标系为X2）。

（5）沿Z正方向退刀，至工件表面以上，将此时的相对坐标系X值移动到X/2，X再归零（此时机械坐标系为X3）。

（6）用同样的方法找到Y/2（三个位置的机械坐标系各对应为Y1、Y2和Y3）。

（7）切换到off-set坐标系界面，在G54中输入X0测量，Y0测量。X0Y0对刀完毕。

3.2 Z向对刀

（1）将刀具快速移至工件上方。

（2）主轴正转（塞尺对刀主轴不转），手轮模式，倍率x100，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，倍率x10，降低速度移动让刀具端面接近工件上表面。

（3）倍率x10，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（塞尺法让塞尺在刀具和工件之间松紧合适），再将Z轴再抬高0.01mm，相对坐标系中Z归零（此时机械坐标系为Z）。

（4）切换到off-set坐标系界面，在G54中输入Z0测量（塞尺法输入Z10测量）。Z0对刀完毕。

3.3 数据分析

根据两种方法对刀过程，采集其对应机械坐标系和相对坐标系数据，如表1所示，分析两组数据，可知不论是直接对刀还是间接对刀，虽然触碰点不同，但最终目的是找到该工件的中心点，并且该中心点在误差允许的范围内机械坐标系的值显示基本相同，试切对刀法为（-463.050，-206.325，-286.642），塞尺对刀法为（-463.005，-206.125，-286.620），该误差在实际加工中可以忽略，可见，只要通过一定的方式或方法，直接或间接地确定刀位点与工件坐标系原点的关系，就可以确定工件坐标系原点在机床坐标系中的值，也就确定了编程原点。

4 结语

文章通过解剖对刀实质，结合两种对刀实例，分析对刀数据，充分理解对刀目标和实质，以指导日常生产中的对刀操作，无论加工工件如何复杂，只要通过触碰关系直接或间接找到刀位点与工件坐标系的关系，并通过刀具刀位点在机床坐标系中的坐标值，就可以确定该工件的编程原点。

参考文献：

[1]张荣高，吴景洋.借助常规工量具的数控铣床精确对刀方法[J].金属加工（冷加工）.2014（22）：44-45.

[2]江惠明.数控铣床应用中的几种对刀方法[J].现代制造、工艺装备[J].2011（06）：23-24.

作者简介：解广娟（1980-），女，江苏人，硕士，讲师，研究方向：机械设计与制造。endprint